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单模光纤传输特性及光纤中非线性效应
单模光纤传输特性及光纤中非线性效应
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单模光纤传输特性及光纤中非线性效应
第三章
单模光纤的传输特性及光纤中的非线性效应
单模工作模特性及光功率分布
.....LP01模的功率将局部进入包层，使得
传输过程中弯曲损耗增大，所以规定截止波长的下限在微米。
还需说明，规定的截止波长是指在光纤的始端鼓励起来各种模式， 经一定长度的被测光
纤〔2m长的一次涂覆光纤并带有 28cm直径的环，或 22m长的成缆光纤并带有 80mm直径的
环〕传播以后，各个高阶模所携带的总功率与主模式功率之比降为所对应的波长。
单模工作模特性及光功率分布
单模光纤的工作模式就是主模式 LP01模，LP01模的横向电磁场解为：
燴鑷罌缔躉鈳惲瑪鋮胆彻赛异貨纩。
A
U
Ey1
J0(U)J0
ar,ra
Ey2
K0
A
K0
Wr,ra
(W)
a
An1
U
Hx1
Z0J0(U)
J0
ar,ra
Hx2
An2
K0
W
,ra
Z0K0(W)
r
a
由于对于弱导光纤，纵向场量
E和H都比横向场量
E和H都小的多，所以略去纵向场
z
z
y
x
量。
将m＝0代入LP模的特征方程，得到工作模式的特征方程：
UJ1(U)
WK1(W)，式中U、W满足方程：U2
W2
V2
k02a2(n12
n22)
J0(U)
K0(W)
在0<V<范围内，特征方程只有唯一一组解U、W，这就是主模式的特征参数，它决定了场量在半径方向的分布特点。LP01模的横向电磁场解是一个超越方程，只能求得数值解。在
V＝时可解得 U＝，W＝。
在V＝，U＝，W＝的条件下，可以计算得到 LP01模所传输的总功率中，纤芯中功率占 84％，
包层中的功率占 16％。V越小，包层中的功率就越多，例如： V＝1时，纤芯中的功率仅占
30％，70％的功率都转移到包层中了。所以实际的单模光纤， 归一化工作频率应选在～，这
样既可以保证 LP01模单模传输，又可以保证大局部的光功率是在纤芯中传播的。
功率强度是电场强度的平方，利用前面电场向量解可以得到在纤芯中光功率强度分布螄譾縝鵂褛骅卺舉苧櫓燒鈸蜕訊賭。
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为：
如下列图
了在不同 r/a

2
Py(r)J0
Ur,ra
a
LP01模在纤芯中的光功率分布，图中以半径
r=a处的功率Py(a)为参考，表示
U
2
Py(r)
J0a
r
处的功率比R为：R
J0(U)
Py(a)
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LP 01模在纤芯内的光功
率分布〔V＝〕
因为在包层中有相当的功率传输，为了得到低衰
减，单模光纤必须要有足够厚度的沉积内包层，内包
层厚度的大小取决于包层中场强沿 r的分布及剖面的
结构。同样依据电场向量的解可以得到包层中 LP01模
的电场强度为：点轢觌稳鸶遼飑诚饋厉伞赈糲琏徑。
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Ey2
A
K0
Wr,ra
K0
(W)
a
1
2
x
根据变态贝塞尔函数的近似式：Km(x)
e
2x
在相对径向位置t=r/a
及r=a处的场强比为：
Ey(t)
1
(t1)
Ey(1)
e
t
2
包层中LP01模的光功率强度分布为：Py(r)
K