GB T 14733.12-1993 电信术语 光纤通信.pdf

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1、中华人民共和国国家标准电信术语光纤通信发布实施国家技术监督局发布中华人民共和国国家标准电信术语光纤通信国家质量技术监督局批准实施主题内容与适用范围本标准规定了与光纤通信有关的术语及其定义主要包括一般概念光纤结构和光学特性传播特性光缆连接器和耦合器光源和光检测器测量技术与系统等方面的术语本标准适用于光通信技术领域符号圆括号除按规定使用范围外另做如下规定作注释或说明词义的可有可无部分表明术语的全称或简称术语一般概念电磁辐射发射能以电磁波的形式进入空间的现象以电磁波的形式通过空间进行能量的传播光子量子化了的电磁能具有像粒子一样的特性是普朗克常数是辐射频率光辐射波长在射线和无线电波之间即波长约在之间的

2、电磁辐射光可见辐射人的视觉可见的光辐射注名义上它覆盖波长范围在激光和光通信领域中习惯和实际上这个词已扩大使用到更宽的电磁波范围包括能用可见光的基本光学技术来处理的电磁波范围这个范围虽然还没有明确规定但可认为是从的近紫外区经过可见区直到的中红外区红外辐射波长比可见辐射长的光辐射即波长约从的光辐射紫外辐射波长比可见辐射短的光辐射即波长约从的光辐射光谱光辐射的波长分布区域单色辐射理论上是单一频率或单一波长的辐射实际上是能按单一频率或单一波长对待的很窄谱宽的辐射相干性两个波的相位之间存在的相关现象或者一个波在时间上的两瞬时或在空间上的两点的相位之间存在的相关现象相干的用相干现象来表征一个或多个波或辐射

3、空间相干电磁波之间在空间区域内的相干时间相干电磁波之间在给定时间上的相干部分相干电磁波之间在两点或两瞬时的统计相关性较低的相干相干度相干性的量度注相干度的大小等于两光束干涉实验条纹的可见度式中是在干涉图样最大处的强度是在干涉图样最小处的强度当相干度超过时称高度相干光相干度低于时称部分相干光当相干度大大低于时称非相干光相干辐射由相干现象表征的辐射相干区垂直于光传播方向的一个平面内的高度相干辐射的区域相干长度相干辐射的传播距离注如果光源的谱线宽度为中心波长为在折射率为的介质中其相干长度近似等于相干时间相干辐射的传播时间注相干时间等于相干长度除以光在介质中的相速度相干长度可近似等于为光源的中心波长为

4、谱线宽度为真空中的光速非相干性由很低的相干度表征的辐射特性非相干辐射由很低相干度表征的辐射辐射能量以电磁波的形式发射传播或接收到的能量辐射功率光功率光通量辐射通量单位时间的辐射能流辐射强度在给定方向上每单位立体角的辐射功率光亮度从规定的方向观察在实面或虚面的给定点上单位面积单位立体角的辐射功率注表面可以是光源的表面或是发射的接收的或横切光束的面辐照度入射面上每单位面积的辐射功率辐照功率密度垂直于传播方向的面每单位面积通过的辐射功率光强强度电磁波电场幅度的平方注光强与辐照度成正比当只着重相对值时也可用它代替辐照度一词辐射率光源单位面积发射的功率光谱亮度给定波长处单位波长区间的光亮度光谱辐照度在给

5、定波长处单位波长区间的辐照度亮度守恒说明无源光学系统量是守恒的基本原理为光束的亮度为局部折射率注如果吸收散射等损耗为零则量为常数几何光学射线光学用几何射线来论述光的传播注当应用几何光学时允许用较简单的关系来代替麦克斯韦方程物理光学波动光学用波动现象来论述光的传播高斯光束在光束横截面上测量其径向电场幅度分布呈高斯型的光束注当高斯光束截面为圆形时其幅度为式中离光束中心的距离幅度降至光轴上的处的半径光束直径光束宽度辐照度等于峰值辐照度的某一规定百分数值时径向相反两点间的距离注通常用于截面为圆形或近似圆形的光束束散光束的散度光束横截面随着离光源的距离增加而增大在垂直于光轴的平面上辐照度等于光束峰值辐照

6、度的某一规定百分数值时径向相反两点间所对的远场张角注通常只需规定最大和最小的散度对应于远场辐照度的较大和较小的直径朗伯余弦定律余弦发射定律某一理想表面的光亮度与观察表面的角度方向无关的定律注这种理想表面的辐射强度在表面的法线方向为最大随着与法线间夹角的余弦而减小朗伯辐射体朗伯光源按照朗伯余弦定律所规定的角度辐射的辐射体或辐射面朗伯反射器光亮度按照朗伯余弦定律所规定的角度反射的反射器准直平行校正使辐射光扩束或会聚以转换并保持为平行光束的过程声光效应由于声波作用使媒质折射率发生变化的效应注声光效应常用于光调制和光偏转的设备中电光效应在电场作用下材料光学特性变化的效应注坡克尔效应和克尔效应都是电光效

