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多模光纤弯曲损耗.doc.doc

多模光纤弯曲损耗.doc

freda泽雯
2017-09-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《多模光纤弯曲损耗.docdoc》,可适用于综合领域

多模光纤弯曲损耗doc多模光纤的弯曲损耗实验研究何国财(吉首大学物理科学与信息工程学院湖南吉首)摘要:随着光通讯、光网络、光传感技术的发展光纤已经被广泛应用于上述系统作为信息载体和敏感元件。多模光纤以其结构简单、芯径大、耦合效率高损耗、色散较大而被广泛应用于小型局域网局域网的铺设线路上往往弯曲较多。因此研究弯曲对多模光纤所传输信号的衰减对于合理构建和铺设局域网是十分必要的。为此我们实验研究了微米芯径多模石英光纤在相同圈数不同弯曲半径和相同弯曲半径不同圈数情况下的弯曲损耗得到了如下结论:()多模光纤弯曲时有一个厘米到厘米的临界值。()当弯曲半径大于临界值时弯曲不对损耗产生影响当弯曲半径小于临界值时弯曲半径越小则损耗越大()当弯曲圈数到一定程度时弯曲圈数不影响损耗。关键词:多模光纤弯曲损耗弯曲半径ExperimentalstudyaboutlossofMultimoldsopticalfiberinducingbybendingHeGuocai(CollegeofPhysicsScienceandInformationEngineering,JishouUniversity,Jishou,Hunan)Abstract:Alongwithdevelopmentoftheopticalcommunication,theopticalnetwork,theopticalsensortechnology,theopticalfiberwidelyisalreadyappliedtotheabovesystemastheinformationcarrierandthesensitiveunitMultimoldsopticalfiberhasbeenappliedwidelyintheLANforitssimplestructure,bigcorediameter,highcouplingefficiency,highlywasteandbigdispersionThelineofLANalwayshasmanybending,therefore,itisnecessarytoresearchthebendingwasteofthemultimoldsopticalfiberforconstructingreasonablyandlayingdowntheLANForthisi。在信息需求量不断迅速增长的现代社会光纤通信系统所具有的潜在巨大容量无疑具有极其重要的价值~()保密性强。外界的干扰进不去内部的光能也能不能漏出来。用电磁感应的办法来窃听不再奏效。窃听者必须对光纤做破坏性操作才有可能但这样的办法很容易被终端发觉。这项优点在军事保密通信、银行财会管理网络及许多要求保密的应用中格外受到欢迎。()其制造原材料便宜节约有色金属。光纤的基本材料是二氧化硅地球上的储藏量可以认为取之不尽。而通信电缆是用铜做导线。铜在地球上的蕴藏量十分有限多模光纤的弯曲损耗实验研究绪论资源显得十分紧缺价格很贵。相比之下光纤在经济效益方面占很大的优势。()抗电磁干扰。石英材料是绝缘介质因此雷电、工业电火花、电弧等都不会在光纤中产生感应电磁干扰。纤芯中除导模外的光场在包层的内区就衰减至零。因此即使有多根光纤在同一光缆中它们彼此间亦不会有相互干扰。这对提高通信质量很有帮助。()传输损耗低。同轴电缆的损耗为至dBkm而微米波长的光纤损耗可以低到dB,km。线路传输损耗低可大大增加中继站的间距。利用光纤传输Mb,s的数字信号无中继距离可达km甚至kM而同轴电缆的无中继距离仅为km且其导线损耗随频率上升因而需要精密均衡。以无中继传输距离同信息数据率的乘积作为评价指标光纤比同轴电缆高出几个数量级。()光纤对外界的温度、压力等变化特别敏感因此可以利用这个特性制造高性能的传感器。另外石英光纤还有抗腐蚀不会产生短路电火花等优点。用光纤制成传感器系统用在化学试剂、石油天然气、矿井等特殊环境中是十分有益的。光纤技术的历史如果以年第一根低损耗光纤出现算仅仅十余年便形成颇具规模的产业。而本世纪初马可尼等发明无线电至年代中期雷达用于战场微波技术趋于完备并广泛用于通信、导航、电子战等前后经历了大约半个世纪。几何光学从牛顿发明透镜到广泛应用则以百年计。回顾近百年来科学技术的发展这种发展趋势是很有启发性的。光纤的发展历史、种类及用途光纤的发展历史光纤的发展大致可以分为三个阶段:第一阶段光纤的早期实验室研究阶段。年英国物理学家JoanTyndall验证了光可以在一个弯曲的水流中传播证明了全内反射现象的存在为光纤的发明做好了理论上的准备。年著名的电话发明家贝尔提出“光电话”的想法并做了先驱实验。他用话音去调制通过膜孔的太阳光以阳光做载体将话音传到接收端。尽管贝尔的实验仅仅达到m距离而且音质很差但所展示的概念确是当今光通信的基础。世纪早期仍有不少科学家致力于光通信的研究(可惜其间的进展不大原因之一是缺乏理想的光源。另外光在大气中传播必然会受到雨雪雾等各种天气因素的严重干扰。技术的发展需要一种能导光的损耗小的透明介质。年英国的贝尔德提出了利用光的全反射现象制成石英光纤利用石英光纤来传输图像。年设计出第一个光导纤维镜用于传输人体内部器官图像。年英国皇家科学技术学院的NarinderKapany开发出现在所用结构的光纤并命名正式宣布了光纤的诞生。第二阶段光纤研究的蓬勃发展和传像应用阶段多模光纤的弯曲损耗实验研究绪论年美国的希斯乔威滋把高折射率的玻璃棒插在低折射率的玻璃管中将他们放在高温炉中拉制得到了玻璃(芯)玻璃(涂层)的光纤初步解决了光纤的漏光问题为今天的光纤制造工艺奠定了基础。年美国的考特尼普拉特提出用光纤制作熔融面板作为电子管屏的想法。但由于工艺的原因这个想法并没有得到实现。年卡帕提提出了拉制复合光纤的新工艺。