第2章光纤通信的基本原理ppt课件.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SiO

2、2，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；缓冲层一般为性能

3、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剂。具

4、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。但由于损耗较

5、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纤中传输的

6、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。优点：芯径大

7、，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将光纤分为阶跃

8、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