7、应最常见的电光效应是在电场作用下材料折射率变化中产生的磁光效应在磁场作用下材料光学特性变化的效应注磁光材料通常用来使线偏振波的偏振产生旋转最常见的磁光效应是在磁场作用下材料折射率变化中产生的纤维光学光学技术的一个分支是关于使用透明材料如玻璃熔融石英或塑料制造的纤维来传播光功率的光学技术光波导一种能引导光功率的传输线薄膜波导由介质薄膜构成以低折射率材料作为外层或衬底的一种光波导信号失真信号畸变任何无意义的或不希望有的信号波形的变化注光纤中有好几种衰减和色散机理能使接收信号的失真增大衰减损耗两点间电磁功率的减少可以按两点上的功率值之比来定量表示的功率减少注衰减通常采用对数单位例如分贝光通路的传输损

8、耗相连的两光电设备之间的光通路在特定波长上的损耗光学元件的介入损耗在光系统中由于介入光学元器件引起的附加光损耗传输窗口光谱窗口光波导中传输损耗小能使光系统易于完成工作的波长区域光纤的带宽数值上等于光纤基带传递函数的大小下降到某一规定值通常是下降到零频率时幅值的一半时的最低调制频率注带宽主要受下列机理的限制在多模光纤中主要是模失真和材料色散在单模光纤中主要是材料色散和波导色散传递函数频率响应表征频域信号通过设备时输出输入之比它是两个复数量之比注这些复数量是时域信号的傅立叶变换或拉普拉斯变换对于线性系统传递函数是冲激响应的傅立叶变换或拉普拉斯变换基带传递函数基带响应函数光纤的传递函数定义为用复数表

9、征的调制辐射功率输出对输入之比冲激响应表征设备对输入函数的时间响应的函数注冲激响应是传递函数的傅立叶变换或拉普拉斯反变换它与输入函数的卷积就是输出函数高斯脉冲波形具有高斯分布的一种脉冲注在时域中其波形为式中常数脉冲处的半宽半幅值全宽所给特性大于其最大值之半的变量范围注适用于辐射图光谱线宽等特性其变量可以是波长空间或角度等参数半幅值脉宽脉冲幅度大于其最大值之半的时间间隔光电的表征器件的性质为了工作该器件必需至少有一个响应于光功率的电接口以便能够发射或改变光辐射或利用光辐射为其内部工作注光电器件是能完成电光或光电转换功能的器件光电二极管发光二极管注入式激光器和集成光学器件等都是经常用在光纤通信中的

10、光电转换器件常被错误地用为它的同义词电致发光由所加电能产生的超过正常热发射的光辐射注例如发光二极管的结中由于电子空穴的重新组合而产生的光子发射光电效应靠光辐射和材料的相互作用即光子吸收而引起自由电荷载流子释出的现象光电导性内光电效应呈现出电导率变化的光电效应光电发射效应外光电效应呈现出光照表面产生电子发射的光电效应光生伏打效应呈现出产生电动势的光电效应量子噪声光子噪声光的粒子性或离散性所引起的噪声光激活材料能使线偏振光偏振旋转的一种材料注光激活材料对于右旋和左旋圆偏振光呈现有不同的折射率熔融石英熔化天然石英晶体制成的玻璃注熔融石英的纯度不如透明硅石熔融硅石透明硅石用纯二氧化硅制成的玻璃光纤结构

11、和光学特性光纤一种由介质材料制成的细丝状光波导单模光纤在所考虑的波长上只能传导一个束缚模的光纤注最低阶束缚模可由一对互相垂直的偏振模组成多模光纤在所考虑的波长上能传播两个以上束缚模的光纤纤芯大部分光功率通过的光纤中心区包层包在纤芯外面的介质材料折射率分布图沿光纤横截面直径的折射率分布曲线突变型折射率分布纤芯内的折射率保持常数纤芯与包层界面折射率突然锐减的一种折射率分布突变型光纤具有突变型折射率分布的光纤等效突变型折射率分布假设的突变型单模光纤的折射率分布它具有如同给定的单模光纤一样的传播特性等效突变型折射率分布的包层折射率是一个常数等效突变型折射率差等效突变型折射率分布中的纤芯和包层折射率之差

12、渐变型折射率分布纤芯内的折射率随半径变化而变化的一种折射率分布指数律折射率分布纤芯的折射率按幂数规律减低的一种渐变型折射率分布其折射率按式变化式中在任何半径处的折射率为的函数在轴上即处的折射率纤芯半径确定折射率分布曲线形状的参数包层折射率为常数时的相对折射率差折射率分布参数在指数律折射率分布中确定折射率分布形状的参数抛物线型分布指数律折射率分布中分布参数的情况渐变型光纤具有渐变型折射率分布的光纤折射率凹陷折射率在纤芯中心出现降低的情况注折射率凹陷是由于某些制造技术的缺陷造成的均匀包层包层区至少在其影响光波传播的部分其折射率在规定的容差范围内是一常数注一根光纤里可能有一层以上的均匀包层凹陷包层紧

