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1、光通信技术A-复习,1,学习幻灯,结构与基本特性,结构形态： 单结构形状 一维：平面 二维：矩形、圆柱形（光纤） 复结构形状 阵列波导AWG 光子晶体,2,学习幻灯,光波导传输光的基本原理,波导内传播导模的条件：全反射+谐振 全反射条件： c=sin-1(n2/n1) n1n2, c NA=sin=(n12-n22)1/2 光波在波导内的传输（光程+上下界面反射）满足横向驻波条件-谐振方程，总相位差=m,3,学习幻灯,求解方法： 由Maxwell方程导出Helmholtz波动方程 代入折射率分布矩阵,加边界条件求出矢量精确解。 波导分类 按几何形状： 一维：平面； 二维：矩形、圆柱形（光纤）
2、按折射率分布：阶跃型，渐变型 解的形式：圆柱形波导用极坐标，解为贝塞尔函数形式；矩形波导用直角坐标，解为指数三角函数形式。,4,学习幻灯,波导中都存在哪些光波的模式，它们在何种情况下发生？各自传播常数的特点是什么？,均匀平面波 导模 k0n2k0n1 分离谱 正规模 kz实数 辐射模 k0n2 连续谱 损耗 波导 非均匀平面波 泄漏模 kz复数 分离谱 损耗 消失模 kz虚数 连续谱 储能,5,学习幻灯,一维平板波导存在的光波模式：子午模,各阶横电模TE、横磁模TM的导模与辐射模,6,学习幻灯,二维带状波导存在的光波模式混合模,上角标字母：光模的电矢量方向 下角标字母： :沿x方向的极大值个数
3、,沿y方向的极大值个数,7,学习幻灯,光纤中存在的光波模式,光波模式：各阶导模、辐射模 子午面：横电模TE、横磁模TM、 空间模：圆电模EH（左旋）、圆磁模HE （右旋）,8,学习幻灯,光波在各类波导中传输时的振幅分布形式一维阶跃型折射率分布的平板波导,光波振幅分布形式： TE模谐振方程：,9,学习幻灯,导模截止,非对称参量,10,学习幻灯,非对称阶跃折射率分布的波导参数设计,截止波长:,截止厚度:,11,学习幻灯,光波在各类波导中传输时的振幅分布形式一维渐变折射率分布的平面光波导,折射率分布 Weber-Hermite波动方程 光波振幅分布形式：,12,学习幻灯,光波在二维阶跃型折射率分布的
4、带状波导中传输时的振幅分布形式,Ey模的振幅形式：,13,学习幻灯,Ey模的特征方程 Ex模的特征方程,14,学习幻灯,光波在阶跃型折射率分布的光纤中传输时的振幅分布形式,波动方程： 光波振幅精确波形的矢量解形式,15,学习幻灯,光波在光纤中传输时的特征方程,截止条件下:,16,学习幻灯,矢量模的分类截止条件下的波型II m=1 W=0,EH模的特征方程(取+) EH1n截止点:3.83171,7.01559,10.17374,17,学习幻灯,矢量模的分类_截止条件下的波型HEml模的特征方程(取-),HE1n模的截止点:0, 3.83171, 7.01559, 10.17374,与TE0n,
5、TM0n模兼并,与HE1n模兼并,Bessel函数的递推和降阶公式,18,学习幻灯,远离截止,得 “+”EHml, “-”HEml 取值应在截止条件和远离截止条件Jm(u)=0和Jm1(u)=0之间,19,学习幻灯,截止点: Jm(u)的n个根,20,学习幻灯,低阶模兼并与模式数 LPhl HEml h=m-1 LPtl EHml t=m+1,21,学习幻灯,b/k_V曲线(色散),22,学习幻灯,光波在双曲正割型折射率分布的光纤中传输时的振幅分布形式，其子午光线具有自聚焦特性,波动方程： 自聚焦光纤各阶模式的场表达式为：,23,学习幻灯,光纤中传导的总模式数,一个p值对应P+1个模式，P+1
6、个模式简并成一个模式群 每个模式群包含p+1个标模,再考虑有两个相互垂直的偏振态,总模式数:,24,学习幻灯,光纤的基本参数特性,数值孔径 截止波长 模场直径 损耗 色散 热膨胀系数 归一化频率 传输带宽,25,学习幻灯,光纤基本特性损耗,传输损耗：Loss=10Log(Po/Pi) 吸收损耗 散射损耗 弯曲损耗 包层辐射损耗,LD Coupler Fiber PIN 插入损耗 PIN 回波损耗,26,学习幻灯,色散 dn/d （ps/nm.km),波导色散:波长变化d引起的V的变化; 如宽带光源下,V不同导致的时延 材料色散:折射率变化dn()导致的时延; 非线性色散:光纤的非线性效应导致折
7、射率变化dn()导致的时延; 多模色散:多模群速度不等导致的时延 偏振模色散PMD:两正交偏振模式速度不等导致的时延,27,学习幻灯,偏振拍长,两正交偏振模式速度不等导致的传输周期的差值,28,学习幻灯,传输带宽,折射率分布造成的光脉冲时延差 脉冲响应展宽时间 不同频率 不同模式 不同偏振态,29,学习幻灯,光纤耦合器按功能分类：,光功率分配器 (Coupler)， 光波长分配器WDM 偏振器分束器PBS 梳状滤波器AWG,30,学习幻灯,光调制器分类:直接调制型(内调制)外调制型,按工作方式分类：声光，热光，磁光，电光，电吸收式 按调制物理量分类： 相位调制 振幅调制 强度调制 频率调制,3
8、1,学习幻灯,铌酸锂为X切Y传双折射晶体, 传输波长l=1.55mm时, 衬底折射率n20=2.25, n2e=2.15, 采用质子交换工艺制作光波导层, 折射率变化为Dn0=-0.04, Dne=0.05, 上包层为空气n3=1，问单模传输时,光波导层d的厚度是多少?分析1： Dn00,O光不满足全反射条件，不能传导，只能e光传导，在X切Y传情况下，e光为TE模.分析2： 单模传输时， TE0 （=0）可以传， TE1 （=1）不可以传.,32,学习幻灯,例题：带状波导基模Ey11传输n2=n4, n3=n5 波长l=1310nm，求a.b,对称波导结构n2=n4, n3=n5；基模传导，高阶模 截止，m=1, n=2带入特征方程p2=p4=0 p3=p5=0 arctg=p/2,单模传导的极限尺寸,33,学习幻灯,一理想多模光纤，其芯径2a=100m,平方率折射率分布，n1=1.49,相对折射率差=0.01。包层直径=125m，被覆层为无穷大，求解当=1.5m时，光纤内传播的模式数、偏振态？最大数值孔径NA? 写出前5个低阶模式的标量和矢量表示符号。,数值孔径 归一化频率 对应的简并模式群值 总模式数 5个低阶模式的标量和矢量表示符号,34,学习幻灯,