光纤光学讲义二
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光纤通信实验 光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。
光纤通信是现代通信网的主要传输手段,主要通过在发送端把传送的信息(如话音)变成电信号,然后调制到激光器发出的激光束上,使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化,并通过光纤发送出去;在接收端,检测器收到光信号后把它变换成电信号,经解调后恢复原信息。
因此构成光纤通信的基本要素是光源、光纤和光检测器。
半导体激光器可以作为光纤通信的主要光源,其具有超小型、高效率和高速工作的优异特点,到如今,它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.光纤是光导纤维的简写,是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。
前香港中文大学校长高锟和G eorge A. Hockha m 首先提出光纤可以用于通讯传输的设想,高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖<。
光检测器:把光发射机发送的携带有信息的光信号转化成相应的电信号并放大、再生恢复为原传输的信号的器件。
【实验目的】1. 了解和掌握半导体激光器的电光特性和测量阈值电流2. 了解和掌握光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。
3. 对光纤本身的光学特性进行初步的研究,对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。
4. 了解光纤通信的基本原理。
【实验仪器】导轨,半导体激光器+二维调整,三维光纤调整架+光纤夹,光纤,光探头+二维调整架,激光功率指示计,一维位移架,专用光纤钳、光纤刀,示波器,音源等。
【实验原理】一、半导体激光器的电光特性实验采用的光源是半导体激光器,由于它的体积小、重量轻、效率高、成本低,已进入了人类社会活动的多个领域。
因此对半导体激光器的了解和使用就显得十分重要。
本实验对半导体激光器进行一些基本的实验研究,以掌握半导体激光器的一些基本特性和使用方法。
光纤光缆基础知识培训讲义第一部分光纤理论与光纤结构一.光及其特性:1. 光是一种电磁波。
可见光部分波长范围是: 390~760nm(毫微米).大于760nm部分是红外光,小于390nm部分是紫外光。
光纤中应用的是:850,1310,1550三种。
2.光的折射,反射和全反射。
因光在不同物质中的传播速度是不同的,所以光从一种物质射向另一种物质时,在两种物质的交界面处会产生折射和反射。
而且,折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。
当入射光的角度达到或超过某一角度时,折射光会消失,入射光全部被反射回来,这就是光的全反射。
不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率),相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。
光纤通讯就是基于以上原理而形成的。
二.光纤结构及种类:1.光纤结构:光纤裸纤一般分为三层:中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm),中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm),最外是加强用的树脂涂层。
2.数值孔径:入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输,只是在某个角度范围内的入射光才可以。
这个角度就称为光纤的数值孔径。
光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。
不同厂家生产的光纤的数值孔径不同(AT&TCORNING)。
3.光纤的种类:A. 按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
多模光纤:中心玻璃芯教粗(50或62.5μm),可传多种模式的光。
但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重。
例如:600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。
因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里。
单模光纤:中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm),只能传一种模式的光。
因此,其模间色散很小,适用于远程通讯,但其色度色散起主要作用,这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求,即谱宽要窄,稳定性要好。
B.按最佳传输频率窗口分:常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。
第一部分.光纤光学需要掌握的基本概念与重要结论第一章.绪论1.光纤的优缺点优点:大容量;低损耗;抗干扰能力强;保密性好;体积小重量轻;材料取之不竭;抗腐蚀耐高温。
缺点:易折断;连接分路困难;怕水;怕弯曲。
2.光纤的分类重点掌握(1)光纤的结构,纤芯、包层、涂覆层的特点与作用(2)阶跃折射率分布光纤(SIOF)与渐变折射率分布光(GIOF)的特点与区别,折射率分布形式。