13、靠纤芯的其折射率值小于外包层折射率的包层区匹配包层单一的均匀包层构成的包层相对折射率差纤芯折射率与包层折射率的相对差值用表示其值由式给出式中纤芯的最大折射率最里面的均匀包层的折射率弱导光纤纤芯中最大折射率和均匀包层最小折射率之差很小的光纤注通常其折射率差小于芯区光纤横截面里其折射率折射率凹陷除外大于最里面均匀包层折射率一个规定值的区域这个规定值是纤芯最大折射率与最里面均匀包层折射率之差的一个给定百分数注芯区是指光纤的横截面里由折射率为的各点轨迹所围成的最小横截面积不包括任何折射率凹陷而式中纤芯的最大折射率最里面均匀包层的折射率常数通常为光纤的基准面供光纤连接时作基准用的光纤圆柱形外表面典型地说

14、基准面是包层或一次层的外表面注极少情况可能是纤芯的表面纤芯中心光纤芯区外围最佳拟合圆的中心包层中心光纤包层外围最佳拟合圆的中心基准面中心光纤基准面外围最佳拟合圆的中心光纤轴沿光纤长度所有纤芯中心的轨迹纤芯直径确定纤芯中心的圆的直径包层直径确定包层中心的圆的直径基准面直径确定基准面中心的圆的直径平均纤芯直径沿光纤的所有纤芯直径的平均值平均包层直径沿光纤的所有包层直径的平均值平均基准面直径沿光纤的所有基准面直径的平均值纤芯直径容差偏离标称纤芯直径的最大容许值包层直径容差偏离标称包层直径的最大容许值基准面直径容差偏离标称基准面直径的最大容许值纤芯容差区对于一根光纤的横截面纤芯容差区是外接于芯区的圆与

15、一个把芯区围入并与第一个圆同心的最大圆之间的区域包层容差区对于一根光纤的横截面包层容差区是外接于包层区的圆与一个把包层区围入并与第一个圆同心的最大圆之间的区域基准面容差区对于一根光纤的横截面基准面容差区是外接于基准面的圆与一个把基准面围入并与第一个圆同心的最大圆之间的区域纤芯不圆度确定纤芯容差区的两个圆的直径之差除以纤芯直径包层不圆度确定包层容差区的两个圆的直径之差除以包层直径基准面不圆度确定基准面容差区的两个圆的直径之差除以基准面直径纤芯包层同心度误差对于多模光纤纤芯包层同心度误差是纤芯中心与包层中心之间的距离除以纤芯直径对于单模光纤纤芯包层同心度误差是纤芯中心与包层中心之间的距离纤芯基准面

16、同心度误差对于多模光纤纤芯基准面同心度误差是纤芯中心与基准面中心之间的距离除以纤芯直径对于单模光纤纤芯基准面同心度误差是纤芯中心与基准面中心之间的距离全玻璃光纤纤芯和包层都用多组分玻璃制成的光纤全石英光纤纤芯和包层都用多组分石英制成的光纤全塑光纤纤芯和包层都用多组分塑料制成的光纤塑包石英光纤光纤具有石英纤芯和塑料包层的光纤预制棒可以用来拉制光纤的一种预制件管棒法制造光纤的一种方法这种方法是将一实心棒放在管子中作为预制件从而使棒和管子一起被控制拉成光纤双坩锅法制造光纤的一种方法这种方法是使纤芯材料和包层材料分别在两个同心圆的坩锅中溶化从双坩锅底部拉出光纤离子交换法制造光纤的一种方法这种方法是通过

17、纤芯包层界面离子交换来制造渐变型折射率的光纤化学气相沉积法法制造光纤预制棒的一种方法这种方法是使气相原料与气体在高温下产生化学反应其合成物沉积在衬管内壁然后熔缩成一根预制棒气相轴向沉积法法制造光纤预制棒的一种方法这种方法是使气相合成物在轴向沉积生长而形成预制棒阻挡层阻止羟基离子扩散进纤芯的沉积层光纤缓冲层用来保护光纤以防物理损害的材料结构一次涂层预涂覆直接涂在包层上以保持包层表面完整的一层涂覆层二次涂层直接加在一次涂层上以便在光纤成缆时加强保护作用的涂层传播特性光射线光的传播路线其上每一点都与该点辐射能传播方向相切注射线的概念是几何光学的基础两点之间可能存在几条射线在各向同性的介质中射线垂直于

18、波前波前电磁波在同一时间具有相同相位的所有矢量分量各点的轨迹平面波一组波前为平行平面的波模模式麦克斯韦方程组的一族解表示某一给定空间区域的电磁场由特定边界条件确定的一族独立解干涉两个或两个以上频率相等或近似相等的相干波叠加时合成波的振幅在空间或时间上有显著规律性变化加强和减弱的现象导波由于界面在法线方向上介质的电磁特性突然或逐渐变化使能量限制在界面之间或界面附近的电磁波注电磁导波可以包含若干不同的电磁模式表面波沿着两种不同介质的界面传播的电磁波其传播方式取决于表面的几何形状和该表面附近介质的特性各向同性介质的固有特性介质中每一点上的电磁特性都与传播方向无关或都与介质中传播的波的偏振无关各向异性

19、介质的固有特性介质中每一点上的电磁特性都随传播方向不同而不同或都随在介质中传播的波的偏振不同而不同光学轴各向异性的介质中正交偏振的两个波具有相同相速度的传播方向注应与光纤轴区别开来介质的折射率真空中的光速与介质中某一点在给定方向上传播的正弦平面波的相速度数值之比光程长度折射率为常数的介质中几何距离和折射率的乘积光厚度均匀各向同性的光学元件物理厚度与其折射率的乘积吸收电磁波在传播介质中能量的转换例如转换成熟能注光纤的本征吸收包括紫外吸收和红外吸收非本征吸收包括杂质吸收例如羟基离子吸收和过渡金属离子吸收由缺陷引起的吸收例如由热过程引起的缺陷或暴露于核辐射引起的损伤微弯光纤的急弯曲包括几个微米的局部