这种工艺制造的光纤单丝直径很小用这种小直径光纤就可以得到具体有高分辨率的光学纤维面板。后来他们改进光纤制造工艺在光纤上增加吸收套层减少了杂散光的影响提高了质量使纤维面板进入了实用化阶段。年光纤束传像研究得以突破美国人解决了光纤排列工艺方面的问题制造出了可弯曲高分辨率的光纤传像束这种光纤传像束在医疗仪器中得到广泛的应用。年研制出了红外和紫外波段使用的光纤并且用钕玻璃制造出了激光光纤。在这一阶段建立和完善了光纤理论光纤的制造工艺有了很大的改进光纤和光纤元件(光纤面板、光纤束)的质量明显改善。但由于认识和技术的局限性光纤的损耗相当大高于dBkm。这使得光纤的应用仅仅局限于传像。例如:利用光纤柔软的特点制成的潜望镜内窥镜、用光纤制作的各种图像变换器像增强器等。第三阶段光纤研究的高速发展和通信应用阶段。年美国人梅曼发明了红宝石激光器。得到了第一台相干振荡光源它的出现激起了世界范围的光通信热潮。年英国标准电信研究所美籍华人高锟和霍克汉姆发表了具有重大历史意义的论文。他们指出:光纤的高损耗不是光纤本身所引起的而是由材料中所含杂质引起的如果降低材料杂质的含量就可以大大降低光纤的损耗。他们预言降低杂质含量改进光纤的制造工艺可以将光纤的损耗降到dBkm或更小。他们还发现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小。高琨等人的工作找到了光纤高损耗的主要原因为光纤的通信应用铺平了道路。世界上几个实验室对此进行了研究。年美国康宁公司研制出了阶跃多模光纤。该光纤对nm的波长的光损耗小于dBkm,这使光纤进行远距离传输信息成为可能。这是光通信史上划时代的事件。与此同时半导体激光器的研究也取得了突破性的进展实现了GaAs半导体激光器室温连续工作该激光器的输出波长为nm恰好与光纤的一个低损耗窗口波长一致。这一幸运的巧合无疑加快了光通信发展的进程因此年被认为是值得纪念的光纤通信元年。年随着光纤原材料提纯制棒和拉丝技术的提高梯度折射率多模光纤的损耗降至dBkm。年美国芝加哥成功地进行了世界上第一个Mbits传输km的光纤通信系统的现场实验使光纤通信进入实用化阶段。多模光纤的弯曲损耗实验研究绪论进入实用阶段以后光纤通信的应用发展极为迅速应用的光纤通信系统已经多次更新换代。世纪年代的光通信主要采用多模光纤工作在短波长波段(nm)因其严重的色散和损耗世纪年代以后逐渐被长波长(nm)单模光纤所替代。到了世纪年代初通信容量扩大了倍达到了Gbits。进入世纪年代以后传输波长又从nm转向更长的nm波长实现光纤低损耗和零色散的统一并且开始使用光纤放大器波分复用(WDM)技术等新技术。光通信容量和中继距离继续不断增长。世纪年代末商用电时分复用TMD系统的速率已达Gbits而TDMGbits系统已进入实用化阶段。由于受电子器件极限速率的限制TMD的速率进一步提高将是十分困难的而波分复用WDM技术的不断发展使其成为网络升级、增加容量的最佳选择方案。WDM试验系统容量最高记录一年中每隔几个月就被刷新一次。到年月OFC年会上日本NEC公司发布了当时世界最高记录的WDM系统该系统速率为Tbits传输距离达km该系统采用了分布拉曼放大、集中光纤放大和极化复用技术频率利用率达bitsHz。现在这个记录估计已经被远远超过。在这一阶段为适应各种特殊要求的新型单模光纤不断问世光纤广泛应用于市内电话中继、长途通信干线、有线电视网主干线、互联网主干连接成为了通信线路的骨干促进了光通信的发展。与此同时由于光纤易受外界环境因素的影响人们利用光纤的这一特性发明了各种形式的光纤传感器。通过测量光纤中传输光波参数的变化来测量导致光波参数变化的各种物理量的大小。近年来光纤传感技术发展非常迅速成为了光纤应用的新领域。按照制造技术的演进可将光纤的发展用图()表示。图光纤制造技术的演进纵观光纤的发展历史人们为了满足各种不同的应用需求而发明制造了各种不同的光纤其结构、材料、应用波段、传输特性等各不相同我们将其简述如下。多模光纤的弯曲损耗实验研究绪论光纤的种类及用途光纤的分类方法很多既可以按照光纤截面折射率分布来分类又可以按照光纤中传输模式数的多少、光纤使用的材料或传输的工作波长来分类。()按光纤组成材料一般可分为:石英系光纤多组分玻璃光纤全塑料光纤氟化物光纤硫硒化合物光纤光子晶体光纤()按工作波长可分为:短波长光纤(,nm)长波长光纤(,nm)超长波长光纤(nm以上)全波光纤()按传输模式可分为:单模光纤多模光纤()按光纤横截面的折射率分布可分为:阶跃光纤渐变折射率光纤由于光纤分类多种多样各种分类相互交叉各种光纤的传输特性还可根据用户的需求而特殊制造所以在这里我们只对上述光纤的一般特性和用途进行归纳。()石英光纤。这种光纤的损耗低工作波长在微米时(损耗可降到dB,km工作波长在微米时损耗为dB,km(()多组分玻璃光纤。这种光纤由普通光学玻璃拉制而成损耗也较低如钠,硼硅酸盐玻璃光纤工作波长在微米时最低损耗为dB,km。()塑料光纤。这种光纤是用两种以上的高分于材料共聚而成。它与石英光纤相比具有重量轻、成本低、柔软性好、加工方便等优点但损耗较大。工作波长微米时达到~dB,km。基于此原因塑料光纤的应用有限。它们可以成捆地用在一些图像传输和照明场合在这些场合中光无需远距离传输另外要求造价也较低。在通信系统中塑料光纤仅能用在短途链路上如办公楼或汽车内部。()多模光纤。可用上述所有材料制作。多模光纤又可以分为阶跃式和渐变式两种。多模光纤可以说是第一种广泛应用于实际的光纤直到现在它还发挥着不可替代的作用。它的纤芯直径较粗(或μm)数值孔径较大可传多种模式的光。常用的多模光纤芯径和涂敷层外径规格为:μm(欧洲标准)μm(美国标准)。由于多模光纤的模式色散严重现在发展的长距离通信网络已不再使用。但是它价格便宜相对于单模光纤容易耦合和安装将来光纤到户时仍有很大的发展空间。多模光纤的弯曲损耗实验研究绪论()单模光纤。基本条件是芯径足够小光纤中传输模式只有一个。单模光纤以其损耗低、频带宽、容量大、成本低、易于扩容等优点成为一种理想的长距离通信介质得到广泛的应用。单模光纤传输信号的速度远远高于多模光纤无中继传播距离大于几千米。