光纤通信技术与设备教学课件作者段智文光纤通信-2课件

《光纤通信技术与设备教学课件作者段智文光纤通信-2课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第2章光纤与光缆2.1光纤2.2光纤的特性2.3单模光纤与多模光纤2.4光缆2.1光纤目标●了解光纤的结构与分类●掌握光纤的导光机理●掌握光纤的标准与应用●掌握光纤的损耗特性、色散特性●掌握光缆的结构与种类●掌握光缆的型号、色谱与端别光纤在光通信中，长距离传输光信号所需要的光波导是一种叫做光导纤维（简称光纤）的圆柱体介质波导。所谓“光纤”就是工作在光频下的一种介质波导，它引导光能沿着轴线平行方向传输。2.1.1光纤的结构与分类光纤（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

2、光纤的结构如图2-1所示，可以分为三层：折射率较大的为纤芯、折射率较低的为包层和外涂覆层，纤芯和包层的结构满足导光要求，控制光波沿纤芯传播；涂覆层主要起保护作用（因不作导光用，故可染成各种颜色）。1.光纤的结构图2-1一般光纤的结构光纤的组成部分（1）纤芯纤芯位于光纤的中心部位（直径d1约5～80μm），其成份是高纯度的二氧化硅，此外还掺有极少量的掺杂剂如二氧化锗，五氧化二磷等，掺有少量掺杂剂的目的是适当提高纤芯的光折射率（n1）。通信用的光纤，其纤芯的直径为5～10μm（单模光纤）或50～80μm（多模光纤）。（2）包层包层位于纤芯

3、的周围（其直径d2约125μm），其成份也是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。而掺杂剂（如三氧化二硼）的作用则是适当降低包层的光折射率（n2），使之略低于纤芯的折射率。为满足不同导光的要求，包层可做成单层，也可做成多层。（3）涂敷层光纤的最外层是由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成的涂敷层，其作用是增加光纤的机械强度与可弯曲性。涂覆层一般分为一次涂覆和二次涂覆层。二次涂覆层是在一次涂覆层的外面再涂上一层热塑材料，故又称为套塑。一般涂敷后的光纤外径约1.5cm。2.光纤的分类目前光纤的种类繁多，但就其分类方法而言大致有四种，即按光纤剖面折射率分

4、布分类、按传播模式分类、按工作波长分类和按套塑类型分类等。此外按光纤的组成成份分类，除目前最常应用的石英光纤之外，还有含氟光纤与塑料光纤等。（1）按光纤剖面折射率分布分类──阶跃型光纤与渐变型光纤1）阶跃型光纤阶跃型光纤：是指在纤芯与包层区域内，其折射率分布分别是均匀的，其值分别为n1与n2，但在纤芯与包层的分界处，其折射率的变化是阶跃的。阶跃光纤的折射率分布如图2-2所示。2）渐变型光纤渐变型光纤：是指光纤轴心处的折射率最大（n1），而沿剖面径向的增加而逐渐变小，其变化规律一般符合抛物线规律，到了纤芯与包层的分界处，正好降到与包层区

5、域的折射率n2相等的数值；在包层区域中其折射率的分布是均匀的，即为n2。渐变光纤的折射率分布如图2-3所示。2.光纤的分类（2）按传播模式分类──多模光纤与单模光纤在工作波长一定的情况下，光纤中存在有多个传输模式，这种光纤就称为多模光纤。多模光纤的横截面折射率分布有均匀的和非均匀两种。前者也叫阶跃型多模光纤，后者称为渐变型多模光纤。多模光纤的传输特性较差，带宽较窄，传输容量较小。在工作波长一定的情况下，光纤中只有一种传输模式的光纤，这种光纤就称为单模光纤。单模光纤只能传输基模（最低阶模），不存在模间的传输时延差，具有比多模光纤大得多的

6、带宽，这对于高速传输是非常重要的。2.光纤的分类（3）按工作波长分类──短波长光纤与长波长光纤短波长光纤：在光纤通信发展的初期，人们使用的光波之波长在0.6～0.9μm范围内（典型值为0.85μm），习惯上把在此波长范围内呈现低衰耗的光纤称作短波长光纤。短波长光纤属早期产品，目前很少采用。长波长光纤：后来随着研究工作的不断深入，人们发现在波长1.31μm和1.55μm附近，石英光纤的衰耗急剧下降。不仅如此，而且在此波长范围内石英光纤的材料色散也大大减小。因此，人们的研究工作又迅速转移，并研制出在此波长范围衰耗更低，带宽更宽的光纤，习惯

7、上把工作在1.0～2.0μm波长范围的光纤称之为长波长光纤。长波长光纤因具有衰耗低、带宽宽等优点，特别适用于长距离、大容量的光纤通信。2.光纤的分类（4）按套塑类型分类──紧套光纤与松套光纤1）紧套光纤：是指二次、三次涂敷层与予涂敷层及光纤的纤芯，包层等紧密地结合在一起的光纤。目前此类光纤居多。2）松套光纤：是指经过予涂敷后的光纤松散地放置在一塑料管之内，不再进行二次、三次涂敷。2.1.2光纤的导光机理光是一种频率极高的电磁波，而光纤本身是一种介质波导，因此光在光纤中的传输理论是十分复杂的。要想全面地了解它，需要应用电磁场理论、波动光

8、学理论，甚至量子场论方面的知识。为了便于理解，我们从几何光学的角度来讨论光纤的导光原理，这样会更加直观、形象、易懂。更何况对于多模光纤而言，由于其几何尺寸远远大于光波波长，所以可把光波看作成为一条光线来处理，这正是几何光