《光纤传输理论》PPT课件

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1、§2-1概述；§2-2光纤传输的射线分析(几何光学方法)；§2-3光纤传输的波动光学分析；§2-4单模光纤；§2-5光纤的性能参数(传输特性)；本章思考题。第二章的主要内容7/20/2021§2-1概述光纤通信系统的基本要求是能将任何信息无失真地从发送端传送到用户端，这首先要求作为传输媒质的光纤应具有均匀、透明的理想传输特性，任何信号均能以相同速度无损耗、无畸变地传输。但实际光纤通信系统中所用的光纤都存在损耗和色散，当信号强度较高时还存在非线性。问题：在实际系统中，光信号到底如何传输？其传输特性、传输能力究竟如何？——本章讨论的要点。7/20/2021§2-1概述一、光

2、纤的结构n1>n2玻璃包层，125um纤芯其保护作用的塑料涂敷层，250um纤芯包层涂层纤芯尺寸：单模光纤4~12µm；多模光纤50/62.5µm。塑套保护层尺寸：900µm。护套颜色（3mm光缆）：黄色是单模光纤；橙色是多模光纤。7/20/2021§2-1概述7/20/2021§2-1概述纤芯core：折射率较高，用来传送光；高纯度SiO2+掺杂剂如GeO2等。包层coating：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件（把光能量束缚在纤芯）；高纯度SiO2+掺杂剂如B2O3。涂覆套jacket：强度大，能承受较大冲击，保护光纤；环氧树脂、硅橡胶和尼龙。纤芯和包层都用石英

3、作为基本材料，折射率差通过在纤芯和包层进行不同的掺杂来实现。纤芯掺入Ge和P的目的：折射率包层掺入B的目的：折射率7/20/2021§2-1概述二、光纤的分类1.按纤芯折射率分布（1）阶跃型光纤(SIF：StepIndexFiber)信号畸变大（色散）；（2）渐变型光纤(GIF：GradedIndexFiber)信号畸变小。7/20/2021§2-1概述2.按光纤的模式根据传导模式数量的不同，光纤可以分为单模光纤和多模光纤两类。（1）多模光纤(MMF：MultiModeFiber)光纤中传输的模式不止一个，即在光纤中存在多个传导模式。多模光纤信号畸变大（色散），适用

4、于中距离、中容量的光纤通信系统；（2）单模光纤(SMF：SingleModeFiber)光纤中只传输一种模式，即基模（最低阶模式）。单模光纤信号畸变很小，折射率分布与SIF相似，适用于长距离、大容量的光纤通信系统。7/20/2021§2-1概述(a)阶跃型多模光纤；(b)渐变型多模光纤；(c)单模光纤7/20/2021§2-1概述此动画为光信号在多模阶跃折射率光纤中的传输，由动画可以直观地看出：不同模式的光信号到达终点所需的时间不相等。7/20/2021§2-1概述此动画为光信号在多模渐变折射率光纤中的传输，由动画可以直观地看出：不同模式的光信号到达终点所需的时间基本相

5、等。7/20/2021§2-1概述此动画为光信号在单模阶跃折射率光纤中的传输，由动画可以直观地看出：单模光纤中只有一个模式的光信号可以传输，不存在模式之间的时间差。7/20/2021§2-1概述3.按光纤构成的原材料分类石英系光纤光子晶体光纤塑料包层光纤全塑光纤目前光纤通信中主要使用石英系列光纤。4.按光纤的套塑层分类紧套光纤，900µm；松套光纤，3mm。7/20/2021§2-1概述4.其他结构的单模光纤实际上，根据应用的需要，可以在常规单模光纤的基础上设计许多结构复杂的特种单模光纤。最有用的若干典型特种单模光纤的横截面结构和折射率分布如下：2a2a’n1n2n3

6、n1n2n32a2a’n1n27/20/2021§2-2光纤传输的射线分析(几何光学方法)几何光学方法波动光学方法适用条件l<>光信号波长，可以采用几何光学方法近似分析，而单模光纤纤芯直径为4~12µm，同光信号波长为同一个数量级，不能采用射线分析法。一、几何光学分析法的基本点1

7、.光为射线，在均匀介质中直线传播；2.不同介质的分界面，遵循折反射定律。7/20/2021§2-2光纤传输的射线分析(几何光学方法)二、光在多模阶跃光纤中的传输光在光纤中的子午面内的光线图：引入如下参数：1.数值孔径NA（NumericAperture）NA=n0sinθimax（θimax：光纤的接收角）--定义式θimax2θn1θrθcn2n2光线1光线2n0O0On1Prn2n1QQn2P7/20/2021§2-2光纤传输的射线分析(几何光学方法)NA表示光纤接收和传输光的能力。NA（或θimax）越大，表示光纤接收光的能力越