入门版光纤通信的基本原理.ppt

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1、第2章光纤通信的基本原理本章内容2.1光纤的结构与分类2.2光纤传光原理2.3光纤中的传输模式2.4光纤中的传输损耗2.5光纤的色散特性2.6光纤的物理机械特性2.1光纤的结构与分类2.1.1光纤的结构光纤(OpticalFiber，OF)就是用来导光的透明介质纤维，一根实用化的光纤是由多层透明介质构成的，一般可以分为三部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层。2.1光纤的结构与分类纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。直径d1=4μm～50μm，单模光纤的纤芯为4μm～10μm；多模光纤的纤芯为50μm。纤芯的成分是高纯度Si

2、O2，掺有极少量的掺杂剂（如GeO2，P2O5），作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以保证光信号在光纤中的传输。光纤结构示意图2.1光纤的结构与分类包层：包层位于纤芯的周围。直径d2=125μm，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。而掺杂剂（如B2O3）的作用则是适当降低包层对光的折射率（n2），使之略低于纤芯的折射率，即n1＞n2，从而使得光信号封闭在纤芯中传输。光纤结构示意图2.1光纤的结构与分类涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料；缓冲层一般为

3、性能良好的填充油膏；二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm。通常所说的光纤为此种光纤。光纤结构示意图2.1光纤的结构与分类2.1.2光纤的类型光纤的分类方法很多，既可以按照光纤截面折射率分布来分类，又可以按照光纤中传输模式数的多少、光纤使用的材料或传输的工作波长来分类。2.1光纤的结构与分类1.按光纤材料分类①石英光纤。石英光纤是目前应用最广泛的光纤，其主要材料为二氧化硅，并掺有少量改变折射率的掺杂

4、剂。具有损耗低、频带宽的特点，现在已广泛应用于有线电视和通信系统。2.1光纤的结构与分类②多组份玻璃光纤。是以二氧化硅为主体材料，掺有较多碱金属、碱土金属氧化物的玻璃光纤。具有制造工艺简单，但机械强度低、可靠性差的特点，目前已基本不再使用。2.1光纤的结构与分类③塑料光纤（POF）。塑料光纤是由高透明聚合物如聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）作为芯层材料，PMMA、氟塑料等作为皮层材料的一类光纤（光导纤维）。它的特点是制造成本低廉，相对来说芯径较大，与光源的耦合效率高，耦合进光纤的光功率大，使用方便。但由

5、于损耗较大，带宽较小，这种光纤只适用于短距离低速率通信，如短距离计算机网链路、船舶内通信等。汽车光纤2.1光纤的结构与分类④氟化物光纤。氟化物光纤（FluorideFiber）是由氟化物玻璃作成的光纤。是迄今为止研究最多的光纤，它的主要特点是具有最低的损耗，经大量的理论计算表明，氟化物光纤的最低损耗在2.5um附近约为10-3dB/km，比SiO2光纤的最低损耗要低2-3个数量级，如按当前SiO2光纤无中继距离100km的水平计算，可以推测氟化物光纤无中继距离可达到10000km以上。2.1光纤的结构与分类2.按传输模式的数量分类按光

6、纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤(Multi-ModeFiber，MMF)和单模光纤(SingleModeFiber，SMF)。多模光纤和单模光纤是由光纤中传输的模式数目决定的，判断一根光纤是不是单模传输，除了光纤自身的结构参数外，还与光纤中传输的光波长有关。2.1光纤的结构与分类在光纤的受光角内，以某一角度射入光纤断面，并能在光纤纤芯/包层交界面上产生全反射的传播光线，就可以称为一个光的传输模式。2.1光纤的结构与分类多模光纤：顾名思义，多模光纤就是允许多个模式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤中允许存在多个分离的传导模。

7、优点：芯径大，容易注入光功率，可以使用LED作为光源缺点：存在模间色散，只能用于短距离传输模间色散：每个模式在光纤中传播速度不同，导致光脉冲在不同模式下的能量到达目的的时间不同，造成脉冲展宽2.1光纤的结构与分类单模光纤：只能传输一种模式的光纤称为单模光纤。优点：单模光纤只能传输基模(最低阶模)，它不存在模间时延差，因此它具有比多模光纤大得多的带宽，这对于高码速长途传输是非常重要的。缺点：芯径小，较多模光纤而言不容易进行光耦合，需要使用半导体激光器激励。2.1光纤的结构与分类3.按光纤截面上折射率分布分类按照截面上折射率分布的不同可以

8、将光纤分为阶跃型光纤(Step-IndexFiber，SIF)和渐变型光纤(Graded-IndexFiber，GIF)，其折射率分布如右图所示。光纤的折射率分布2.1光纤的结构与分类阶跃型光纤是由半径为a、折射率为常数