20、轴向位移和几毫米空间波长的急弯曲注这种弯曲可能是由光纤涂覆成缆包装施工等过程造成的微弯损耗光纤中由于微弯引起的损耗宏弯光纤轴与直线的任何宏观偏移宏弯损耗光纤中由于宏弯引起的损耗注宏弯损耗通常可以忽略不计反射波在传播过程中到达两种不同介质的界面处改变方向返回原介质的现象菲涅耳反射在具有不同折射率的两均匀介质之间的平面界面上入射光的部分反射入射角在入射面或折射面上入射光线与法线之间的夹角全反射光以大于临界角的入射角投射到界面时发生的全部反射临界角两种折射率不同的均匀介质交界入射波从具有较大折射率的均匀介质投射到界面时只能使波沿着界面折射的最大入射角注光从较大折射率大的均匀介质中入射到较小折射率小的

21、均匀材料界面时临界角定义为小大当入射角大于临界角时光被界面全部反射这就是全内反射布儒斯特角光入射到折射率不同的两区域之间的界面上对电场矢量在传播方向和界面法线所决定的平面内的光反射系数为零的入射角注对于从介质到介质的传播布儒斯特角为反射比在给定波长偏振和几何分布条件下反射功率与入射功率之比注在光学中常用反射密度或百分比表示在通信应用中一般用分贝表示折射光束通过两种不同介质之间的界面或通过一种折射率是位置的连续函数的介质例如折射率渐变的介质时产生屈折的现象双折射各向同性的介质在同一方向上呈现两种折射率两种折射率是与正交的偏振相对应的对不同的偏振有不同的传播速度双折射介质呈现双折射特性的介质群速度

22、由两个幅度相同的频率接近同一极限值的正弦电磁波叠加得到的信号在介质中一点上的传播速度注群速度的数值等于频率对波长的倒数的导数在各向同性的介质中如果相位常数是角频率的线性函数则群速度等于相速度每个波导模都有它自己特有的群速度群折射率真空中的光速除以模的群速度注对于波长为的平面波群折射率与折射率的关系为每一个模都具有自己的群折射率透射比在给定波长偏振和几何分布条件下透射功率与入射功率之比注在光学中常用透射密度或百分比表示在通信应用中一般用分贝表示透射密度透射比倒数的对数以为底反射密度反射比倒数的对数以为底衍射由于开孔障碍物或介质中不均匀的影响使辐射波不按几何光学预示的路线传播的现象散射入射波投射到

23、随机分布的微粒或粗糙表面之后变成向许多方向传播的现象后向散射与原传输方向相反的一束散射瑞利散射介质中由于材料密度的不均匀或线度小于波长的微粒而引起的光散射注瑞利散射功率与波长的四次方成反比非线性散射从一个波长变换成另一个或几个波长的散射注例如拉曼散射和布里渊散射材料散射由光纤材料的性质引起的散射纤维散射由纤维几何形状和折射率分布的变化引起的散射传播系数在导波平面波或至少在有限空间范围内实际可看做是平面波的传播方向的两点上其电磁场矢量的两个规定分量之比的自然对数除以两点间的距离当距离趋近于零时该商的极限值注传播系数通常是一个复数量其量纲是距离的倒数衰减系数传播系数的实部当传输线轴上两点间或波导上

24、两点间距离趋近于零时的衰减的极限值相移系数传播系数的虚部当传输线轴上两点间或波导上两点间距离趋近于零时场量相位变化的极限值轴向传播系数沿光纤轴在传输方向上求得的传播系数模衰减差光纤各导模的衰减的差值模时延差由于光纤各束缚模的群速度不同而引起的模间的传播时延差平衡模式分布稳态条件多模光纤中不同模式间的相对功率分布达到与长度无关的状态稳态长度平衡模式分布长度在规定的激励条件下多模光纤达到平衡模式分布所必需的长度注当没有规定激励条件时可按最坏情况取可能最长的长度作为稳态长度非平衡模式分布在长度短于稳态长度的多模光纤内存在的模式分布模耦合光纤中各模之间的功率交换注诸模间功率的交换可以在传播一称为稳态长

25、度的有限距离后达到统计平衡耦合模能量相互交换的模迅衰场在特定方向上场幅度迅速而单调地减小但没有相移且不是因为吸收引起的随时间变化的电磁场束缚模光纤中其场从纤芯向外径向上都是单调地衰减且没有辐射功率损失的模注折射率随着与轴的距离增加而减小且没有中心折射率凹陷的光纤束缚模是值在下列范围的一种模式中轴向传播系数的虚部相移系数与轴的距离等于纤芯半径时的折射率轴上的折射率自由空间的波数为波长束缚模相当于几何光学的术语传导光线在多模光纤中束缚模的功率主要封闭在纤芯内横电模模电场矢量垂直于传播方向而磁场矢量不垂直于传播方向的模注在光纤中模和模相当于子午光线横磁模模磁场矢量垂直于传播方向而电场矢量不垂直于传播

