光纤特性与导光原理波动方程研究.ppt

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1、第二章光纤与光缆(1)光纤的分类光纤的导光原理光纤的结构特性本节内容2021/7/282光纤通信系统多姿多彩的光纤2021/7/283光纤通信系统光纤的物理结构2021/7/284光纤通信系统光纤材料目前，通信光纤的纤芯和包层的主体材料都是石英玻璃，也就是SiO2。为了制作两种具有相似特性、而折射率只有一个很小差异的材料以便形成纤芯和包层，可以在SiO2中掺入各种氧化物。GeO2纤芯，SiO2包层；P2O5纤芯，SiO2包层；SiO2纤芯，B2O3-SiO2包层；GeO2-B2O3-SiO2纤芯，B2O3-SiO2包层。注意：重要！2

2、021/7/285光纤通信系统阶跃光纤与渐变光纤为什么采用这样的结构？2021/7/286光纤通信系统光纤的导光原理(射线分析)2021/7/287光纤通信系统全反射定义：当入射角增大到某一角度，使折射角达到90o时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射。理解：全反射现象是光的折射的特殊现象，折射光线的能量等于零，光线只按反射路线传播，且遵循光的反射定律。条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角。2021/7/288光纤通信系统模式色散的衡量及影响L=L/sin-L=L(n1/n2-1)=L(n1

3、/n2)()T=L/v=Ln1/c=(L/c)(n12/n2)()根据T

4、模阶跃折射率光纤的脉冲展宽，人们制造了渐变折射率光纤。渐变折射率光纤的折射率在纤芯中连续变化。适当选择折射率的分布形式，可以使不同入射角的光线有大致相同的光程，从而大大减小群时延差。2021/7/2811光纤通信系统渐变光纤的光学特性f(r)=(r/a)，是一个描述光纤剖面折射率分布的函数；a是纤芯半径；r是光纤中任意一点到轴心的距离。使群时延差减至最小的最佳的在2左右，称为抛物线分布。光学特性决定于它的折射率分布。渐变型光纤的折射率分布可以表示为2021/7/2812光纤通信系统渐变光纤分析2021/7/2813光纤通信系统子午

5、光线与斜光线2021/7/2814光纤通信系统渐变光纤的群时延差NAsini=(n12-n22)1/2T/L=n12/(8c)BL<8c/(n12)最优的设计能使100Mb/s的数据传输100km,其BL积约达10（Gb/s）·km，比阶跃光纤提高了3个数量级。2021/7/2815光纤通信系统数值孔径NA在光纤中，把接收角的正弦定义为光纤的数值孔径，即NA＝sinθmax2021/7/2816光纤通信系统2021/7/2817光纤通信系统NA大小仅取决于纤芯的折射率的大小及包层相对折射率差。从物理上看，光纤的数值孔径表示

6、光纤接收入射光的能力。NA越大，则光纤接收光的能力也越强。但是NA太大时，光纤的模式色散加大，会影响光纤的带宽。标准多模光纤的NA公称值一般为0.2，对应的孔径角约为11.5º。标准单模光纤的NA公称值一般为0.1～0.15，对应的孔径角约为5.7º～8.6º。NA的取值2021/7/2818光纤通信系统阶跃光纤的波动光学分析2021/7/2819光纤通信系统麦克斯韦方程组2021/7/2820光纤通信系统亥姆霍兹方程2021/7/2821光纤通信系统阶跃光纤的矢量解法（1）2021/7/2822光纤通信系统阶跃光纤的矢量解法（2）2

7、021/7/2823光纤通信系统阶跃光纤的矢量解法（3）2021/7/2824光纤通信系统阶跃光纤的矢量解法（4）2021/7/2825光纤通信系统阶跃光纤的矢量解法（5）2021/7/2826光纤通信系统阶跃光纤的矢量解法（6）2021/7/2827光纤通信系统阶跃光纤的矢量解法（7）2021/7/2828光纤通信系统阶跃光纤的矢量解法（8）2021/7/2829光纤通信系统光纤的模式（1）2021/7/2830光纤通信系统光纤的模式（2）2021/7/2831光纤通信系统光纤的模式（3）2021/7/2832光纤通信系统光纤的模式

8、（4）2021/7/2833光纤通信系统单模条件2021/7/2834光纤通信系统光纤的分类按剖面折射率分布不同分类；按传播模式分类；按工作波长分类；按套塑类型分类；按光纤组分分类。2021/7/2835光纤通信系统尺寸