第02章A 光纤光缆-结构

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1、第二章光纤和光缆2.1基本光学定义和定律2.2光纤光缆的结构与类型2.3导波原理2.4单模光纤2.5光纤制造技术光纤具有何种结构？光在光纤中如何传播？光纤是由何种材料制作的？光纤是如何制造的？多根光纤是如何组装成光缆？与光纤有关的问题2.1基本光学定义和定律光在均匀介质中是沿直线传播的，其传播速度为：v=c/n式中：c＝2.997×105km/s，是光在真空中的传播速度；n是介质的折射率(空气的折射率为1.00027，近似为1；玻璃的折射率为1.45左右；水的折射率为1.33左右；钻石的折射率为2.42

2、)。其中v1。光通过不同的物质时，它的传播速度是不一样的。光的反射现象：当一束光线按某一角度射向一块平面镜时，它会从镜面按另一角度反跳出去。光的这种反跳现象叫做光的反射，射向镜面的光叫入射光，从镜面反跳出去的光叫反射光。光的折射现象：正是由于光在不同物质中传播速度的不同，造成了光从一种物质进入到另一种物质时的折射现象。反射定律：反射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，反射光线和入射光线处于法线的两侧，并且反射角等于入射角，即：θ入＝θ反。θ入θ反入射光线反射光线法线平面镜折射(Shell)

3、定律：折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光线位于法线的两侧，且满足：n1sinθ入=n2sinθ折θ入Θ折入射光线折射光线法线n1n2n1n2全反射现象：在某种条件下，光线被关在一种介质中，不射到另一种介质中的现象。θ0法线n1n2n1>n21234临界角θ0：折射角为90°时的入射角sinθo=n2/n1全反射条件：（1）n1>n2（2）θ入>θo2.2光纤光缆的结构与类型2.2.1光纤的结构光纤(OpticalFiber，OF)就

4、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。光纤结构示意图纤芯：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SiO2，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），以传输光信号。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

5、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，它使得光信号封闭在纤芯中传输。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。2.2.2光纤的类型光纤的分类方法很多，既可以按照

6、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。1.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型光纤(Step-IndexFiber，SIF)和渐变型光纤(Graded-IndexFiber，GIF)，其折射率分布如图所示。光纤的折射率分布阶跃型光纤是由半径为a、折射率为常数n1的纤芯和折射率为常数n2的包层组成，并且n1>n2,n1=1.463~1.467,n2=1.45~1.46。渐变型光纤与阶跃型光纤的区别在于其纤芯的折

7、射率不是常数，而是随半径的增加而递减直到等于包层的折射率。渐变型光纤的折射率变化可以用折射率沿半径的分布函数n(p)来表示。特点：降低了模间色散（或多径色散）2.按传输模式的数量分类按光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。高次模基模低次模在光纤的受光角内，以某一角度射入光纤

8、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播模式。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。当光纤的几何尺寸（主要是芯径d）远大于光波波长时（约1μm），光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模式。单模光纤只能传输一种模式的光纤称为单模光纤。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