26、方向的模注在光纤中模和模相当于子午光线横电磁模模电场矢量和磁场矢量两者都垂直于传播方向的模混合模在传播方向上既有电场矢量分量也有磁场矢量分量的模注这种模相当于斜光线线偏振模弱导光纤具有线偏振的一种模这种模在传播方向的场分量比垂直于传播方向的场分量小非束缚模不属于束缚模的任何一种模通常是光纤的漏泄模或辐射模包层模由于低折射率介质包围最外包层而被封闭在包层和纤芯中的模辐射模光纤中处处都从纤芯向外径向传递功率的模这种模即使波长趋近于零依然存在注辐射模相当于折射光线漏泄模隧道漏泄模光纤中在有限距离内从纤芯向外径向方向上具有损耗场但除此距离以外处处径向传送功率的模注漏泄模相当于漏泄光线归一化频率由式得到

27、的无量纲数式中纤芯半径真空中的波长纤芯中的最大折射率均匀包层的折射率模容量能在光纤中存在的束缚模的数目注对于归一化频率时突变型折射率光纤的模容量近似为指数律分布的光纤模容量近似为式中折射率分布参数归一化频率模场直径高斯分布的单模光纤模场直径是光场幅度分布处各点所围成圆的直径也等于光功率分布处各点所围成圆的直径模的截止波长自由空间的波长当大于此波长时给定的束缚模不能在波导中存在光纤的截止波长单模光纤中大于此波长时二阶模中止传播注其测量值一般取决于测量条件特别是样品长度和被测光纤所弯成单圈的半径轴光线沿光纤轴传播的光线傍轴光线靠近并基本与光纤轴平行的光线注因为光纤轴与光线间夹角很小在计算时或可用弧

28、度来代替子午光线通过光纤轴的光线不交轴光线斜光线与光纤轴不相交的光线光纤中的折射光线光纤中从纤芯折射入包层的光线注折射光线相当于辐射模漏泄光线隧道漏泄光线在光纤中按几何光学预示能在纤芯边界上产生全部内反射但由于纤芯边界的弯曲而遭受损耗的光线注漏泄光线相当于漏泄或隧道漏泄模色散色度色散传播参数与波长关系的描述注色散将引起传输信号的失真光纤中的色散可能由下列机理引起材料色散波导色散折射率分布色散材料色散由于光纤材料折射率随波长而变化引起的色散材料色散参数材料色散特性的量定义为式中折射率群折射率波长真空中光速注多数的光纤材料在特定波长时为零此特定波长一般在附近的符号习惯上当波长小于时取正号当波长大于

29、时取负号除情况外单位长度光纤中材料色散引起的脉冲展宽由乘以谱线宽度给出但要注意在时它与成正比折射率分布色散光纤中由于折射率分布随波长而变化引起的色散注折射率分布的变化有两个来源即相对折射率差的变化和分布参数的变化折射率分布色散参数由相对折射率差随波长变化而引起的色散其量由式给出式中纤芯的最大折射率对应于的群折射率相对折射率差波导色散由于光纤几何特性而使信号的相位和群速度随波长变化引起的色散注对于光纤波导色散与比值相关这里是纤芯半径为波长脉冲展宽由于脉冲的宽度增大而产生的脉冲失真注脉冲展宽是由于色散造成的脉冲展宽可以用脉冲响应或半幅值脉宽来规定多模畸变模式畸变多模光纤中由于具有不同特性的多个模的

30、传输而产生的畸变失真注多模畸变是由模时延差和模衰减差造成的模内畸变色度畸变光纤中一个给定的模内由色散引起的畸变失真发射角输出角容纳光纤末端出射光束的某一规定百分比的圆锥顶角之半注其锥体通常是由远场辐照度从其最大值下降到某一规定百分比时的角度来确定或者是在远场中任一点上能找出规定的总辐射功率的百分比的那个圆锥接收角光功率可以耦合进光纤束缚模里去的圆锥顶角之半注当光纤芯折射率是半径的函数时接收角将为芯输入端面上位置的函数这时可用下式计算式中折射率包层的最小折射率如果角度超出光纤的接收角则光功率可以耦合进漏泄模里去数值孔径子午光线进入或离开一光学元件或系统的最大圆锥顶角之半的正弦乘以圆锥顶所在点介质

31、的折射率最大理论数值孔径用纤芯折射率值和包层折射率值计算出来的数值孔径理论值其计算式为式中纤芯的最大折射率最内层均匀包层的折射率发射数值孔径将功率耦合发射进入光纤内的光学系统的数值孔径光纤的辐射图以光纤输出端的发射角或位置为自变量的相对功率分布图近场区紧靠光源的区域或者辐射图的孔径随着与光源的距离而变化的区域近场辐射图近场图描述以光纤出射面平面中的位置为自变量的相对发射功率分布图近场衍射图菲涅耳衍射图在近场区中观测到的衍射图远场区离光源远的区域或者辐射图的孔径随着与光源的距离而变化的区域远场辐射图远场图描述以光纤出射面的远场区中的辐射角为自变量的相对辐射功率分布图远场衍射图夫琅荷费衍射图在远场

