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1、2023/9/17,Optical fiber communications,3 光纤的双折射及偏振特性,一、Introduction,1.SMF实际上有两个简并模：,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（对短距离光纤）。4.群速不同：偏振色散（PMD）Polarization Mode Dispe-rsion。光的偏振态沿光纤轴向变化：光纤输出偏振态的不稳定性。双折射：线、圆、椭圆 线双折射：,，应力变形。,圆双折射：光纤对左旋和右旋偏振光有不同的相位常数。,2023/9/17
2、,Optical fiber communications,是由两个旋转方向不同的光分成的。,Faraday 磁光效应，光纤的扭转。,椭圆双折射：当线和圆同时存在时，形成椭圆双折射。,幅度比,相位差,2023/9/17,Optical fiber communications,2023/9/17,Optical fiber communications,二、线双折射,A.参数：,1、线双折射率：,2、归一化双折射B：,：真空总的波数,模的等效折射率指数,：等效折射率指数差,2023/9/17,Optical fiber communications,3、拍长：,由于光纤中存在线双折射，两正交线
3、偏振光的相,位差沿光纤变化，从而使合成光的偏振态沿光纤周期性变化。偏振态完成一个周期变化的光纤长度，叫做拍长。在一个拍长上，两正交偏振光的相位差变化了2，因而有：,双折射越厉害，拍长越短。如光纤的拍长远小于某种外界干扰的长度周期，它就可抵御这种干扰而有保持偏振状态的能力。,4、消光比和功率耦合系数,2023/9/17,Optical fiber communications,合作用：,L：光纤长度；h：耦合系数；这两参数说明光纤的保偏能力，,、h越大，保偏能力越强。,三、光纤的线双折射,A：光纤截面的非圆性变形,x,y,a,b,椭圆度：,双折射率：,限定最短的拍长,：拍长最小对应最大上折射,2
4、023/9/17,Optical fiber communications,例：,。,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,A,R,a,y,x,2.光纤侧向受压力,x,y,F,A：光纤外径,R：曲率半径,2023/9/17,Optical fiber communications,线双折射：,P：弹光子数，二阶张量,对石英玻璃,弯曲光纤相当于一线延迟器。适当选取曲率半径R
5、和弯曲,光纤的圈数可做成光纤型的/4“波片”或/2“波片”。这可以用来构成光纤型偏振控制器。,2.光纤侧向受压力,设单位长度所加压力为F，则应力双折射率为：,A：光纤外径；E：材料的杨氏弹性模量，对石英玻璃：,2023/9/17,Optical fiber communications,：材料的泊松比，对石英玻璃：0.6,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：,2023/9/17,Opt
6、ical fiber communications,五、圆的双折射：光纤对左旋和右旋圆偏振光有不同的相位,常数，从而引起该两圆偏振光不同的相位变化，称为圆双折射。,A.参数,1、光纤的圆双折射率,左右旋圆偏振光的相位常数。,2、归一化双折射率,B.圆双折射对偏振态的影响,1、线偏振光通过圆双折射光纤后仍为线偏振光，但其方向旋转了角度，这种光纤的作用相当于一个旋光器。,以x方向的线偏振为例：,输入光：,2023/9/17,Optical fiber communications,经过L的光纤后，,输出,2023/9/17,Optical fiber communications,2、旋光率：单位长度上旋过的角度,HW1,1、平板波导,求出TE模最低的3个模式的截止波长。作出对作图法求解,曲线。,的光波，画出最低三个模式的场的横向分布。,的光波的本征方程。,