但复用技术也使光纤的色散和非线性效应更为显著为解决光纤的色散问题研究人员相继开发出了几种折射率特殊分布的单模光纤:色散位移光纤(在单信道系统中运行良好却不适用于波分复用系统现已不再生产)非零色散位移光纤(规格和性能仍在发展中潜在应用领域是城域网传输距离很短不需要光放大器)小色散斜率光纤(适用于密集波分复用系统)大有效面积光纤(使光功率在光纤截面上分布的有效面积最大从而减小非线性效应)色散补偿光纤(用于补偿或抵消其它单模光纤中无法避免的色散)。()聚合物光纤。目前通信的主干线已实现了以石英单模光纤为基质的通信,但是在接入网和光纤入户(FTTH)工程中石英单模光纤却遇到了较大的困难。由于石英单模光纤的纤芯很细(μm)光纤的耦合和互接都面临技术困难因为需要高精度的对准技术。因此对于距离短、接点多的接入网用户是一个难题。而聚合物光纤(PolymerOpticalfiberPOF)由于其芯径大(mm)故可以使用廉价而又简单的注塑连接器并且其韧性和可绕性均较好数值孔径大可以使用廉价的激光源在可见光区有低损耗的窗口适用于接入网。聚合物光纤是目前FTTH工程中最有希望的传输介质。聚合物光纤分为多模阶跃型SIPOF和多模渐变型GIPOF两大类由于SIPOF存在严重的模式色散传输带宽与双绞铜线相似限制在MHz以内即便在很短的通信距离内也不能满足FDDI、SDH、BISDN的通信标准要求而GI,POF纤芯的折射率分布呈抛物线因此模式色散大大降低信号传输的带宽在m内可达Gbps以上。近年来GI,POF已成为POF研究的主要方向。最近NTanio从理论上预测了无定形全氟聚丁烯乙烯基醚在nm处的理论损耗极限为dBkm在nm处的损耗可低至dBkm这完全可以和石英光纤的损耗相比拟。GGiorgio等人报道了m全氟GI,POF的数据传输速率已达到Gbps。因此GI,POF有可能成为接入网用户网等的理想传输介质。()氟化物光纤。能传输,μm波长范围的光通常简称为氟光纤。它们主要由四氟化锆和二氟化钡组成同时加入了其它成份形成玻璃混合物。商用氟化物光纤的最低损耗在μm处约为dBkm但实验室已有损耗约为dBkm的氟化物光纤的报道。由于氟光纤具有一些比较可取的光学特性因此能用在某些掺铒光纤放大器中。()全波光纤。随着人们对光纤带宽需求的不断扩大通信业界一直在努力探求消除“水吸收峰”的途径。全波光纤(AllWaveFiber)的生产制造技术从本质上来说就是通过尽可能地消除OH离子的“水吸收峰”的一项专门的生产工艺技术它多模光纤的弯曲损耗实验研究绪论使普通标准单模光纤在nm附近处的衰减峰降到足够低的程度。年美国朗讯公司研制了一种新的光纤制造技术它能消除光纤玻璃中的OH离子从而使光纤损耗完全由玻璃的特性所控制“水吸收峰”基本上被“压平”了从而使光纤在nm的全部波长范围内都可以用于光通信由此全波光纤制造技术的难题也逐渐得到了解决。到目前为止已经有许多厂家能够生产通信用全波光纤如朗讯公司的Allwave光纤、康宁公司的SMFe光纤、阿尔卡特的ESMF增强型单模光纤、以及藤仓公司的LWPfiber光纤等。全波光纤在城域网建设中将会大有作为。从网络运营商的角度来考虑有了全波光纤就可以采用粗波分复用技术取其信道间隔为nm左右这时仍可为网络提供较大的带宽而与此同时对滤波器和激光器性能要求却大为降低这就大大降低了网络运营商的建设成本。全波光纤的出现使多种光通信业务有了更大的灵活性由于有很宽的波带可供通信之用我们就可将全波光纤的波带划分成不同通信业务段而分别使用。可以预见未来中小城市城域网的建设将会大量采用这种全波光纤。()光子晶体光纤。所谓光子晶体实际上就是一种介质在另一种介质中周期排列组成的人造晶体该排列周期为波长量级。光子晶体光纤(PhotonicCrystalfiberPCF)是由STJRussell等人于年提出的。对石英光纤来说PCF的结构特点是在其中间沿轴向均匀排列空气孔这样从光纤端面看就存在一个二维周期性的结构如果其中一个孔遭到破坏和缺失则会出现缺陷利用这个缺陷光就能够在其中传播。这种PCF与普通单模光纤不同由于它是由周期性排列空气孔的单一石英材料构成所以有中空光纤(holeyfiber)或微结构光纤(microstructuredfiber)之称。PCF引人注目的一个特点是结构合理具备在所有波长上都支持单模传输的能力即所谓的“无休止单模”特性(endlesslysinglemode)这个特性已经有了很好的理论解释。这需要满足空气孔足够小的条件空气孔径与孔间距之比必须不大于。空气孔较大的PCF将会与普通光纤一样在短波长区会出现多模现象。PCF的另一个特点是它具有奇异的色散和非线性特性在光通信领域将会有广泛的应用。现在人们已经在PCF中成功产生了nm光孤子预计将来波长还可以降低。PCF在未来超宽WDM的平坦色散补偿中可能扮演重要角色。世界领先的PCF产品商业化的公司丹麦CrystalFiberAS最近推出了新的光子晶体光纤产品系列。一种是中空的“空气波导光子能带隙晶体光纤”(airguidingPhotonicBandgapFiber)此晶体光纤的纤芯是中空的利用空气作为波导使光可以在特殊的能带隙中传输。另外一种是“双包层高数值孔径掺镱晶体光纤”(Double多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输理论CladHighNAYbFiber)该光纤可以用在光纤激光器或光纤放大器中另外由于该光纤具有光敏性还可以在它上面刻写光纤光栅。可以看出光纤的发展历史就是人们不断地追求低损耗、低色散、高带宽、高传输速率的历史。可见传输特性对于光纤的重要性。本论文工作的目的、意义和主要内容随着光通讯、光网络、光传感技术的发展光纤已经被广泛应用于上述系统作为信息载体和敏感元件。不同的光纤对光能量和光信息的保真度是不同的。研究并了解不同光纤的传输特性将有利于我们合理选材、合理布局为构建最合乎需要、性能最佳的光通讯、光网络、光传感系统提供依据。多模光纤以其结构简单、芯径大、耦合效率高、色散较大而被广泛应用于小型局域网局域网的铺设线路上往往弯曲较多。因此研究弯曲对多模光纤所传输信号的功率和色散的影响对于合理构建和铺设局域网是十分必要的。