32、区中观测到的衍射图稳态辐射图达到平衡模分布的光纤输出辐射图有效模容量近场图的直径半幅值全宽与远场图半幅值强度所对的辐射角的正弦的乘积的平方注有效模容量与表示多模光纤中的模数的相对功率分布的宽度成正比光缆光缆用单根光纤多根光纤或光纤束制成的满足光学特性机械特性和环境性能指标要求的缆结构多纤光缆包含两根或两根以上光纤的光缆每根光纤传输独立的信号光缆组件带有连接器终端的光缆紧结构光缆由紧套光纤构成的光缆松结构光缆在一槽子或一个管子里松散地装设只有一次涂覆的光纤构成的光缆带型光缆缆中光纤编排成扁平带状的光缆注大的带型光缆可用两条或多条光纤带叠在一起然后整个装上外护套制成带状光缆可以是紧结构的也可以是松

33、结构的松管光缆光纤装在一个或多个管子里的松结构光缆骨架型光缆光纤放入圆柱体的沟槽里的松结构的光缆注大的骨架型光缆可用两根或多根圆柱单元一起绞合然后整个装上外护套制成光纤束一束无缓冲层的光纤组件注通常用于共同传输一个信号光纤束的敛集率光纤束中总的有效纤芯横截面积对光纤束总横截面积之比光纤束总横截面积通常是指护套里包括包层和填隙在内的面积连接器和耦合器等光纤活动连接器用作两光纤或两光纤束之间相互传递功率并可重复地连接与拆开的器件光纤套管用来限制光纤或光纤束剥除端的机械紧固装置通常是一个刚性的管子典型的做法是将一束光纤的各根光纤在套管内粘合在一起而套管的直径是按能获得最大敛集率来设计的注对于特殊的应

34、用也可用非刚性材料例如收缩性管材作套管光纤连接组件容许两根或多根光纤之间连接的组件光缆连接组件容许两条或多条光缆之间连接的组件光纤接头使两光纤之间耦合光功率的永久接头熔接接头利用局部加热到足以熔融或熔化两段光纤的端头来完成连续形成一根连续的光纤的永久接头机械接头利用夹具或材料而不是用热熔方法来完成接续的永久接头尾巴光纤发射光纤永久附在元件上便于元件与另一光纤连接的一段短光纤注只有当尾巴光纤是与光源连在一起时发射光纤与尾巴光纤才是同义词锥形光纤横截面尺寸沿着光纤长度逐渐变化的光纤光纤耦合器在三个或多个端口之间传递光功率的器件端口可以接到光纤光源和检测器等定向耦合器具有三个或更多端口的能从一个或多

35、个输入端口将光功率传递到一个或多个输出端口的耦合器星形耦合器能将光功率从一个或几个输入端口分路给数量较多的输出端口也可把光功率从几个输入端口合路给数量较少的输出端口的无源耦合器形耦合器连接三个端口的无源耦合器形耦合器具有一个输入端和两个输出端的形耦合器光合路器一种把光功率从几个输入端口分配给数量较少的输出端口的无源定向耦合器分束器将一束光分离成两束或多束的器件隔离器一种二端器件它对正向与反向传播具有不同的衰减而且一个方向的衰减比其相反方向的衰减大许多注隔离器常常用来防止反射波沿传输路径返回滤光器用来限制光辐射通过它的一种器件通常用它改变光谱的分布衍射光栅一排精细的平行的等间距的反射线或透射线在

36、由光波长和线间距离决定的方向上会聚衍射光衍射的效果是互相加强的双色滤光器能把光辐射分隔成两个谱带的滤光器例如高通和低通滤光器双色镜根据波长有选择地反射某些光的镜子干涉滤光器由一层或多层介质薄膜或金属薄膜构成的并借助干涉效应而工作的滤光器滤模器用来接受或衰减某个模或某些模的器件扰模器用来促使光纤中诸模之间的功率转换有效地搅乱模式的器件注扰模器常常用以提供一种与光源特性无关的模式分布包层模剥除器剥模器一种促使包层模转换成辐射模的器件它通常用折射率等于或稍大于光纤包层折射率的材料构成减反射膜涂敷在光学表面上用以减小反射率从而增大透射率的一层或多层介质薄膜或金属薄膜注单层薄膜的折射率理想值是薄膜两边折

37、射率乘积的平方根其理想光学厚度是波长的四分之一折射率匹配材料折射率近似等于纤芯折射率的材料通常是透明的液体和胶粘材料用来减小光纤端面的菲涅耳反射耦合损耗光从一光学元件耦合到另一光学元件时受到的光功率损耗注耦合损耗可以用绝对值来表示也可用相当于耦合效率的比值来表示耦合器损耗当其他端口被正确终接时可选择的输入端到输出端的介入损耗耦合效率耦合的发送侧光功率与接收侧光功率之比通常以百分比表示接头损耗由光纤接头引起的介入损耗本征连接损耗两根光纤连接时因光纤参数不匹配而引起的光纤本征的光功率耦合损耗注引起本征连接损耗的参数是几何尺寸和折射率分布的差异非本征连接损耗由于光纤接续不完善而引起的光功率耦合损耗纵

