第07章 偏振光在光纤中的传输
光纤(带答案)
第一章：光纤通讯1、什么是光纤通讯光纤通讯及系统的构成光纤通讯使用光导纤维作为传输光波信号的通讯方式。
光纤通讯系统往常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等构成。
2、什么事光通讯光通讯就是以光波为载波的通讯。
3、光纤通讯的长处①传输频带宽，通讯容量大。
② 传输衰减小，传输距离长。
③ 抗电磁扰乱，传输质量好。
④ 体积小、重量轻、便于施工。
⑤ 原资料丰富，节俭有色金属，有益于环保4、光纤通讯的工作波长光源：近红外区波长：—μm频次：167—375THz5 、 WDM是指什么DWDM指什么WDM：波分复用DWDM：密集波分复用6、光纤从资料上能够分为哪几种从资料上分为石英光纤、多组份玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤等7、光纤活动连结器从连结方式来看分为哪几种常有的插针端面有哪几种PC、 APC、 SPC（球面、斜面、超级抛光端面呈球面的物理接触）8、按缆芯构造分，光缆分为哪几种层绞式、单位式、骨架式、带状式9、光芒的制造分哪几个步骤I资料准备与提纯II制棒III拉丝、涂覆IV塑套此中制棒分为：（ 1） MCVD改良的化学气相积淀法（2）PCVD等离子化学气相积淀法10 、按资料光纤分几种同611、无源器件的种类连结器、分路器与耦合器、衰减器、隔绝器、滤波器、波分复用器、光开关和调制器等第二章：光纤通讯的物理学基础1、经过哪些现象能够证明光拥有颠簸性光的颠簸性能够从光的干涉、光的衍射和光的偏振等现象证明2、什么叫光电效应光电效应拥有哪些试验规律因为光的照耀使电子从金属中溢出的现象称为光电效应⑴每种金属都有一个确立的截止频次γ0，当入射光的频次低于γ 0时，无论入射光多强，照耀时间多长，都不可以从金属中开释出电子。
⑵关于频次高于γ 0的入射光，从金属中开释出的电子的最大动能与入射光的强度没关，只与光的频次相关。
频次越高开释出的电子的动能就越大。
⑶关于频次高于γ 0的入射光，即便入射光特别轻微，照耀后也能立刻开释出电子。
光纤中的色散和偏振模色散
频率的函数。一般地，输出偏振态会随频率发生
变化。我们所感兴趣的是一系列特殊的输入偏振 状态，在这些偏振状态下输出偏振状态不随频率 （对频率的一阶微分）的变化而变化。数学上， 可以写成
v i v
（7.5-21）
式中 是常数。物理上， 是由于传输导致的群时
延。根据这个公式，频率的变化仅仅导致相位因
各个分量的定义（第1章），利用泡利自旋矩阵和
琼斯矢量，他们可以方便地写成
s1 s 1 s , s2 s 2 s , s3 s 3 s
（7.5-3）
或者用符号表示
s s s
（7.5-4）
这两个方程是琼斯矢量和斯托克斯矢量之间的关 系式。
PSP(偏振主态)
至此，我们在琼斯空间和斯托克斯空间均描述
7.3 光纤中的偏振效应
前面已经阐述了色散可以导致光脉冲的展宽，这 一节中，我们可以看到光纤中的偏振效应也会导 致光脉冲的展宽。在第3章中，已经讨论了圆形介
质光纤中的传播模，具体地说，讨论了圆形介质
单模光纤中的线性偏振模。尽管被称为“单模”，
这些光纤实际上支持两种偏振状态不同的（ LP01 x
和LP01 y）传播模式，由于圆对称性，这些传播模式
这些矩阵元可以通过计算各个矩阵的乘积获得。
这些矩阵元（ a和 b）取决于光的频率和光纤中的
双折射分布。式（7.4-2）中的琼斯矩阵 U 是归一
的，因此
a b 1
2 2
(7.4-2)
7.5 偏振模色散的矢量分析
在这一节我们使用琼斯矢量表示法和斯托克斯 矢量表示法描述偏振模色散（PDM）。泡利自旋矩 阵提供了这两种表示方法之间便利的联系。斯托
（LP01 x和LP01 y）是简并的。换句话说，在任意给定的
《光学》第七章 光在各向异性介质中的传播(67P)
2、渥拉斯顿棱镜
渥拉斯顿棱镜是由二块方解石（负晶
体 vo < ve ）做的直角棱镜拼成的，棱镜
ABD 的光轴平行于AB 面，棱镜 CDB 的光
轴垂直于 ABD 的光轴。
A
D
.光..光...轴....轴..............................................