为此我们实验研究了微米芯径多模石英光纤在相同圈数不同弯曲半径和相同弯曲半径不同圈数情况下的弯曲损耗和色散得到了一些有意义的结论。光纤传输理论光纤传输理论分为模式理论和光线理论。模式理论采用波动光学的方法把光作为电磁波来处理研究电磁波在光纤中的传输规律得到光纤中的传播模式、场结构、传输常数及截止条件。光线理论采用几何光学的方法可简单直观地得到光线在光纤中传输的物理图像。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光纤的模式理论描写电磁场的麦克斯韦方程组为:多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输理论,,D,,,B,B(),,,E,t,D,,,HJ,t其中E是电场强度D是电位移矢量H是磁场强度B是磁感应强度是,电荷密度J为电流密度。对于各向同性介质E、D、H、B满足如下的物质方程:DE,,()BH,,为介质的介电常数和磁导率一般是频率的函数即存在色散现象。现在式中,,讨论一种比较简单的情况即对于均匀、各向同性介质为常数可以写成:,,,,,,r(),,,,r式中、为真空的介电常数和磁导率为介质的相对介电常数和相对磁导率。,,,,,rrr在介质中既没有空间电荷、也无电流的情况下将式()代入式()于是得到:,,E,B,,E,t(),,B,E,,B,,,,rr,t将()两边取旋度:,,,,,,,EEE(),,,,B,t将公式,代入得EB满足的波动方程:,,,,E,,,,t(),,,,B,,,t,式中c,,,()n,,v是电磁波速n为介质中的折射率。多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输理论假设电磁场以角频率ω作简谐振荡在光学中对应理想单色波情况。这一假设并不影响问题的普遍性因为任何复杂问题都可以视为简谐振荡的傅立叶分量的叠加。这时的波动方程就称为亥姆霍兹(Helmholtz)方程。在无源空间介质是理想、均匀、各向同性而且电磁场是简谐的条件下可得到光在光波导中传播应满足的亥姆霍兹方程式:,EkE,,HkH,()其中k,kn为折射率为n的介质中的传播常数(也叫波数)。k为真空中的波数。用波动理论研究光纤中的电磁波行为通常有两种解法:矢量解法是一种严格的传统解法求满足边界条件的波动方程的解。标量解法是将光纤中传输的电磁波近似看成是与光纤轴线平行的在此基础上推导出阶跃型光纤的场方程、特征方程并在此基础上分析标量模的特性。下面我们引用矢量解法的结果。矢量解法的理论计算分为三大步骤:利用圆柱坐标系f(r,φ,z)中的亥姆霍兹方程求出E、Hzz由E和H利用麦克斯韦方程组求出E、E、H、Hzzrφrφ利用E、H在纤芯和包层交界处连续的特点即在r=a处E,E、H,H求φφφφφφ出导波特征方程。由此解得:,,,jm,j(t,z),AJ(Ur)e,e(r,a),mE,,z,,,jm,j(t,z),CK(Wr)e,e(r,a),m,,,jm,j(t,z),BJ(Ur)e,e(r,a),()mH,,zjm,,j(,t,,z),DK(Wr)e,e(r,a)m,U,kn,,,W,,,kn其中定义了n和n分别为纤芯和包层的折射率。J(Ur)是m阶第一类标准贝塞尔函数K(Wr)是m阶第二类修正贝塞尔函数。mm常数A、B、C、D由边界连续条件确定。由上式可知:当r足够大且U为实数即kn,,,时J(Ur)的渐进表达式为:m,m,,,(),cos,,JUrUr(),,mUr,,,表明此时纤芯内是振荡波。当r足够大且W为任意数时Km(Wr)的渐进表达式为:多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输理论(),,WrK(Wr),emWr由此可见:,,则W为正实数故包层内是衰减波,,,,,则W为虚数故包层内是振荡波,kn,,,,则W为是以上两种情况的临界状态,V,UWa,akn,n令称为归一化频率。临界状态时W,,Wc则V=Ua,Vc称为归一化截止频率。显然:导波存在的条件为:V>Vc导波截止的临界条件为:V=VcC、D满足的四个奇次方程组成的方程组仅当系数由边界条件得到的A、B、矩阵的行列式为零时才有非奇异解。这个条件提供了确定传播常数β的本征方程其形式为:,,,,,,,,,,,,J(u)K()J(u)K()nn,,mmmm,,,,,,,nnm,,,,,,,,,,,,,,uJ(u)K()uJ(u)K()uu,,mmmm,,,,,,其中,dJ(u)dK()mm,,J(u),,K(,),,u,Ua,,,Wammdud,W,,W时u,Ua,kn,,,V由此解得临界状态即:cmnmnmnc由矢量解可得到如下结论:、对应于每一阶贝塞尔函数(m取某一确定整数)都存在多个解(以n,…表示),记为βmn每一个βmn值对应于一个能在光纤中传输的光场的模式根据不同的m与n的组合光纤中将存在许多模式m表示导波模式的场分量沿纤芯圆周方向出现最大值的个数n表示沿径向出现最大值的个数。、HE模式在任何光纤中都存在(因为任何光纤都有V>)HE模称为基模。,V,、满足条件的光纤仅含基模称为单模光纤此条件称为单模工作条件。反之V>条件的光纤称为多模光纤此条件称为多模条件。、纤芯越细高阶模数量越少反之高阶模数量越多。、工作波长越长高阶模数量越少反之高阶模数量越多。光纤端面临界入射角φ越小高阶模数量越少反之高阶模数量越多。光纤的光线理论以几何光学为基础的光线理论一直是传统光学仪器和元件设计的理论基础。它在处理短波长情况的光传播问题要比波动方程简单得多。而且它并不局限于光传播问题的范围它还可以描叙波动光学所描叙大部分现象有简单直观的优点。现在我们用光线光学来解释以下突变折射率光纤的传光原理。一般来说多模光纤的纤芯直径在um左右纤芯材料的折射率大约光纤纤芯的光学长度约为光通信波长的倍左右所以用光线分析处理多模光纤可得到满意的结果。在光纤多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输理论中有两种光线一种叫子午光线它是一个平面内弯曲进行的光线并在一个周期内与纤芯的中心轴相交两次另一类叫做斜光线它是一种不通过光纤的中心轴且不在一个平面内的光线这类光线在光纤横载面中的运动范围是在芯子包层边界与焦散面之间如下图所示:图光线在光纤横载面中的运动θ’’α’φβ图斜光线的全反射条件下面我们来求斜光线的全反射条件。