38、向偏移损耗光纤接头中由于光纤与光纤对接轴向间隙引起的或由于光纤与光源或光纤与检测器连接而纵向偏移最佳校准位置引起的非本征连接损耗角度未对准损耗斜接损耗光纤与光纤光纤与光源或光纤与检测器最佳校直时由于光轴间有角度偏移而引起的非本征连接损耗错位损耗光纤与光纤光纤与光源或光纤与检测器连接时由于横向侧向偏离最佳校准位置而引起的非本征连接损耗光源和光检测器自发发射不管外界类似的辐射是否同时存在一个量子力学系统的内能从激发能级降到较低能级时发射的电磁辐射注自发发射的例子有发光二极管的辐射注入式激光器低于激光阀值的辐射超发光超辐射在增益媒质中自发发射的放大其特点是有适度的谱线宽度和适度的方向性注这个过程通常

39、无正反馈因而也没有明确的振荡模式它与激光作用不同受激发射受外界辐射能的感应量子力学系统的内能从激发能级降到较低能级时发射的辐射它的频率与外来辐射能的频率相同注例如注入式激光二极管高于激光阈值的辐射就是受激发射发光二极管注入电子和或空穴越过结时自发发射非相干光辐射的一种结型半导体器件面发射发光二极管垂直于结平面发射的发光二极管边发射发光二极管平行于结平面发射的发光二极管超发光发光二极管具有放大但反馈不足以产生振荡的发光二极管激光器利用外能维持粒子数反转在光学谐振腔中提供正反馈通过受激发射并放大而产生相干光辐射的一种器件注入式激光二极管半导体激光器二极管激光器利用半导体材料结制造的一种激光器多模激

40、光器同时产生二个或多个模发射的激光器注入式锁定激光器发射的强度峰值波长是受另一光源个别光信号的注入所控制的一种激光器同质结两个区的掺杂级传导率不同但原子结构是相同的半导体结异质结两个区的掺杂级传导率不同原子结构也不同的半导体结激活激光介质激光器里面发射相干光的材料光谐振腔由二个或多个反射面构成的有界区域把构成反射面的这些元件校准以提供多次反射并能对某特定的波长产生驻波辐射率物体的辐射度与同温度的黑体辐射度之比注辐射率是波长和温度的函数光源效率光源发射的光功率与输入电功率之比激光阈值激光器的输出是由受激发射而不是由自发发射控制时的最低激励输入功率电平激光二极管的阈值电流在半导体激光二极管中对应于

41、激光阈值的激励电流强度峰值波长在给定方向上光源辐射强度为最大的那个波长光谱线发射或吸收波长的一个狭窄范围它相当于量子力学系统能级转换时发射或吸收的单色辐射光谱线宽度一条谱线的波长范围的量度线光谱由一条或多条光谱线组成的光谱光谱宽度光谱或光谱特性的波长范围的量度跳模激光器中功率从一个模转换或跳到另一个模的现象啁啾声光源发射谱线的快速变化注这在光源脉冲工作中是最常见的光检测器受到光功率照射时产生电信号输出的一种换能器件光电二极管在两种半导体之间的结或者半导体与金属之间的结的邻近区域吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器光电二极管在和掺杂半导体之间夹有一层大的本征材料的用于检测光辐射的光电二极管雪崩光

42、电二极管在加偏压运用下初始光电流通过电荷载流子累积倍增而得到放大的光电二极管注例如反向偏压接近击穿电压时通过吸收光子产生的电子空穴对获得足够的能量当它们与离子碰撞时将产生新的电子空穴对集成接收器由光电二极管和场效应晶体管组合并封装在一个外壳里的光接收器注这常常是为了使组合特性比整个组合具有的各个元件分立使用时有所改善而封装起来光电流由于光的照射而流过光检测器的电流暗电流没有光照时光检测器内流过的输出电流量子效率量子器件的可计数输出基本事件和可计数输入基本事件之比注对于半导体光源量子效率是发射光子数与外加电子数之比对于光检测器量子效率是在光电流中产生的电子数与外加光子数之比微分量子效率在量子器件

43、的输出和输入上可计数的基本事件的特性曲线的斜率响应度光检测器的电输出与光输入之比注通常以入射光功率每瓦安培或每瓦伏特来表示有时将灵敏度用作响应度的同义词那是不确切的光谱响应度在给定波长上每单位波长间隔的响应度灵敏度达到规定性能质量所需要的最低功率注输出信噪比误码率等等都是典型的性能的量度散弹噪声由于电荷载流子通过表面引起电流起伏而产生的随机噪声噪声等效功率已知调制频率波长和有效噪声带宽情况下在给定检测器的输出上信噪比为的辐射功率检测灵敏度噪声等效功率的倒数即归一化检测灵敏度由公式定义的量式中检测器有效光敏面的面积有效噪声带宽集成光路由有源和无源的电光和或光电元件组成具有信号处理功能的单片的或混