线偏振光 I2 最后透过P3 的光强 I
I = I2 cos2(π/ 2 - a ) = I0 cos2a sin2a / 2 = I0 sin22a / 8
已知 I = I0 / 8，所以 sin22a = 1，即 a =π/4、3π/4、5π/4、7π/4
若 I = 0，则必需 sin22a = 0，即 2a = 0，π a = 0 , π/2
Ex Ae cos[t 0 / 2] Ae sin( t 0 )
E
2 x
E
2 y
1
Ae2 Ao2
y y´
出射光
Ey´ Ey Ao
入射光
2θ Ex´
θ
x
Ae Ex x´
右旋偏振光
y´
出射光
Ao 入射光
θ
Ae
x´
左旋偏振光
y´
出射光
Ao 入射光
θ
Ae
x´
π＞δ ＞0
出射光
y´
-π＜δ ＜0
Ao 入射光
θ
Ae
x´
θ= 45°，δ= π/2
（4）对于一般情况，即波片的厚度为任意值d
Ex2 Ae2
E
2 y
Ao2
2ExEy Ae Ao
偏振模色散是光纤中两个正交偏振方向的光以不同速率传输造成。
偏振模色散是光纤中两个正交偏振方向的光以不同速率传输造成。
偏振模色散是光纤中两个正交偏振方向的光以不同速率传输造成的一种现象。
光纤是一种特殊的光导体，可用于传输光信号。
光信号通过光纤的传输依赖于光的性质，其中一个重要的性质就是偏振。
偏振是光波传播时，电矢量沿特定方向的振荡。
普通的自然光是随机偏振的，其中的电矢量在各个方向上都有振荡。
然而，在光纤中，光信号可以被分解为两个正交的偏振方向，分别被称为TE（横电场）和TM（横磁场）模式。
这些模式以不同的速度在光纤中传播，导致了偏振模色散的发生。
偏振模色散对于光纤通信具有重要的影响。
在光纤通信系统中，光信号需要被有效地传输到目的地。
然而，由于偏振模色散的存在，光信号会因为不同的传输速度而发生形状的失真和时间的延误。
这将导致信号的质量下降，并可能影响到通信的可靠性和传输距离。
为了克服偏振模色散带来的问题，工程师们已经提出了多种解决方案。
一种常见的方法是使用偏振保持技术，通过调整光纤的结构来保持光的偏振状态。
这可以减少不同偏振模式之间的相互作用，从而降低偏振模色散的影响。
另外，光纤的制造质量和光纤的设计也对偏振模色散的控制起到重要的作用。
通过合理设计光纤的结构和材料，可以减小偏振聚束效应，降低光信号在传输中的偏振模色散。
总的来说，偏振模色散是光传输过程中一个重要的现象。
它对光纤通信系统的性能和可靠性有着直接影响。
通过合理的工程设计和技术手段，可以减小偏振模色散的影响，提高光纤通信系统的质量和性能。
这对于现代社会中广泛应用的光纤通信具有重要的指导意义。
第7章_光纤通信新技术
防止反射光 影响光放大 器的工作稳 定性。
输出一个较短波长的激 光为ＥＤＦ提供激励
第7章 光纤通信新技术 六、ＥＤＦＡ的三种结构方式 １、 同向泵浦方式
合波器 光隔离器 光隔离器 滤波器
泵浦光源
优点：噪声小 缺点： 输出光功率不大
第7章 光纤通信新技术
２、反向泵浦方式
合波器
光隔离器
光隔离器
光滤波 器
第7章 光纤通信新技术
第7章 光纤通信新技术
7.1 光放大技术
7.2 光波分复用和时分复用技术 7.3 光交换技术 7.4 光孤子通信技术 7.5 相干光通信技术 7.6 波长变换技术
第7章 光纤通信新技术
WDM技术
第7章 光纤通信新技术
第一节、多信道复用技术
光纤通信最大的特点是高的带宽，可以通过 以下几种方式实现光信号的复用：
第7章 光纤通信新技术 第四节、光滤波器和光波分复用器 光滤波器与光波分复用器密切相关， 有时也用做波分复用器 一、光滤波器的应用 （一）单纯的滤波作用： 只允许一路特定波长的光通过。 λ 1 2 3 4 λ λ λ λ 1 λ 2λ 3 4 λ
第7章 光纤通信新技术 （二）波长的复用和解复用中 λ 1 λ 2 λ 3 λ 4
第7章 四、工作原理光纤通信新技术
在泵浦光源的激励下，掺铒光纤基级上的电子产生受激吸收被激发到到高的激发 能级上，继而马上下降到稍低的亚稳态级，与基级形成粒子数反转分布， 当信 号 光满足hν =Eg时，将产生受激辐射激发同频同偏振方向的光子，从而对光产生放大。
能量 Ｅ３
光声子
激发态
无辐射跃迁 受 激 吸 收 输入光信号 受 激 辐 射
分 波 器
λ 1
光纤的双折射及偏振特性
Optical fiber communications
1-7 2019/5/24
例：n1 1.46, 0.003, 1.3m,若LBmin 50m,b / a 95.5 ％。
B. 应力双折射
光纤中的应力双折射是由于光弹效应引起的，光纤材料
本身是各向同性的介质。因而不同方向的电场分量所遇到的
② 作出 曲线。
③ ④