如图所示设斜光线SX由X点入射后(入射角为θ)在Y、Z等点反射由于SX是斜入射光纤的轴线不包含在入射面之内所以光线的轨迹是一条空间折线。作YP和ZQ平行于轴线CC’交光纤横截面于P、Q两点。XYP,θ’表示XY光线与轴线的夹角(称为轴线角)XYP平面和横截面XPC垂直其交线为XPα,,θ’表示XY与XP的夹角β表示XP与XC的夹角。由于α、β所在平面相互垂直根据立体几何公式有:cos,,cos,cos,(),,,,'式中φ表示XY与XC的夹角即XY与光纤界面过X点的法线的夹角。将,cos,,sin,cos,代入上式可得:()图中X、P、Q各点在光纤横截面上组成的折线可以看成光线XYZ在横截面上的多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输理论投影。每曲折一次表示发生一次反射。可以看出在光线传播过程中β角是不变的轴线角θ’也是不变的。所以光线在光纤中传输在各反射点入射角φ是不变的。在端面上SX的入射角为θ折射角为θ’由折射定律可得:'()nnsinsin,,,在光纤内部光线在纤芯和包层的界面上反射入射角为φ发生全反射的条件是:由此可导出斜光线在光纤端面入射时的最大孔径角θ:sin,,nn斜n,n,sin,()斜ncos,定义斜光线的数值孔径n,n,sinNA,n,()斜斜cos,cos,,由于所以斜光线的数值孔径比子午线的要大。对于渐变折射率光纤在这里我们来研究它的光线方程。()渐变折射率光纤中的光线方程渐变型光纤与阶跃型光纤的区别在于其纤芯的折射率不是常数而是随半径的增加而递减直到等于包层的折射率。理想情况下渐变型光纤中各个子午面内折射率分布的规律是一样的。子午面内平行于光纤轴线的线上各点折射率相等称为等折射率线。与均匀光纤一样渐变型光纤中同样存在两类光线:子午线和斜光线。分析斜光线在渐变型光纤中的传输规律非常复杂因而这里只研究子午线的传输。作渐变折射率光纤中子午光线的轨迹图()图渐变折射率光纤中子午光线的轨迹图因为平行于光纤轴线的线上各点折射率相等取传输光线上任意一点P由折射定律有:多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输理论n(r)sinθ=恒量()n(r)随r的增加而减小则当r增大时折射角θ增加光沿着一条弯曲的路径传输并且弯向折射率大的一方。路径的曲率中心C位于折射率大的一方。根据曲率半径的定义:()R,dsd,式中ds表示P点光线向前传输的弧元长dθ是对应的切线ds在弧长上转过的角度dscosθ=dr。由此可得:dcos,,(),Rdr将()两边微分可得:θ=()dnsinθncosθd()和()可导出dnsin,(),,Rndrdn由于n(r)随r的增加而减小所以有:()式可改写为,drsin,dn,()Rndr从()式可知:θ,时表明光线在光纤中沿垂直于等折射率线方R,向传输时不会弯曲当说明在渐变折射率光纤中传输光线要弯曲,,时R,始终弯向折射率较大的方向。如图()午面ABCD中传输光线轨迹具有某种周期性。在图()中用φ表示光线在某一点切线与光纤轴线的夹角因而()式又可表示为:n(r)cosφ=恒量)随着r的增大φ角越来越小。当φ,时光线离轴的距离最大。下面以图(中光线的路径曲线为例导出光在光纤中传输的光线方程。drdz表示路径曲线在某一点切线的斜率有如下关系:,,dr,,,,tan,,(),,dz,cos,,由()式可知:n()cos,,n(r)cos,()式中n()和φ分别为r=处的折射率和折射角。多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输理论,n(r),n()cosn(r)(),,,,cos,n()cos,n()cos,将()式代入()式可得:,()cosn,()dzdr,,(),()cos,nrn)式可以得到光线传输路径的曲线方当折射率分布函数n(r)已知时由(程。r,()cosn,()zdr,,,(),()cos,nrn()平方律折射率分布光纤中光线轨迹方程平方折射率分布函数为:r,,()n(r),n(),,,,,,a,,,,n(),n(a)式中a为纤芯半径。将()式代入()式可得:,,n()rr,,,n()cosacosacosdrr,zdrarcsin,,,,,asin,,,,,n(r)n()cos,,,,asin,,,r,,,,,,()光线轨迹是周期为л的正弦曲线有如下关系:,,,(),zn,cosa(n,…)(),acos,z(),,,空间周期为。光线轨迹的周期与入射角(或折射角)有关不同入射角的光线z(,)在光纤中传输时有不同的空间周期所以不同入射角的光线在平方律折射率光纤中传输不能聚焦在一点。,a,z()如果φ很小cosφ周期这时光线轨迹周期与入射角无关不同,,入射角的光线能聚焦在一点。三、双曲正割折射率分布光纤中光线轨迹方程双曲正割折射率分布函数为:n(r)=n()sech(ar)()式中a为光纤纤芯的半径。将()代入()式可得:多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输特性,,sech(ar),cosrdr,,z,,,arcsin,,asinsech(ar),,sech(ar),,,,()cos,sech(ar),cos,,,sin,az,,cosaz,,,sinsech(ar),,从()式可知要得到周期为л的余弦轨迹则要求:az=nл,z=nлa(n=,,…)()由()式可知光纤中光线的轨迹具有空间周期性周期为z=лa。光线轨迹的周期与入射角无关。这说明:双曲正割折射率分布的光纤具有自聚焦作用不同入射角的光线在这种折射率分布的光纤中传输可以聚焦于一点。光线能聚焦于一点的光纤称为自聚焦光纤。双曲正割折射率分布的光纤是自聚焦光纤入射角很小的平方律折射率分布光纤也是自聚焦光纤。光纤传输特性光纤的损耗、色散和非线性光纤的损耗光纤传光并不是完全没有损耗的,光纤的传光损耗问题一直是研究光纤传输特性的最重要的内容之一。