光纤技术复习资料全共17页word资料.doc
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1、如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流光纤技术复习资料全【精品文档】第 16 页光纤技术复习资料第一章 绪论要求:1、了解光纤的基本结构和基本特性;2、充分认识光纤传感和光纤通信在现代工农业生产、军事、科研及日常生活中的作用和地位,明确学习目的;3、了解光纤技术的发展动向;4、知道本课程的学习方法。具体:1、光纤的定义:光纤是“光导纤维”的简称,是指能够约束并导引光波在其内部或表面附近沿轴线方向传播的传输介质。2、光纤的结构:主要由纤芯、包层和涂敷层构成。其中纤芯的折射率比包层要高。纤芯和包层的折射率差引起光在纤芯内发生全内反射,从而使光在纤芯内传播。3、通信光纤的标准包层直径是,涂敷层的直
2、径大约是。4、常用的光纤材料有纯石英()、玻璃和塑料。5、列举光纤相对于金属导线的优点(至少5点):如容量大、抗电磁干扰、电绝缘、本质安全;灵敏度高;体积小、重量轻、可绕曲;测量对象广泛;对被测介质影响小;便于复用,便于成网;损耗低;防水、防火、耐腐蚀;成本低、储量丰富等。6、光纤通信所占的波长范围大概是。7、1953年,在伦敦皇家科学技术学院开发出了用不同光学玻璃作纤芯和包层的包层纤维,由此导致光纤的诞生。8、1966年,光纤之父高锟博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题,发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因。9、目前,F T T H(光纤到户)是宽带接入的一种理想模式,各国发展迅猛
3、。10、目前流行的“三网合一”指的是将现存三个网络:电信网、有线电视网和计算机网的信号在同一个光纤网络中传输。11、光纤被喻为信息时代的神经。第二章 光纤拉制及成缆要求:1、了解光纤的分类方法和光纤的种类,理解各种不同种类光纤之间的区别及每种光纤的特点;2、知道光纤的制作材料及要求;3、了解光纤预制棒的制造原理和工艺;4、知道各种光缆结构和材料的用途。具体:1、 光纤的分类:按照光纤横截面折射率分布不同分为:阶跃光纤和渐变光纤(折射率在纤芯中保持恒定,在芯与包层界面突变的光纤称为阶跃光纤,折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤。);按照纤芯中传输模式的多少分类可分为:单模光纤和多模
4、光纤;按照光纤的组成材料分类可分为:石英光纤、玻璃光纤、塑料光纤、液芯光纤和氟化物光纤等。而多模光纤又可分为阶跃多模光纤和渐变多模光纤。通信光纤的标准包层直径是,塑料护套的直径约。2、在选择制造光纤的材料时,应主要考虑的因素有:纯度高、透明度高、折射率径向分布易于精确控制。3、目前广泛采用的提纯方法是“精馏吸附精馏综合提纯法”。4、在光纤的折射率控制上,有三种方法从而形成三种光纤:一是匹配包层光纤:增加纤芯折射率,包层的折射率不变;二是塑料包层光纤:纤芯的折射率不变,降低包层折射率;三是凹陷包层光纤:增加纤芯折射率,降低包层折射率。5、在光纤的拉制过程中,制棒、拉丝、涂敷是其中三个很重要的工序
5、。6、所有四种气相沉积法中,成本最低的是棒外气相沉积法,沉积效率最高的是等离子气相沉积法,沉积速率最高的是轴向气相沉积法,同心度最高的是改进的气相沉积法。7、光纤成缆的原因:一是使光纤操作起来更加容易,二是为了保护光纤。8、光缆中的基本结构及各部分的主要作用: 强度元件:增强光缆的抗拉强度; 填充物:固定各单元的位置; 缓冲层:用于保护缆芯免受径向挤压; 内护套:径向阻水、抗弯、抗侧压、增大层间摩擦力; 钢丝铠装层:增强光缆的耐侧压和抗拉、抗弯和抗扭绞能力; 外护套:径向阻水、耐磨、防机械损伤、抗弯、防腐、阻燃等。9、光缆的基本结构按子缆(缆芯)组件的不同一般可以分为层绞式、骨架式、束管式和带