一些基本参数的意义与其表达式:相对折射差∆的意义与表达式;折射率分布参数g的意义(当g=∞时为SIOF,当g=2时为平方率分布光纤,当g=1时为三角分布光纤)。
(3)单模光纤与多模光纤的特点与区别(传输的模式数,芯径的大小,归一化频率);归一化频率的意义与表达式(阶跃单模光纤的判据:V<2.405,渐变单模光纤的判据:V<3.508。
注意我们经常见到的2.405 是对阶跃光纤而言的)。
简单了解其它种类的光纤,例如保偏光纤与有源光纤(后面的课程会学到)。
3.光纤的制备工艺简单的了解一下。
第二章.光纤光学的基本方程1.分析光纤波导的两种理论“几何光学方法”与“波动光学理论”的应用条件(几何光学方法:芯径远大于光波长;波动光学理论:芯径与波长可比例)与特点。
2.由麦克斯韦方程组出发推导波导场方程(1)“三次分离”,基本过程以及能够这样分离的依据“电磁”分离:由麦克斯韦方程组到波动方程“时空”分离:由波动方程到亥姆霍兹方程“横纵”分离:由亥姆霍兹方程到波到场方程(2)SIOF与GIOF中光线方程的意义,即SIOF与GIOF中光线的传播形式3.模式及其基本性质(1)模式的基本概念与定义(2)TEM、TE、TM、HE、EH模式的特点(3)纵向传播常数β横向传播常数W、U的意义(重点了解W的意义),以及W、U、V之间的关系(4)截止与远离截止的概念与基本条件(W=0截止,W=∞远离截止)(5)相速度、群速度、群延时的基本概念(6)线偏振模的概念第三章.阶跃折射率分布光纤1.几何光学分析方法主要掌握一些基本的概念,“子午光线”与“偏斜光线”的定义;数值孔径的表达式,以及其物理意义(标志着光纤收光能力以及与光源耦合时偶和效率的大小),数值孔径与传输带宽的关系(成反比)。
光纤光学知识点总结第一部分:光的基本特性1. 光的波动特性光是一种电磁波,具有波动和粒子性质。
其中,波动特性表现为光波具有波长、频率、振幅和相位等特性,而粒子性质表现为光子是光的基本粒子,具有动量和能量。
2. 光的传播方式光的传播方式主要有直线传播和曲线传播两种。
直线传播是指光在均匀介质中以直线传播的方式进行传播,而曲线传播是指光在非均匀介质中因受到折射、反射等影响而沿曲线传播。
3. 光的衍射和干涉光的衍射是指光波在遇到缝隙或障碍物时产生偏折现象,而干涉是指两束光波相遇时产生互相干涉的现象。
衍射和干涉是光波的特有现象,是光学研究中重要的现象之一。
第二部分:光纤的基本结构和工作原理1. 光纤的基本结构光纤由芯、包层和外被组成。
其中,芯是光信号传输的核心部分,包层是为了保护芯而设置的,而外被则是为了保护整根光纤而设置的。
2. 光纤的传输特性光纤的传输特性主要包括色散、衰减和非线性失真等。
其中,色散是指不同波长的光波由于折射率的不同而产生的传输延迟差异,衰减是指光在传输过程中能量的损失,而非线性失真是指光波在非线性介质中传输时产生的波形失真现象。
3. 光纤的工作原理光纤的工作原理主要包括全内反射、多模传输和单模传输等。
其中,全内反射是指光在光纤中由于折射率不同而产生的全内反射现象,多模传输是指光纤中可以传输多个模式的光信号,而单模传输是指光纤中只能传输一个模式的光信号。
第三部分:光纤的应用领域1. 通信领域光纤在通信领域有着广泛的应用,主要包括长途通信、城域通信、局域通信和家庭通信等。
其中,长途通信是指利用光纤进行跨国、跨洲的通信传输,城域通信是指利用光纤进行城市范围内的通信传输,局域通信是指利用光纤进行企业或园区内的通信传输,而家庭通信是指利用光纤进行家庭内部的通信传输。
2. 医疗领域光纤在医疗领域有着广泛的应用,主要包括内窥镜、激光治疗和医学影像等。
其中,内窥镜是指利用光纤传输光源,使医生可以在体内进行观察和手术,激光治疗是指利用光纤传输激光能量进行疾病治疗,而医学影像是指利用光纤传输光源,进行医学图像的采集和传输。
光纤光学第三版第一章:光纤光学的基本概念光纤光学是一门研究光在纤维中传播和控制的学科。
随着信息技术的发展,光纤光学在通信、传感、医疗等领域得到了广泛的应用。
本章将介绍光纤光学的基本概念,包括光的传播特性、光纤的结构和制备方法等。
1.1 光的传播特性光是一种电磁波,具有波粒二象性。
在光纤中,光的传播遵循光的折射定律和反射定律。
光在光纤中的传播速度取决于光的频率和光纤的折射率。
1.2 光纤的结构光纤是由芯、包层和包覆层组成的。
芯是光信号传输的核心部分,包层用于控制光的传播,包覆层用于保护光纤。
光纤的结构对光的传播特性有重要影响。
1.3 光纤的制备方法光纤的制备方法包括拉制法、外延法和化学气相沉积法等。
拉制法是目前最常用的方法,它通过加热和拉伸光纤预制材料来制备光纤。
第二章:光纤的传输特性光纤的传输特性是指光在光纤中传播过程中的损耗、色散和非线性效应等。
本章将介绍光纤的传输特性及其对光信号传输的影响。
2.1 光纤的损耗光纤的损耗是指光在光纤中传播过程中能量的损失。
主要包括吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗等。
降低光纤的损耗是提高光纤传输效率的关键。
2.2 光纤的色散光纤的色散是指光在光纤中传播过程中不同频率的光信号传播速度不同所引起的现象。
主要包括色散的类型、原因和补偿方法等。
2.3 光纤的非线性效应光纤的非线性效应是指光在光纤中传播过程中由于光的强度变化而引起的非线性光学现象。
主要包括自相位调制、受激拉曼散射和自发参量过程等。
第三章:光纤通信系统光纤通信系统是利用光纤传输光信号进行信息交换的系统。
本章将介绍光纤通信系统的基本原理和组成部分。
3.1 光纤通信系统的基本原理光纤通信系统的基本原理是将电信号转换为光信号,通过光纤传输光信号,再将光信号转换为电信号进行信息传输。
3.2 光纤通信系统的组成部分光纤通信系统由光源、光纤、光接收器和信号处理器等组成。
光源产生光信号,光纤传输光信号,光接收器接收光信号并转换为电信号,信号处理器对电信号进行处理。