【精品】光纤通信论文

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1、光纤通信论文课程:光纤通信原理院系：信息工程学院专业：电子信息工程学号：姓名：班级：指导老师：多模光纤的弯曲损耗摘要：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、芯径人、耦合效率高，损耗、色散较人而被广泛应川于小型局域网，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62.5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

2、论：（1）多模光纤弯曲时有一个4.5厘米到5厘米的临界值。（2）当弯曲半径大于临界值吋，弯曲不对损耗产生影响，当弯曲半径小于临界值吋,弯曲半径越小则损耗越大；（3）当弯曲圈数到一定程度时，弯曲圈数不影响损耗。关键词：弯曲损耗；弯曲半径一、光纤传输特性1、光纤的宏弯损耗、微弯损耗和弯曲过渡损耗1」光纤的宏弯损耗宏弯损耗是由光纤实际应用屮必须的

3、

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6、折等引起的宏观弯

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10、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1・1弯曲损耗理论模型设：1、波导沿y方向（垂直于纸面方

11、向）无限延伸；2、E只有y分量，II只有r分量和0分fi（TE模）;3、半径R很人，场分布近似与平板波导一样；5、出于辐射所损耗的满足弱导条件；4、弯曲功率不影响功率分布。满足波动方程，在直角坐标系下求岀其场解。对丁波导芯区外侧(口＞辺)有:/Acost/,exp—(Q丿EV(1-2)式屮:a为芯区半径；U和W为归一化横向传播常数;“()为真空屮的磁导率；0为相移常数；(1-3)其中P为导模功率。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1-4传导模式的场分布图从能量的角度，光

12、纤弯曲损耗源于延伸到包层屮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，BU：原来这部分场与纤芯屮的场一起传输，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，这一传播速度比平而波在纤芯介质屮的传播速度大，因为纤芯内模式传播速度为模式场的相速度，而相速度是可以人于同一介质中的光速。但耍比包层介质中的平面波传播速度小。在横向随着到曲率屮心

13、的距离的增加，模式场的传播速度也耍增加，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屮的光速，也就是说，位于曲率屮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Rc时，则光纤弯曲引起的损耗很小；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

14、加。所以确运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：T”页丁_2用(1-5)~e4^WV2UH/W2=^2-n^0=/鹉(衬一恋)式中n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Rc的表达式:(1-6)尺=筹（0.347+2呦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1・7模光纤弯曲损耗Q随弯曲半径R的变化图单模光纤弯曲损耗的计算公式：1(兀、12/、U2mJ丿=46nw3aV2n2(1-9)(1-10)1.2光纤的微弯损耗微弯损耗产生的原因是光纤在制造过程屮

15、或应用过程屮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，微弯损耗也是出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人小，对于阶跃型光纤，微弯损耗可由以下公式近似计算：.?(2、(dB/km)(1-11)_'I从网丿其中，W］和W2称为辅助模场半径，近似为：W严％+exp(3.34—3.28V)(1-12)W严％—exp(2.45—3.31U)这里，1.5

16、/亠、/亠、4■(-、2「25^21Lc1勺心％丿EoW)c2｛以J(1-14)设血为弯曲谱函数，近似表示为：公式中：b是光纤纤轴横向偏移的均方根值;Lc为自相关长度；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。1.3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屮产生的损耗。弯曲过渡损耗的机理是由于光纤曲直突然变“弯曲”或各段