6、状式四种。按铺设方式可分为:直埋光缆、管道光缆、架空光缆、水底光缆。按松紧状态可分为:紧结构光缆、松结构光缆和半紧半松结构光缆。10、各类光缆的适用范围和及其相应的铺设方法(复习作业)。第三章 光纤传输理论要求:复习光纤的基本结构,掌握光纤中的传播条件,子午光线的传播特性,了解各类光纤的传播特点,重点掌握阶跃光纤的单模条件,以及偏振的表示方法。1、学会用几何光学方法研究光在光纤中的传输,理解数值孔径和相对折射率差的概念;2、掌握光在渐变型折射率光纤中传输光学方程的推导,理解光纤自聚焦的概念和条件;3、知道用模式理论研究光在光纤中的传输问题的处理方法和解题思路;4、掌握模式的概念,理解矢量模和标
7、量模、本征模和耦合模、归一化频率与归一化截止频率的区别;5、理解并掌握光纤中的单模传输条件;6、理解单模光纤中的双折射,了解保偏光纤的种类和工作原理,掌握偏振的表示方法;7、知道非正规光波导的特征和种类;8、理解布拉格光纤光栅和长周期光栅的基本概念。具体:1、光纤中的传输条件:全反射。全反射有两大条件:光必须是从光密介质进入光疏介质;入射角要大于或等于入射角。2、子午光线与子午面的定义:通过光纤中心轴的任何平面都称为子午面,子午面内的光线称为子午光线。3、数值孔径的定义:(计算)。NA的大小反映了光纤接收入射光的能力,是表征光纤特性的重要参数之一。4、入射光线的孔径角反映了光纤对于光线的可接收
8、范围。孔径角的计算。5、相对折射率差的计算。6、弱导光纤的定义:满足在横截面内折射率变化很小,即光纤导光能力很弱的光纤称为弱导光纤。7、渐变型光纤中,不同光线具有相同轴向速度的现象称为自聚焦现象,这种光纤称为自聚焦光纤。例题:自聚焦光纤横截面上折射率分布具有什么规律?为什么光线在这样的光纤中传输会产生自聚焦现象?(自答)(提示:因为从轴心向径向方向光纤的折射率逐渐减小,沿轴向传播的光,路径短但光速小,而离轴线越远的光,折射率越小,光速越大,尽管路径远,也能与轴线附近的光同时到达,因而表现为自聚焦。)8、光纤中传播的模式可分为三类: 传导模:满足全反射条件的那些模式。其光场分布特点是:在纤芯内为
9、驻波场或行波场,波场功率被限制在纤芯内传播。 辐射模:不满足全反射条件的模式,其电磁场不限于光纤芯区而可径向辐射至无穷远。辐射模在纤芯和包层之中均为行波场,光纤失去了对光波场功率的限制作用。 漏泄模:以临界角入射的光线,在纤芯内传播时,光波场功率透过一定厚度的“隧道”泄漏到包层之中,在包层中沿传播方向为衰减的行波场。例题:你能说出这三种模式的区别么?9、能够推导亥姆霍兹方程。10、截止波长的计算公式:。单模光纤的截止波长表示所能传输单模的最短波长,若波长比此更短,光纤将会传输双模或多模。(计算)11、保偏光纤的定义,以及保偏光纤是如何保偏的:能保持在其中传播的光波的偏振态不变的光纤称为保偏光纤
10、。保偏光纤的保偏特性即人为地对纤芯几何性质或折射率分布的对称性造成很大的差异,使得两个正交偏振摸之间具有相当大的传输常数差,即模间交叉耦合系数变得很小,于是光纤能够在较长距离保持原有的传输偏振态,因此能够起到保偏的作用。12、在保偏光纤中,双折射效应越强,波长越短,保持传输光偏振态越好。13、本征模与耦合模之间既有联系又有区别:联系是它们都是在光纤中传输的模式;区别是本征模相对独立,模式间没有能量交换,耦合模彼此间有能量交换。14、模场直径与纤芯直径是不同的概念,在普通的折射率分布及典型波长上,模场直径比单模光纤纤芯大。15、偏振的表示方法,重点掌握单位向量表示法(琼斯矩阵法)、如,这是右旋偏
11、振光,强度为6(如何计算?)。 16、非正规光波导的主要特征是折射率分布在纵向上不均匀。目前研究较多的非正规光波导:布拉格光纤光栅(又称为短周期光栅或反射光栅)和长周期光纤光栅(又称为透射光栅)。3.1、阶跃型光纤纤芯和包层的折射率分别为: n1=1.465,n2=1.460,试计算: (1)相对折射率差; (2)光纤的数值孔径。解答:(1)、(2)、3.2、阶跃型光纤中n1=1.466,n2=1.460。 (1)光纤放置在水中(n01.330),求光从水中入射到光纤端面的最大接收角度; (2)光纤放置在空气中,求数值孔径NA。解答:(1)、 结合两式,得得: (2)、注:错解: 3.3、a对