本章主要对光纤损耗进行一些简单的介绍。在光纤中损耗可以分为两类:内部损耗和外部损耗。内部损耗是那些与给定的光纤材料相关而不能通过技术改造和生产方法的改革而改善的损耗外部损耗是那些与制造制缆和安装方法相关的也就是说在理论上可以是零的损耗。内部损耗主要产生的主要原因是:、在紫外和红外区域内的材料共振和瑞利散射。材料共振与电极化的虚数部分相联系且可以解释为:分子、原子、甚至单个的电子。当外界的光频率与这些微粒之间的振动频率一样时将产生共振此时将消耗很大一部分能量使外部的光损耗很大。、瑞利散射是由于光纤里的二氧化硅分子之间的距离和位置的不规则性引起的散射损耗它随外界光波长的增加而减小。外部损耗主要包括OH离子对光的吸收和弯曲损耗。OH的吸收主要是由于在制造光纤中无法消除所造成的这种吸收随这通信光波长的增加而减小但它不但不成线形的而且还存在吸收高峰和通信窗口。比如在nm、nm、nm处吸收呈现波峰状而在nm、nm、nm处却是通信窗口下图是在我们常用的两个窗口附近的损耗图。多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输特性图nm、nm两个窗口附近的损耗光纤的色散光纤的色散是光纤的一个重要的传输特性也是制约光纤通信的一个主要问题。由于实际光源总是具有一定的谱线宽度不存在绝对的单色波。光脉冲信号是由多个波长或多个模式叠加而成的。光信号在光纤传输时他们的群速不同就会产生时延差对模拟信号就会产生波形失真对脉冲信号在接收端波形被展宽这是一种延迟畸变。这种延迟畸变现象叫做色散。延迟畸变使接收端很难识别原来的信号而产生误码。因此色散限制了光纤通信线路的最高信息传输速率这也是人们必须研究色散的原因。光纤的色散大体有以下几种:()模式色散又称模间色散光纤的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。()材料色散含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同传输速度不同就会引起脉冲展宽导致色散。()波导色散又称结构色散它是由光纤的几何结构决定的色散其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。光在光纤中通过芯与包层界面时受全反射作用被限制在纤芯中传播。但是如果横向尺寸沿光纤轴发生波动除导致模式间的模式变换外还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层在包层中传输而包层的折射率低、传播速度大这就会引起光脉冲展宽从而导致色散。()偏振模色散(PMD)又称光的双折射单模光纤只能传输一种基模的光。基模实际上是由两个偏振方向相互正交的模场HEx和HEy所组成。若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等HEx和HEy存在相位差则合成光场是一个方向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振就会产生双折射现象即x和y方向的折射率不同。因传播速度不等模场的偏振方多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输特性向将沿光纤的传播方向随机变化从而会在光纤的输出端产生偏振色散。PCVD工艺生产出的单模光纤具有极低的偏振模色散(PMD)。光纤的非线性效应光纤的非线性是由于输入光功率的改变引起的光纤性质发生改变而使得传输特性成非线性的变化。从本质上讲所有的介质都是非线性的只是有些介质的非线性效应很小一般情况下难以表现出来而已。光纤的非线性内容丰富。本文只简单介绍光纤中自相位调制、交叉相位调制、受激喇曼散射、受激布里渊散射、四波混频等。()自相位调制是指传输过程中光脉冲由于光场引起相位变化导致光脉冲频谱扩展的现象这种变化是非线性的。自相位调制可用来实现调相可是它需要很强的光强且要选择折射率大的材料。自相位调制可以用在光纤中光孤子的产生实现光孤子通信。()交叉相位调制是指几个不同波长的光波在光纤中同时传输时光波之间将过光纤的非线性而发生相互作用。此时介质对某一波长的有效折射率不仅与该波的强度有关而且与传输的其他波的强度有关。这样光纤中传输的某一波长的光波与同时传输的另一不同波长的光波相互作用引起相移。()受激喇曼散射是光纤中很重要的非线性过程。它可看作是介质中分子振动入射光的调制。设入射光的频率为介质的分子振动频率为则散射光的频率,,为:和这种现象叫做受激喇曼散射所产生的频率的散斯,,,,,,,,,,sass托克斯波频率为的散射光叫反斯托克斯波。受激喇曼散射效应在波分复用系统,as中会引起系统中各信道之间的串音对通信性能能带来不良影响。在受激喇曼散射过程中短波长的信道将会充当泵浦源而将能量转移给长波长的信道从而引信道的串音。这就限制了系统的传输功率。受激布里渊散射它与受激喇曼散射十分相似入射频率为,的泵浦光波将()p,一部分能量转移给频率为的斯托克斯波并发出频率为的声波可表示为:,s,,,,,受激布里渊散射与受激喇曼散射在物理本质上稍有差别。受激喇曼散射ps的频移量在光频范围内属于光分支。受激喇曼散射的频移量在声频范围内属于声学分支。另外光纤中的受激喇曼散射发生在前向即斯托克斯波和泵浦光波传播方向相反。光纤中的受激布里渊散射的阈值功率比受激喇曼散射的低得多。在光纤中一旦达到受激布里渊散射的阈值将产生大量的后向传输的斯托克斯波。这一方面损耗了信号功率另一方面反向传输的斯托克斯波反馈给激光器使激光器工作不稳定。()四波混频是限制密集波分复用系统通信容量的一个主要问题之一。四波混频是在光纤中有三个光波同时传输时由于三阶非线性电极化率的存在它们通过非线性介质彼此相互作用而产生第四个波的现象。相互作用的过程中彼此有能量和多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输特性动量的交换但作用前后非线性介质不变。