光纤通信技术 教学课件 作者 彭利标 Fiber3-1光纤与光缆.ppt

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1、第3章光纤与光缆内容提要§3.1光纤的结构与类型§3.2光纤的传输原理§3.3光纤的传输特性§3.4光纤的拉制§3.5几种常用光纤§3.6光纤的成缆与选用教学提示：教学重点：光纤结构对传输特性的影响，单模光纤的传输特性、光纤的主要参数。教学目的：了解光纤的结构和光纤的种类。掌握光纤的传输原理和衰减、色散特性、光缆的类型及选择方法。一、对光纤（传输材料）的要求衰减损耗要小，减少中继处理的次数，降低传输成本；信号经传输后波形失真小，色散小，可以提高信号在介质中的传输速率；抗干扰能力强，以使信号在传输环境较差、干扰厉害的场合也可正常进行信号传送；信道的传输容量大

2、，频带宽度要足够宽，以解决待传输信息量的不断增长问题。§3.1光纤的结构与类型1、传输信号对材料要求：电线电缆、光纤光缆、空中电磁波。光纤在目前阶段可以说是有线通信网中最优良的传输介质，因为光纤的损耗、色散及抗干扰能力等均比电缆好得多。随着对光纤技术的继续深入研究，光纤的制造工艺水平不断提高，使光纤的质量和传输特性逐步得到改善，价格也逐年下降。2、目前信号传输媒质二、光纤结构与类型为了满足光纤中光信号的传输要求，根据光的传输原理和传输特性，光信号在光纤内传输过程中要求全反射，以减少光信号在传输过程中的辐射损耗，因此光纤的结构和材料选择要满足一定的技术要求。

3、1、光纤的结构光纤是由传输光信号的光纤芯、提供反射面的包层、外加涂敷层和外保护套构成（1）纤芯---传递光信号纤芯直径:头发丝粗细相当多模光纤:50μm～100μm单模光纤：8μm～10μm作用：光信号的传输路经材料：玻璃或塑料，超高纯度石英玻璃(SiO2)制作的光纤具有很低的传输损耗，各种技术性能都较好。折射率n：光纤芯的折射率n1通常在1.5左右（2）包层----提供反射面反射面：纤芯与包层的交界面为在纤芯内传输的光线提供一个光滑的反射面，起到光隔离、防止光泄漏的作用。全反射条件：纤芯折射率n1大于包层的折射率n2，使光信号在传输过程中形成全反射，构成

4、一条光通道。导光过程：纤芯、包层作用示意图光源位置n0（Φ）、入射角n1（θi）、反射角n1（θr）折射角n2（θt）（3）涂敷层作用：保护光纤不受水汽和各种有害物质的侵蚀、防止光纤被划伤，同时还可增强光纤的柔韧性，增加光纤的机械强度，提高抗老化性能。材料：环氧树脂或硅胶在包层外面涂敷一层保护层。（4）保护套作用：加装外保护套除了可保护光纤不受损伤外，还可增加机械强度，为了提高光缆的抗拉性能，便于光缆的工程敷设。保护光缆：要在光缆内增设金属加强芯，特殊应用场合的光缆，如海底光缆，还要加装铠甲，做成铠装光缆，防止鱼类等海洋动物咬伤光缆，保证信息传输道路的正常

5、顺通。2、光纤的种类光纤用来作为光信号传输的介质，根据传输特性、传输模式数量、制造光纤所用材料、纤芯折射率分布规律等，可将光纤按如下方式分类：（1）按光纤原材料分类石英光纤：材料：纤芯和包层都是由高纯度的SiO2掺入适量杂质制成(GeO2.SiO2和P2O5做纤芯，用B2O3.SiO2做包层)。特性：这种光纤的损耗最低，强度和可靠性最高，性能最优良，因此使用最广泛，但价格较高。多组份玻璃纤维光纤：例如用钠玻璃(SiO2.Na2O.CaO)掺入适当杂质制成的光纤，该光纤的损耗虽然较低，但强度和可靠性等方面还存在一些问题，有些技术问题还有待于解决。塑料包层光纤

6、：这种光纤的纤芯是用石英玻璃材料制成，它的包层一般是用硅树脂塑料材料来制作。全塑光纤：该光纤的纤芯和包层都是由塑料制成，其价格较低，但传输损耗较大，且可靠性也存在一定程度的问题。（2）按纤芯折射率n径向分布目前通信用光纤根据纤芯横截面上折射率的径向分布情况，可粗略分为阶跃型SI(StepIndex)折射率分布光纤和渐变型GI(GradedIndex)折射率分布光纤两大类。A、阶跃型光纤n1rn2)n2a≤r≤b阶跃型多模光纤特点：优点：制造工艺简单（粗、折射率均匀）缺点：模间色散Δτ太大,脉冲展宽厉害。原因：纤芯材料折射率分布均匀，各种模式

7、的光信号在纤芯中的传播速度是相等，但不同模式的光线，各自的传播路经（长短）不同，形成了模间色散。折射率分布为n1[1-2Δ(r/a)γ]1/2≈n1[1-Δ(r/a)γ]r

8、制折射率）原因：纤芯材料折射率中心大，边沿小，模式间传播速度是不相