44、合的电路光纤终端装置包括一个或多个光电器件用来把电信号变换为光信号和或把光信号变换为电信号能连接到至少一根光纤的一种组件注光纤终端装置常都具有一个或多个集成光纤连接器或尾巴光纤发送光纤终端装置具有一个或多个光输出端的光纤终端装置接收光纤终端装置具有一个或多个光输入端的光纤终端装置测量技术光纤光缆基准测试法对某一种类光纤或光缆的某一给定特性是严格按照这个特性的定义来测量的并给出精确可重复和与实际使用相一致的结果的测试方法光纤光缆替代测试法对某一种类光纤或光缆的某一给定特性是以与这个特性的定义在某种意义上一致的方法来测量的能给出可重复的并与基准测试法的测量结果和实际使用相符合的测试方法菲涅耳反射法

45、通过测量光纤端面上径向各点的反射系数从而测出光纤折射率分布的测量方法近场扫描法用连续光源照射光纤输入端面而在光纤输出端逐点测量输出面上径向各点发射的光从而测出光纤折射率分布的测量方法四同心圆近场样板适用于光纤近场辐射图由四个同心圆构成的样板注这种样板常被用作为一种简单的方法以对光纤各个几何特性的容许偏差作总的检查四同心圆折射率样板适用于光纤折射率分布完整曲线的由四个同心圆构成的样板注这种样板常被用作为一种简单的方法以对光纤各个几何特性的容许偏差作总的检查剪断法测量光纤传输特性例如衰减和带宽的一种方法这种方法是进行两次传输测量一次是在光纤全长的输出端上测量另一次是在不改变注入条件下在接近注入端的

46、一短段剪断光纤后测量光时域反射法后向散射法靠光脉冲传输通过光纤测量返回输入端的散射光与反射光的合成光功率的时间函数从而测得光纤特性的一种方法注这种方法在估算均匀光纤的衰减系数检查光纤的光学连续性确定故障点位置以及其他局部损耗是很有用的干涉仪用光波干涉原理进行测量的仪器切片干涉测量法使用干涉仪来扫描光纤的薄切片端面垂直于光纤轴从而测得光纤折射率分布的方法横向干涉测量法把光纤放在干涉仪中并从横截于光纤轴的方向照亮光纤用以测量光纤折射率分布的方法单色仪选择光谱某一狭窄部分的仪器折射近场法用大数值孔径的单色光锥顶沿光纤输入端面直径进行扫描并测量其折射光功率的变化从而测得光纤折射率分布的方法系统光纤链路

47、由光发射单元光纤光接收单元连接器元件必要时还有光中继器组成的任何传输链路光数据总线使用光纤传输的数据总线波分复用在一根光纤内提供按光波长区分开的二个或多个信道注波分复用是频分复用的一种形式为了避免混淆使用专门的术语以与光纤线路在一个波长上可能采用光载基带信号组成的频分复用相区别光中继器一种主要包括一个或几个放大器和辅助器件的设备它的输入和输出都是光信号插入传输介质中某一点上使用光再生中继器一种用来接收数字信号并能按规定要求再生信号的光纤中继器受衰减限制的运用条件光纤线路中限制系统性能的主要机理是接收光功率的大小受带宽限制的运用条件光纤线路中限制系统性能的主要失真机理是系统带宽受失真限制的运用条

48、件光纤线路中限制系统性能的主要机理是任何种类的失真受量子噪声限制的运用条件光纤线路中限制系统性能的主要机理是量子噪声模式噪声斑点噪声光纤系统中由模衰减差和诸束缚模之间光能分布起伏或相对相位波动共同影响而产生的噪声附录中文索引参考件暗电流凹陷包层半导体激光器斑点噪声半幅值脉宽半幅值全宽傍轴光线包层包层不圆度包层模包层模剥除器包层容差区包层直径包层直径容差包层中心本征连接损耗边发射发光二极管表面波波导色散波动光学波分复用薄膜波导剥模器波前部分相干不交轴光线布儒斯特角材料散射材料色散材料色散参数超发光超发光发光二极管超辐射冲激响应传播系数传递函数传输窗口光通路的传输损耗磁光效应错位损耗光纤的带宽带型

49、光缆单模光纤单色辐射单色仪导波等效突变型折射率差等效突变型折射率分布电磁辐射电光效应电致发光定向耦合器多模光纤多模畸变多模激光器多纤光缆二次涂层二极管激光器发光二极管发射光纤发射角发射数值孔径发送光纤终端装置反射反射比反射密度非本征连接损耗菲涅尔反射菲涅耳反射法菲涅耳衍射图非平衡模式分布非束缚膜非线性散射非相干辐射非相干性分束器夫朗荷费衍射图辐射率辐射功率辐射率辐射模辐射能量辐射强度辐射通量光纤的辐射图辐照度辐照功率密度干涉干涉滤光器干涉仪高斯光束高斯脉冲隔离器各向同性各向异性骨架型光缆管棒法光光波导光程长度光电的光电导性光电二极管光电二极管光电发射效应光电流光电效应光辐射光功率光合路器光厚度光激活材料光检测器光缆光缆连接组件光缆组件光亮度光谱光谱窗口光谱辐照度光谱宽度光谱亮度光谱线光谱线宽度光谱响应度光强光生伏打效应光时域反射法光数据总线光束直径光通量光射线光纤光纤缓冲层光纤活动连接器光纤接头光纤链路光纤连接组件光纤耦合器光纤束光纤套管光纤终端装置光纤轴光谐振腔光学轴光源效率光再生中继器光中继器光子光子噪声归一化检测灵敏度归