12、于一单模光纤,其2a8.3m, NA=0.125,它的截止波长是多少? b如果工作波长为1310nm,这个光纤可以只传输一个模式吗?解答:(1)、 (2)、因为, 所以这个光纤不能只传输一个模式,而会传输多模。注:错解:因为, 所以这个光纤只能传输一个模式。(P67:单模光纤的截止波长表示所能传输单模的最短波长,若波长比此更短,光纤将会传输双模或多模。)3.4、一根阶跃折射率光纤纤芯和包层的折射率分别为n11.448 ,n21.444,该光纤工作在1.310m和1.550m两个波长上。求该光纤为单模光纤时的最大纤芯直径。解答:关键在于截止波长是多少。这里应该以小的波长为准。因为单模光纤的截止波
13、长表示所能传输单模的最短波长。而需 所以 所以 注:错解:当时,。当时,。第四章 新型光纤和光纤的基本特性要求:复习渐变折射率多模光纤的优点和局限性,掌握单模光纤的优点和局限性。了解几种典型的色散位移单模光纤。了解光纤的损耗类型和特点,掌握色散的种类和典型的色散。光纤的损耗来源及其测量计算;各种色散概念、表示方法及其对信号传输的影响。1、理解光纤损耗的产生原因和种类,掌握衰减系数的测量、计算方法,理解衰减系数的物理意义;2、理解各类色散产生的原因及其区别,学会时延差的计算方法,知道色散与带宽的关系,了解色散对通信容量和传输速率的影响;3、了解各种新型光纤的材料、结构、特性及其特殊用途。具体:1
14、、 在短距离传输中应选用阶跃多模光纤(请解释原因),在中距离传输中应选用渐变多模光纤(请解释原因),在长距离传输中应选用阶跃单模光纤(请解释原因)。(复习作业)2、光波在光纤中传输时,随着传输距离的增加而光功率逐渐下降,这就是光纤的传输损耗。在谱线上,损耗值较高的地方叫做光纤的吸收峰。较低的损耗所对应的波长叫做光纤的工作波长(或叫工作窗口)。光纤通信常用的工作窗口主要有三个:、。3、光纤的损耗包括耦合损耗、吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗等。4、光纤越长,吸收和散射损耗就越重要;相反,光纤越短,耦合损耗就越突出。5、光纤本身固有的损耗叫本征损耗,不可消除,构成光纤损耗的理论下限。6、非线性散射损耗
15、主要包括受激喇曼散射和受激布里渊散射。线性散射损耗主要包括瑞利散射和米散射。其中瑞利散射属于本征散射。瑞利散射随着波长的增加会急剧减小。7、每单位长度光纤的功率衰减分贝数:。学会计算:例:1mw的信号经过100km的光纤传输后降至1w,则光功率衰减多少分贝?损耗系数是多少?8、色散是光纤的一个重要的传输特性,指的是光信号沿着光纤传输过程中,由于不同成份的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。色散包括模式色散、色度色散(包括材料色散和波导色散)和偏振摸色散。光纤中的不同模式,在同一波长下传输,各自的相位常数mn不同,它所引起的色散称为模式色散。由于光纤材料本身的折射指数n和波长呈非线性关系,从而
16、使光的传播速度随波长而变化,这样引起的色散称为材料色散。光纤中同一模式在不同的频率下传输时,其相位常数不同,这样引起的色散称为波导色散。由于光纤中存在双折射现象,即x和y方向的折射率不同,会造成沿x轴和y轴振动的两个偏振模的传输时延不同,从而产生偏振模色散或双折射色散。例题:你能区分这些色散吗?9、时延并不代表色散的大小,色散的程度应用时延差表示,时延差越大,色散就越严重。10、光纤的色散、脉冲展宽和带宽描述的是光纤的同一特性。11、调制信号经过光纤传播后,光功率下降一半(即3dB)时的频率(fc)的大小,定义为光纤的带宽(B)。由于它是光功率下降3dB对应的频率,故也称为3dB光带宽。12、
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