1.3-阶跃光纤中的模式理论

《光纤通信》大作业 阶跃光纤模式色散曲线计算 光纤材料色散计算 光纤光栅特性分析 指导老师: 专业: 姓名： 学号：

一、阶跃光纤模式色散曲线计算 1.原理分析 模式色散是指多模式传输时同一波长分量的各种传导模式的相位常数不同，群速度不同，引起到达终端的脉冲展宽的现象。 对光纤中光的传播理论的研究,可以有多种方法,比如射线法,标量近似分析法等,但为了更广泛地描述光纤波导中光的传播,更详细地研究光纤的传输特性,就必须运用波动光学理论对光纤进行分析。要对光在光纤中的传播特性有详细的理解,必须依靠麦克斯韦方程,结合问题中的边界条件,求解电磁矢量场.求解的方法一般是: 1、先求出亥姆霍兹方程组以及电磁场纵向分量Ez和Hz的具体形式。 2、2、把Ez和Hz有具体形式代入麦克斯韦方程以求取其他电磁场横向分量E、Er、H、Hr。 3、3、利用界面上电磁场E和H切向连续条件，求取模式本征方程。 对于时谐场光波，在均匀、无源介质中，同样满足矢量的亥姆霍兹方程（式1-1,1-2） 022EkE （1-1） 022HkH （1-2） 对于在圆柱形光纤中传播的电磁波.电场和磁场具有如下形式的函数关系（式1-3,1-4）： )(),(),(tzjerEyxE （1-3） )(),(),(tzjerHyxH（1-4） 代入，得到亥姆霍兹方程（式1-5,1-6）。 02202zzEnkE (1-5) 02202zzHnkH (1-6) 经过推导，可以得到关于r的贝塞尔方程或修正的贝塞尔方程（式1-7）。 （1-7） 最后可解得电场和磁场的纵向分量Ez和Hz。 );()()();()()(areraWKWKAareraUJUJAEimmmimmmz

0)(])[()()(2222120222rRmrnkrrRrrrRr

光纤中传播模式及传输特性都是由它自身的本征方程确定的。在光纤的基本参量n1,n2,a,k0已知的条件下, U,W仅与传播常数β有关.用所导出的各个区域中电磁场的表达式,再利用电磁场切向分量在纤芯-包层界面上(r=a)连续的条件,就可以救出模式本征方程,也称特征方程（式1-8）。 （1-8） 当m=0时，若A=0,B0,相应于Ez=0,Hz0,只有磁场纵向分量。 TE模： (1-9) 当m>0时，混合模式HE模和EH模。 (1-10) 为了分析导波模的传输特性,就需要得知各模式传播常数β随光纤归一化频率V的变化情况.这可通过对本征方程求解而得出。 2.相关代码 TE： format long clear n1=1.45 n2=1.447 a=4.5 k=(a^2)*(n1^2-n2^2); u1=(a^2)*(n1^2); w1=(a^2)*(n2^2); delta1=(n1^2+n2^2)/(2*n1^2); );()()();()()(areraWKWKBareraUJUJBHimmmimmmz

阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤的不同导光原理

阶跃型折射率分布光纤是最早实现商业化生产的光纤之一、它的折射率分布是由两种不同折射率的材料构成，即核心和包层。核心的折射率较高，而包层的折射率较低，从而产生全反射，使光线在光纤的核心中传输。这种设计特别适用于单模光纤，因为它能够防止模场间的混杂。阶跃型折射率分布光纤的直径通常较小（9-125微米），可以用于远距离传输和高速数据传输，这使得它在通信技术领域得到了广泛应用。

渐变型折射率分布光纤。

渐变型折射率分布光纤是一种特殊的光纤，它的折射率分布具有渐变性。渐变型折射率分布光纤的核心折射率是从中心向外逐渐降低的，这种设计将导致光线的光路弯曲，因此能够支持多种波长和模式的传输。渐变型折射率分布光纤的优势在于它能够提供多芯光纤的支持，这使得它在计算机网络和成像技术中得到了广泛应用。

导光原理的不同之处。

与之相反，渐变型折射率分布光纤的导光原理不基于全反射。光线在渐变型折射率分布光纤中的传播道路是曲线的。这是由于不同位置的光纤的折射率不同。这种设计使得在光纤中传播的光线可以被曲线反射和散射。由于不同频率、极化和模式的光线都能在这种光纤中传输，因此这种设计对于多模光纤和支持多频率的光纤传输是非常有用的。

总体而言，阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤都有各自的优势和应用。对于特定的应用场景，根据不同的需求来选择不同的光纤类型是非常重要的。