光纤的宏弯损耗、微弯损耗和弯曲过渡损耗光纤的宏弯损耗宏弯损耗是由光纤实际应用中必须的曲折等引起的宏观弯曲导致的损耗。对宏弯损耗进行理论分析比较困难在这里我用通过讨论模的传输损耗来计算。如下图:图弯曲损耗理论模型设:、波导沿y方向(垂直于纸面方向)无限延伸、E只有y分量只有r分量和分量(TE模),、半径R很大场分布近似与平板波导一样、由于辐射所损耗的满足弱导条件、弯曲功率不影响功率分布。满足波动方程在直角坐标系下求出其场解。对于波导芯区外侧(r>r)有:W,,()cosexpEAUxa,,,y,,,,a,,式中:a为芯区半径U和W为归一化横向传播常数为真空中的磁导率,为相移常数,,,,,()Ap,,,a,a,,,w其中P为导模功率。多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输特性对于波导弯曲时导模功率有泄漏。光纤处于弯曲状态时其传导模式的场分布如下图:图传导模式的场分布图从能量的角度光纤弯曲损耗源于延伸到包层中的消失场的尾部的辐射。当这个模式在光纤内传播时其纤芯内和包层中的场分布应该作为一发整体沿光纤的轴线向前运动即:原来这部分场与纤芯中的场一起传输共同携带能量。由于光纤是弯曲的则在远离曲率中心一侧的场的运动速度应比靠近曲率中心一侧的场的运动速度快。假设光纤在轴线处场的运动速度为该导模在直光纤情形下的传播速度这一传播速度比平面波在纤芯介质中的传播速度大因为纤芯内模式传播速度为模式场的相速度而相速度是可以大于同一介质中的光速。但要比包层介质中的平面波传播速度小。在横向随着到曲率中心的距离的增加模式场的传播速度也要增加所以在包层中存在着一个到光纤轴线的某一临界距离在这一距离处模式场的传播速度就等于平面波在包层介质中的传播速度。这里所说的模式场是指能够在这个临界距离以远的包层区域中的场分布能随模式场的其余部分沿光纤轴线一齐向前传播即其运动速度必须大于包层中的光速也就是说位于曲率中心远侧的消失场尾部必须以较大的速度才能与纤芯中的场一同前进这是不可能的。如果光纤弯曲时曲率半径在大于临界值R时则光纤弯曲引起的损耗很小C通常可以忽略而弯曲半径小于临界半径时附加损耗按指数规律迅速增加。所以确定临界值对于光纤的研究设计和应用都很重要。下面是多模光纤的弯曲损耗公式:多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输特性TW,,expWaR,,,,RaKT,eWV,Unk,,(),Wnk,,,Vaknn,,式中a为纤芯半径R为光纤弯曲的曲率半径。由上式可得到临界半径R的表达式:C,RWa,()cW下图给出了多模光纤弯曲损耗随弯曲半径R的变化关系:,图模光纤弯曲损耗随弯曲半径R的变化图,单模光纤弯曲损耗的计算公式:,,,,ARURexp()c,,,U,,()A,,,c,,,,aWWKW,,,,nw,,U()aVn光纤的微弯损耗微弯损耗产生的原因是光纤在制造过程中或应用过程中由于应变等原因引起的光纤微变所致这种微变是随机的。从原理上讲微弯损耗也是由于弯曲引起导模功率的横向泄漏理论分析表明单模光纤微弯损耗主要影响于模场半径改变了光纤的相对折射率差和纤轴并引起畸变。为了计算微弯损耗必须知道光纤轴的畸变大小对于阶跃型光纤微多模光纤的弯曲损耗实验研究光纤传输特性弯损耗可由以下公式近似计算:,,(dBkm)(),,nkW,,,Pnkw,,其中W和W称为辅助模场半径近似为:()WWV,,exp()()WWV,,,exp()这里<V<。设为弯曲谱函数近似表示为:,p,,,,,,(),,,,,LLc,,,,,,,,pcnkWnkWnkW,,,,,,,,公式中:是光纤纤轴横向偏移的均方根值,L为自相关长度C上式表明模场半径的微小变化将引起弯曲损耗的明显变化。光纤的过渡弯曲损耗弯曲过渡损耗是光纤由直到弯曲的突变中产生的损耗。弯曲过渡损耗的机理是由于光纤由直突然变“弯曲”或各段波导不一致引起模场的不匹配导致导模之间的相互耦合并损失能量。这种机理可用等效折射率的概念来解释。以单模光纤为例如图所示若光纤弯曲半径R远大于芯径a则弯曲光纤中的场可以看成某一等效折射率分布下直光纤的场在折射率分布为n(r)的直弱导光纤中基模场解为:,i,cEEre,y图光纤过渡弯曲图,iv,,当光纤产生弯曲时场分布将产生一个与有关的相移。若定义弯曲光纤中的传e播常数为,则应有:L,iz,,iv,Lee,多模光纤的弯曲损耗实验研究多模光纤弯曲损耗的实验研究这时场的等相面不是等Z面内侧Z要比外侧如上图。并有zRr,cos,,在光纤轴线上R=有由上式得在其它点有:zR,,,,,vR,,Lc,Rvr,C()cos,,,,,,,L,,coszRrR,c这里假定r远小于R显然相差很小因此可以看成是某种微扰。这样弯,,L曲光纤中的场解就可以用直光纤中的场解来代替只不过将换为。,,L设弯曲光纤的场为则有:Fr,,,,,()nrkFr,,,,,L,,rrrr,,,,将上式代入得:,,,()nrkFr,,,,,c,,rrrr,,,,r,cos,其中定义为等效折射率:nrnrn()nccRcnr上式表明沿曲率半径正方向随r增加而增加这就导致场分布向曲率半径正c方向偏移其结果是导模向漏模转化引起功率泄漏造成过渡损耗。而且随着弯曲方向的改变损耗沿Z方向变化曲线将出现震荡。多模光纤弯曲损耗的实验研究本章主要是用实验的方法研究弯曲对光纤的传输损耗的影响。实验装置与实验方法实验图及仪器设备。图弯曲损耗试验装置图上图是测试弯曲对光纤传输损耗的实验装置图是HeNe激光器透镜五维支架多模光纤光功率计。本实验使用的光纤是石英多模光纤纤芯直径微米,包层直径微米,数字孔径为在nm时衰减为dBkm在nm时为dBkmHeNe激光器为nm激光器光功率记为OPTA型由北京方式科技有限公司提供最大量程为毫瓦最小分辨率为微瓦。多模光纤的弯曲损耗实验研究多模光纤弯曲损耗的实验研究实验操作、首先将氦氖激光器、透镜、五维支架调节到共轴。当看到激光器的光斑能通过五维支架的中心孔和透镜的中心并在五维支架上反射的光斑能与通过透镜的光斑重合时说明它们三者已经同轴。、调节透镜和五维支架的距离找到最佳耦合距离。、取一段米长的多模光纤将其端口涂缚层去掉并用乙醚将端口清洗干净这样可以包层杂散光的干扰和增加耦合效果。