光纤通信系统第3版教学课件作者沈建华第二章节光纤与光缆课件

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1、光纤通信系统2光纤是光纤通信系统中的传输媒质，其材料、结构和传输性能的好坏直接影响了系统的性能。本章首先介绍光纤光缆的基本结构和类型，然后分别应用射线光学和波动光学理论分析光纤传输原理，在此基础上对光纤的损耗、色散和非线性等传输性能参数进行介绍，最后给出光纤的类型及工程技术。第二章光纤与光缆32.1光纤光缆的结构和类型2.1.1光纤结构2.1.2光纤类型2.1.3光纤制造工艺2.1.3光缆及其结构42.1.1光纤结构光纤的基本结构主要由以下几部分组成：折射率（n1）较高的纤芯部分、折射率（n2）

2、较低的包层部分以及表面涂覆层。结构如图2-1所示。为保护光纤，在涂覆层外有二次涂覆层（又称塑料套管）。5图2-1光纤基本结构无论何种光纤，其包层直径都是一致的涂覆层的主要作用是为光纤提供保护纤芯和包层仅在折射率等参数上不同，结构上是一个完整整体6光纤的分类按折射率分布按二次涂覆层结构按材料按传导模式71.按纤芯折射率分布：阶跃折射率分布和渐变折射率分布思考：为什么纤芯的折射率要高于包层折射率？82.按光纤的二次涂覆层结构紧套结构光纤松套结构光纤93.按光纤主要材料SiO2光纤*塑料光纤氟化物光

3、纤*SiO2是目前最主要的光纤材料104.按光纤中的传导模式*单模光纤多模光纤*传导模式的概念将在模式分析部分介绍112.1.2光纤类型目前国际上对光纤光缆型号进行标准化的主要是国际电信联盟标准化组织(ITU-T)和国际电工委员会(IEC)。ITU-T涉及通信光纤的标准主要是G.65x系列，IEC则是标准60793系列。ITU-T规定的光纤型号主要有G.651光纤（多模光纤），G.652光纤（常规单模光纤），G.653光纤（色散位移光纤），G.654光纤（低损耗光纤），G.655光纤（非零色散位

4、移光纤）以及最新的G.656和G.657光纤。IEC标准（我国国标也参照IEC命名）将光纤的种类分为A类（多模）光纤和B类（单模）光纤。2.1.3光纤制造工艺改进的化学汽相沉积法(MCVD)轴向汽相沉积法(VAD)棒外化学汽相沉积法(OVD)等离子体激活化学汽相沉积法(PCVD)12光纤接续方法永久接续法连接器接续法13142.1.4光缆及其结构光缆是以光纤为主要通信元件，通过加强件和外护层组合成的整体。光缆是依靠其中的光纤来完成传送信息的任务，因此光缆的结构设计必须要保证其中的光纤具有稳定的传

5、输特性。15光缆的分类方法按成缆光纤类型多模光纤光缆和单模光纤光缆按缆芯结构中心束管、层绞、骨架和带状按加强件和护层金属加强件、非金属加强、铠装按使用场合长途/室外、室内、水下/海底等按敷设方式架空、管道、直埋和水下16光缆的结构（成缆方式）层绞式骨架式中心束管式带状式17光缆结构示意图层绞式中心束管式带状式2.2光纤传输原理2.2.1射线光学分析方法2.2.2波动光学分析方法18192.2.1射线光学理论分析光波在光纤中传输可应用两种理论：波动理论和射线理论。波动理论分析光波在阶跃折射率光纤中

6、传播的模式特性的方法比较复杂。射线理论是一种近似的分析方法，但简单直观，对定性理解光的传播现象很有效，而且对光纤半径远大于光波长的多模光纤能提供很好的近似。20两个重要概念1：光射线（简称射线）设有一个极小的光源，它的光通过一块不透明板上的一个极小的孔，板后面的一条光的边界并不明显锐利，而有连续但又快速变化的亮和暗，这就是所谓的衍射条纹。如果光波长极短（趋于0）而可以忽略，并使小孔小到无穷小，则通过的光就形成一条尖锐的线，这就是光射线。也可以说一条很细很细的光束，它的轴线就是光射线。21当光波长

7、趋于0而可以忽略时，用射线去代表光能量传输线路的方法称为射线光学。在射线光学中，把光用几何学来考虑，所以也称为几何光学。射线光学是忽略波长的光学，亦即射线理论是λ→0时的波动理论。两个重要概念2：射线光学（即几何光学）221.Snell定律从射线方程导出的射线光学最重要的理论之一是斯涅尔（Snell）定律，它应用于恒定折射率n1和n2区域时可写成：反射定律：（2-2）折射定律：（2-3）式中n1、n2为介质的折射率，、、分别是光线的入射角、反射角和折射角。23第1种媒质（n1）分界面第2种媒质（

8、n2）n1＜n2法线反射定律：入射角Φ入＝反射角Φ反折射定律：n1·sinΦ入＝n2·sinΦ折Φ入Φ反Φ折入射光线折射光线反射光线光射线的反射和折射24第1种媒质（n1）分界面第2种媒质（n2）n1＞n2法线折射光线反射光线入射光线全反射定律：当入射角度增大到某一角度时，折射角可以获得最大值90°，此时可认为无折射光存在，所有的入射光都被反射，称为全反射现象，满足全反射现象的最小角度称为全反射的临界角φC。ΦC光的全反射现象（光密介质－光疏介质）252.光纤的传光原理利用上述的射线分析方法，可