引言（BPM）

光纤是用于制造光纤定向耦合器和用于发射和从集成光波导在其中一个小的长纤维是采用一个设备接收的光的装置的一个重要组成部分，以模拟为一个纤维所需的唯一特性是有效模指数和模场分布。

本课介绍了如何使用3D模式求解器的设计和表征阶跃折射率光纤。

在您开始这一课

•熟悉在第1课的程序：入门。

该程序是：

•定义材料

•创建SMF-28光纤分布

•定义布局设置

•创建线性波导

•设定模拟参数

•查看折射率分布（XY切） •计算模式

阶跃光纤 - 光纤参数SMF-28（BPM）

这是最广泛使用的纤维构造的光学装置。我们将展示设计的SMF-28，从康宁市售的纤维。

我们还将为3D模式求解结果与OptiFiber测试从OPTIWAVE公司有限差分法比较。

SMF-28光纤参数

纤芯半径： 4.07 μ 米

芯的折射率：1.45205

包层的折射率：1.44681

波长：1.3μ 米

F IGURE 1：SMF-28光纤的折射率分布

定义材料

来定义的SMF-28光纤的材料中，执行以下步骤。

步 行动

1 在配置文件设计，创建以下介质材料：

产品名称：核心

二维各向同性标签

折光率（回复）：1.45204

三维各向同性标签

折光率（回复）：1.45204

产品名称：包层

二维各向同性标签

折光率（回复）：1.44681

三维各向同性标签

折光率（回复）：1.44681

创建SMF-28光纤模式（BPM）

要创建的SMF-28光纤配置，请执行以下步骤。

步 行动

1 在配置文件设计，创建以下纤维异形（见图2）：

档案名称：S MF-28

2 三维轮廓定义选项卡

材质：核心

3 三维轮廓定义选项卡

图层名称：核心

接收：4.07

RY：4.07

材质：核心

图2：定义光纤的剖面

定义布局设置（BPM）

要定义布局设置，请执行以下步骤。

步 行动

1 在布局设计中，选择编辑 > 晶圆属性。

2 输入/选择以下内容：

光纤通信复习（各章复习要点）

光纤通信复习（各章复习要点）

第⼀章光纤的基本理论1、光纤的结构以及各部分所⽤材料成分

2、光纤的种类

3、光纤的数值孔径与相对折射率差

4、光纤的⾊散

5、渐变光纤

6、单模光纤的带宽计算

7、光纤的损耗谱

8、多模光纤归⼀化频率，模的数量

第⼆章光源和光发射机1、光纤通信中的光源

2、LD的P-I曲线，测量Ith做法

3、半导体激光器的有源区

4、激光器的输出功率与温度关系

5、激光器的发射中⼼波长与温度的关系

6、发光⼆极管⼀般采⽤的结构

7、光源的调制

8、从阶跃响应的瞬态分析⼊⼿，对LD数字调制过程出现的电光延迟和张弛振荡的瞬态性质分析（p76）

9、曼彻斯特码

10、DFB激光器

第三章光接收机1、光接收机的主要性能指标

2、光接收机主要包括光电变换、放⼤、均衡和再⽣等部分

3、光电检测器的两种类型

4、光电⼆极管利⽤PN结的什么效应

第四章光纤通信系统1、光纤通信系统及其⽹管OAM

2、SDH系统

3、再⽣段距离的设计分两种情况

4、EDFA

第五章⽆源光器件和WDM1、⼏个常⽤性能参数

2、波分复⽤器的复⽤信道的参考频率和最⼩间隔3、啁啾光纤光栅

4、光环形器的各组成部分的功能及⼯作原理

其他1、光孤⼦

2、中英⽂全称：DWDM 、EDFA 、OADM 、SDH 、SOA

第⼀章习题

⼀、单选题1、阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界⾯上（B）⽽是能量集中在芯⼦之中传输。

A、半反射

B、全反射

C、全折射

D、半折射

2、多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是（A）的。

A、连续变化

B、恒定不变

C、间断变换

D、基本不变

3、⽬前，光纤在（B）nm处的损耗可以做到0.2dB/nm左右，接近光纤损耗的理论极限值。

A、1050

B、1550

C、2050

D、2550

4、普通⽯英光纤在波长（A）nm附近波导⾊散与材料⾊散可以相互抵消，使⼆者总的⾊散为零。

A、1310

B、2310

C、3310

D、4310

5、⾮零⾊散位移单模光纤也称为（D）光纤，是为适应波分复⽤传输系统设计和制造的新型光纤。