非线性光纤光学参考书 经典

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,非线性光纤光学,闫培光,2010.3,上课思想和参考教材,上课欢迎,讨论,，相互进步！,涉猎！,多学科交叉型人才,。,光纤通信（第二版）：原荣编著,非线性光纤光学：,讲解内容：,光纤通信课程：,简单回顾，深入剖析,涉及：,光纤,，半导体激光器、光电检测器、光无源器件、波分复用技术等。,非线性光纤光学：重点学习，深入了解。,涉及：脉冲在光纤内传输、群速度色散、自相位调制、光孤子等。,绪论,光纤通信概念,光纤结构与原理：,TIR/PBGF,光纤制作方法：,MCVD/PCVD,光纤传输特性：损耗、色散、偏振,光纤非线性效应：,一,.,光纤通信,光纤通信（,optical fiber communication,）是以,激光,作为信息的载波信号，并以,光导纤维,来传递信息的通信系统。,是人类通信,史上的一,大突破，已成为,信息社会,的神经系统。,直接造就了信息社会！直接改变了生活！,超高速、超大容量、超长距离,二,.,光纤结构与导光原理,光纤,（,Optical Fiber,）,是“光导纤维”的简称，,是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝,。,纤芯,的,折射率,n,1,比,包层,n,2,稍高，光能量主要在,纤芯,内传输。,单、双包层结构,导光原理,全内反射：,光子带隙：,指某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播，即这种结构本身存在“禁带”。这一概念最初是在光学领域提出的，现在它的研究范围已扩展到微波与声波波段。,周期结构可以通过缩放尺寸关系扩展至很宽的频率范围，甚至到毫米波和微波波段,三,.,制作方法,MCVD,法,PCVD,法,四,.,光纤的传输特性,产生,信号畸变,的主要原因是光纤中存在,色散,，影响信号在光纤内传输距离的是,损耗,，因此,损耗和色散,是光纤最重要的传输特性：,损耗限制系统的传输距离,色散则限制系统的传输容量和传输距离,光纤的传输特性：光纤损耗,习惯上,的单位用,dB/km,，,损耗系数,设长度为,L(km),的光纤，输入,光功率为,P,i,，,输出光功率,P,o,为,损耗,的存在 光信号,幅度,减小 限制系统的,传输距离,。 ,光纤内传输的,光功率,P,随,距离,z,的变化，可以用下式表示,1.,损耗的机理,吸收损耗,红外吸收和紫外吸收,产生吸收的原因是？,杂质吸收,光纤中含有过渡金属离子：铁、镍、铜、锰、铬、钒、铂等和水的,氢氧根,离子。,散射损耗,散射损耗是光纤中由于某种远小于波长的不均匀性（,折射率不均匀性、掺杂粒子浓度不均匀性等,）引起的对光的散射所造成的光功率损耗。,由于瑞利散射损耗的大小与光波长的,4,次方成反比，所以,光纤工作在长波长区时，瑞利散射损耗的影响可以大大减小,。,光纤的传输特性：光纤色散,色散：光纤中的光信号由不同成分（如不同模式、不同频率）组成，,在传输过程中，各种频率成分或各种模式成分的传播速度不同，引起,信号脉冲展宽、波形失真,的物理现象,。,*小知识点,光纤数字通信传输的是一系列脉冲码,，脉冲展宽导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错。,为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。,另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。,脉冲展宽（,Pulse Spreading,）,time,Pulse from zero-order mode,Pulse from highest-order mode,Pulses from other modes,Resulting pulse,T,T,T,T,T,色散产生的根源是：光子与介质的束缚电子的特征谐振频率有关。共振处：强烈吸收；远离共振处：也受影响。,色散的种类,模式色散又称模间色散,材料色散,波导色散,极化色散,*模式色散只存在于多模光纤中,。每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。单模光纤中只传输基模（,HE 11,模），,单模光纤中不存在模式色散。,*材料色散：不同材料对不同波长的折射率不同，故而速度不同。,*波导色散：同一光子在不同口径的管道中爬行！,*极化色散：光子的偏振态，快慢轴概念。,光纤材料色散方程,Sellmeier,方程,Sellmeier,方程：,n2 - 1 = C12/(2-C2) + C32/(2-C4) + C52/(2-C6),http:/refractiveindex.info,%SF6 glass,C1=1.72448482; C2=0.0134871947; C3=0.390104889; C4=0.0569318095; C5=1.04572858; C6=118.557185,%,Si,C1=10.6684293; C2=0.301516485; C3=0.003043475; C4=1.13475115; C5=1.54133408; C6=1104.0,作业：,Matlab,编程序计算色散,色散展开与高阶色散系数求解,波导色散的再介绍,特点：,改变光纤的折射率分布和剖面结构参数，可以改变波导色散的值,，,从而在所希望的波长上实现材料色散和波导色散的代数和为零。,阶跃单模光纤的色散特性,材料色散,总,色散,波导色散,1.31,m,基于色散形成的光纤分类,从通信上考虑，要求尽可能损耗小、色散小！,ITU-T,是,国际电信联盟，电信标准化部门,，,成立于,1993,年，它的前身是国际电报和电话咨询委员会（,CCITT,）,。,ITU-T,研究和制订除无线电以外的所有电信领域标准，已通过的建议书有,2600,多项。,由,ITU-T,提供的业界分类有以下几种，,G.652,光纤，,G.653,光纤，,G.654,光纤，,G.655,光纤，,G656,光纤,作业,2,：详细调查这些光纤的参数，打印出来，上交,G.652,光纤：常规单模光纤,G.653,光纤：色散位移光纤（,光纤零色散点从,1.31m,处移到,1.55m,附近，使得,1.55m,处最低衰减和零色散一致，用于通信干线网,）,G.654,光纤：截止波长光纤（,截止波长大于,1.31m,，,损耗进一步降低到,0.185dB/km1.55m,）,G.653,和,G.654,的,弊端：易于产生四波混频，造成信号串扰。,FWM,是一种非线性光学效应，与光纤的色散有关，零色散时混频效率最高，有微量色散，,FWM,干扰反而会减小。,G.655,光纤：非零色散位移光纤（,零色散波长,在,1.525m,或,1.585m,处，削减了色散效应和四波混频效应，在,10Gbit/s,以上波分复用或密集波分复用的高速率、大容量、远距离光纤传输系统中得到极为广泛地应用。,）,三种光纤色散情况比较,*一个概念,光纤的正常色散和反常色散,双折射光纤*概念,模式双折射,拍长,实现双折射的方法,形状双折射：如椭圆芯,应力双折射：如熊猫光纤,五,.,非线性效应,t=0:0.01:6*pi;,v0=30;,w1=2*pi*(v0+0.1);,w2=2*pi*(v0-0.1);,z1=cos(w1*t)+cos(w2*t);,plot(t,z1,r),习题：,谢谢！,