、将光纤安装在五维支架上对五维支架进行粗条同时目视观察透过光纤后的光强大小当感觉到光最强时用光功率记探测此时细调五维支架一直调到光功率记显示最大的光功率为止并记录此时的光功率此时说明已达到最佳耦合效果。、将光纤弯曲厘米的一圈、二圈、一直到十圈并记录每次的光功率然后将光纤弯曲成厘米、厘米、直到厘米重复上面的实验。实验结果与分析表弯曲半径、弯曲圈数与输出功率的关系半圈数径功率cm(w),功率cm(w),功率cm(,w)功率cm(w),功率cm(,w)功率cm(,w)功率,cm(w)功率cm(,w)功率cm(,w)上面是弯曲半径分别是厘米、厘米、厘米、厘米、直到厘米多模光纤的弯曲损耗实验研究多模光纤弯曲损耗的实验研究时所弯圈数与所测功率的关系表格和函数图(函数图是用Origin绘制横轴代表圈数纵轴代表功率大小)。cmBcmBcmBcmBcmBcmBcmBBcmBcmp(uw)Xquanshu图弯曲半径、弯曲圈数与输出功率的关系实验分析与结论:从上述的数据表格和分析图可以看出光纤的输出功率随着弯曲圈数的增加而减小但是圈数的增加与功率的减小并不是成线性的。我们从函数图上看到当开始弯曲第一圈时功率减少得很快第二圈时次之到最后我们可以看到曲线越来越趋于平坦说明当光纤弯曲到一定的圈数时对损耗越来越影响小但弯曲半径大于厘米以后我们发现弯曲对光纤的损耗很小了在弯曲半径为厘米时弯曲不对损耗产生影响而弯曲半径小于厘米时弯曲损耗急剧增加说明损耗在这里有个跃变(光纤的机械特性不能再弯曲下去)。下面来看弯曲半径对光纤输出功率的影响。在这里取弯曲三圈、二圈和一圈时的输出功率与弯曲半径的关系见下表和函数图(X轴代表弯曲半径Y轴代表输出功率)。表弯曲一圈时弯曲半径与输出功率关系半径(厘米)功率(微瓦)多模光纤的弯曲损耗实验研究多模光纤弯曲损耗的实验研究图弯曲一圈时弯曲半径与输出功率关系表弯曲二圈时弯曲半径与输出功率关系半径(厘米)功率(微瓦)图弯曲二圈时弯曲半径与输出功率关系多模光纤的弯曲损耗实验研究多模光纤弯曲损耗的实验研究表弯曲三圈时弯曲半径与输出功率关系半径(厘米)功率(微瓦)图弯曲三圈时弯曲半径与输出功率关系图弯曲一、二、三圈时弯曲半径与输出功率的关系从上图可以看出在相同的弯曲圈数时弯曲半径越大则输出功率越大衰减越小。多模光纤的弯曲损耗实验研究结束语当弯曲半径在厘米左右时弯曲损耗跃变减小。结论:可以看出弯曲半径的临界值在厘米到厘米之间,且在厘米左右有个跃变。当曲率半径在大于临界值R时则光纤弯曲引起的损耗很小通常可以忽C略而弯曲半径小于临界半径时附加损耗迅速增加。当弯曲半径小到某个值时弯曲损耗突然跃变增大。光纤的弯曲圈数越多则传输损耗越大且它们之间并不成线性的增加当圈数增加到一定程度时弯曲圈数几乎不对损耗影响(在此实验条件下)而在相同弯曲圈数下弯曲半径越小则弯曲损耗越大。现象简释:由于本实验使用的是多模光纤在激光传输时存在着很多模式弯曲时有部分导模由于弯曲变成泄漏模式或辐射模式从而损失很多功率。弯曲半径越小则模式损失越多则损耗就越大。但相同的弯曲半径下如果弯曲圈数不断增加则可以泄漏的高阶模会泄漏完毕弯曲损耗将不再增加。当弯曲半径大到一定程度时弯曲不对损耗产生影响说明弯曲的程度并没有达到将导模泄漏的程度。即导模没有变成泄漏模但弯曲半径小到一定值时不但变成泄露模式的导模增加而且还将由于应力改变光纤的特性使得光纤的各种参数发生改变损耗也将快速的增加。结束语自从低损耗光纤问世以来光纤的发展极为迅速尤其是光纤应用于通信领域极大了满足人们对于信息的大容量、高速率的要求。信息社会中光纤通信的飞速发展也更极大地推动了光纤技术的发展。光纤技术自出现以来在理论及技术上实现了几次突破使得光纤技术的发展呈现出越来越美好的前景。实际应用中光纤需要弯曲成一定形状制备各种光纤器件光纤弯曲损耗是很重要的特性参量在光纤的架设施工中弯曲是不可避免的研究弯曲损耗对降低施工时的弯曲损耗也有很有现实意义。不但如此研究并了解不同光纤的传输特性将有利于我们合理选材、合理布局为构建最合乎需要、性能最佳的光通讯、光网络、光传感系统提供依据。本文设计试验通过改变多模光纤的弯曲半径和弯曲圈数测试出多模光纤弯曲时在到厘米之间有一个临界半径当弯曲半径大于临界值时弯曲不对损耗产生影响当小于临界半径时光纤弯曲半径越小则损耗越大而弯曲半径小于等于厘米时光纤不能再弯曲且此时损耗特别大当弯曲圈数到一定程度时弯曲圈数不影响损耗。同时光纤通信以它的海量传输和高保真性等诸多的优点必将成为对未来信息世界的主要通信手段。但是由于其制造工艺复杂光纤元件敏感外界的弯曲折叠多模光纤的弯曲损耗实验研究参考文献都容易影响到光纤内部的信息传输等技术条件的限制光纤通信还需要克服许多困难克服安装过程中的弯曲、连接损耗尤为重要。参考文献:吴平等(光纤与光缆技术M(太原:西南交通大学出版社,(孙雨南等(光纤技术M(北京:北京理工大学出版社,(门巴耶夫(美)(光纤通信技术M(北京:机械工业出版社,(姚启钧(光学M(北京:高等教育出版社,(赵凯华等(电磁学M(北京:高等教育出版社,(李玲等(光纤通信基础M(北京:国防工业出版社,(邱昆光纤通信导论M(北京:电子科技大学出版社,(王加强等(光纤通信工程M(北京:北京邮电大学出版社,(张金菊等(光纤通信技术M(北京:北京邮电大学出版社,(刘光灿(教学讲义Z张靓(光纤与光纤技术的光线光学理论研究D硕士论文(长春理工大学((曲直(单模石英系双折射光纤弯曲损耗与弹光效应的研究D硕士论文(长春理工大学(多模光纤的弯曲损耗实验研究致谢致谢本次论文的顺利完成要特别感谢我的导师刘安玲老师的精心指导衷心地感谢刘安玲老师的谆谆教诲和悉心指导。在学习中刘安玲老师广博的知识、严谨的治学态度、在学术上积极创新的开拓精神和在事业上锐意进取的执着精神都令我永生难忘。在此谨向尊敬的导师致以最诚挚的谢意感谢实验室的杨军老师和刘光灿教授在我的实验研究中给与了我极大的帮助同时也要感谢我系为我的论文写作和实验设计提供了物资条件感谢同组的同学何礼峰、庞长浩和刘伟同学他们给我的论文提出了不少有益的意见
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