对作图0法求1解m的0 光 波1，m画的出光最波低的三本个征模方式程的。场的横向分布。
06光纤的侧向受压也得到光纤线延迟器其线延迟量由压力f决定四单模光纤的偏振色散由于存在双折射单模光纤中基模的相位常数不同从而引进偏振色散设这两个模式传输单位长度所用的时间各为于是单位长度上产生的时延差为等效折射指数故五圆的双折射
Optical fiber communications
§3 光纤的双折射及偏振特性
折射指数相同，设为n。当光纤受力时，引起了弹性形变， 通过光弹效应该形变可引起折射指数的变化，使材料变为各
向异性，从而呈现出双折射。
1. 光纤弯曲
2. 光纤侧向受压力
y
F
Ax R
y x
a A：光纤外径
R：曲率半径
Optical fiber communications
Copyright Wang Yan
Copyright Wang Yan
1-1 2019/5/24
一、Introduction
1. SMF实际上有两个简并模：LP0y1, LP0x1
2. 实际光纤并不完善（光纤芯子的椭圆变形，光纤内部
的残余应力），两个模式并不简并，纵向相位常数β略有
不同。
3.由偏振模色散引起的典型的群时延是0.5ps/km（对短距
第7章光器件及WDM
1
工作原理
消失场耦合
光纤纤芯足够接近，产生耦合效应，耦合特性取决于耦 合长度
22光纤耦合器
输入功率 P0 P4 P3 P2 直通功率 P1
串扰
L
锥形区域
Z
耦合区域
L
锥形区域
耦合功率
P P0 cos kz 1
2
P2 P0 sin kz
2
k--耦合系数
耦合区两纤芯中光功率随耦合区长度 的耦合交换规律。可根据耦合比要求， 决定拉伸长度，但拉锥长度太长，纤 芯变得过细后，将引起能量辐射，功 率降低，插入损耗明显增加。
3dB coupler
P1
1
Pi
i
PN
N
(P1+P2+…+PN)/N
星形耦合器：N个混合在一起，输出到N个输出端
反射型耦合器：输入从任意端输入，所有的输出端信号相等。
Y-耦合器 (分支器) 光纤技术难实现，一般利用平面波导技术。
port1port2(50%)＋port3(50%)
从端口2输入的信号将从端口1输出，损失3dB。如果我们
FSR R F F 1 R
R越大，精细度越大。
Frequency
F
FSR＝C/2nd 高反射率窄带滤波器
FSR R F F 1 R
传输函数
(f)
(a)
DWDM系统对F-P滤波 器参数的要求： •F-P腔的自由谱区FSR 必须大于多信道复用信 号的频谱宽度，以免使 信号重叠，造成混乱。 •在DWDM中，信道间 距小于1nm，所以要求 F-P腔有较窄的带宽F。
＋
＋3
L2
MZI2
光纤通信中的偏振调制技术
光纤通信中的偏振调制技术光纤通信是一种信号传输的方式，其基本原理是通过将光信号编码成数字信号，通过光纤传输，并将数字信号解码成光信号，从而实现信息传输。
而偏振调制技术是光纤通信中的重要技术之一，它可以将信息编码到光信号的偏振态中，从而提高光纤通信的传输效率和传输距离，下面就偏振调制技术进行讲解。
一、偏振调制技术概述偏振调制是指改变光波的偏振状态来实现信息的传输和调制的一种技术。
同时，偏振调制也是量子通信、激光雷达、光纤传感等光学领域中的重要技术。
在光通信中，偏振调制技术通过对光信号进行调制，使得信号的容量得到提高，从而在相同带宽和功率下实现更高的速率和传输距离。
二、偏振调制技术分类偏振调制技术可以分为线性偏振调制和正交偏振调制两种类型。
1. 线性偏振调制线性偏振调制是指将光信号沿着一个方向偏振，并对这个方向进行调制的技术。
在光通信中，线性偏振调制一般是指将光信号沿着水平或垂直方向偏振，并对这个方向的光信号进行调制。
线性偏振调制的优点是稳定性好，抗干扰性强，不易产生误码。
2. 正交偏振调制正交偏振调制是指将光信号沿垂直方向两个正交的方向进行偏振，并对两个方向的光信号同时进行调制的技术。
正交偏振调制的优点是传输容量大，适用于高速传输，但其抗干扰性和稳定性相对较弱，容易受到环境干扰和传输距离的限制。
三、偏振调制技术的应用偏振调制技术在光纤通信中应用非常广泛，可以提高信息传输的速率和传输距离，从而满足大容量、高速率的通信需求。
以下是偏振调制技术在光纤通信中的应用:1. 光通信中的高速率传输：偏振调制技术可以将信息编码到光信号的偏振态中，提高光信号的传输容量，从而实现高速率的光通信传输。
2. 光通信中的远距离传输：偏振调制技术可以提高光信号的传输可靠性和传输距离，从而可以在远距离传输中应用。
3. 光纤传感中的偏振分析：偏振调制技术可以用来分析光纤中的偏振状态，对光纤传感和测量提供了重要的技术支持。
4. 激光雷达中的距离精度改进：偏振调制技术可以通过光信号的偏振状态，实现激光雷达的距离精度和目标识别精度的改进。