光纤通信第02章光纤和光缆.ppt

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1、第二章光纤和光缆2.1光纤的结构与类型2.2光纤的射线理论分析2.3均匀光纤的波动理论分析2.4光缆2.1光纤的结构与类型光纤(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，如图2.1所示。2.1.1光纤的结构图2.1光纤结构示意图光纤的分类方法很多，既可以按照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。2.1.2光纤的类型按照截面上折射率分布的不同

2、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2.2所示。1、按光纤截面上折射率分布分类1）阶跃型光纤2）渐变型光纤光纤的相对折射率差当时为三角型折射率分布，时为抛物线型折射率分布，时分阶跃型分布。2、按传输模式分类：单模和多模多模光纤的纤芯直径为50~62.5微米，包层外直径125微米；单模光纤的纤芯直径约为10微米，包层外直径为125微米。单模光纤是只能传输一种模式的光纤，单模光纤只能传输基模(最低阶模)，不存在模间时延差，具

3、有比多模光纤大得多的带宽，这对于高码速传输是非常重要的。多模光纤：传输性能比单模光纤差，传输带宽和容量小，适用于短距离、低速率传输。3.按光纤的工作波长分类按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤（850nm）、长波长光纤（1310nm、1550nm）和超长波长光纤（2000nm以上）。850nm主要用于短距离、小容量的光纤通信系统中；1310、1550nm主要用于长距离、大容量的光纤通信系统中；2000nm的光纤损耗特别小，是传输媒介发展的方向。4.按ITU-T建议分类按照ITU-T关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.6

4、51光纤(渐变型多模光纤)、G.652光纤(常规单模光纤)、G.653光纤(色散位移光纤)、G.654光纤(截止波长光纤)和G.655(非零色散位移光纤)光纤。G651光纤（多模光纤）：中心玻璃较精（50或62.5微米），可传多种模式的光，但其模间色散较大，传输距离较短。G652光纤：单模光纤，工作波长为1310nm，其中心玻璃芯很细（芯径一般为9~10微米），只能传输一种模式的光。该光纤的材料色散和波导色散一为正，一为负，大小也正好相等，因而在1310nm处单模光纤的总色散为零；从光纤的损耗特性看，1310nm处是一个低损

5、耗窗口，从而1310nm是一个理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1310nm常规单模光纤的主要参数在G652中确定，这种光纤也叫G652光纤（1310nm色散为零的单模光纤）。G653光纤：为了使光纤较好地工作在1550nm处，人们设计出一种新的光纤，叫做色散位移光纤（DSF），这种光纤可以对色散进行补偿，使光纤的零色散从1310nm处移到1550nm附件，这种光纤又称1550nm零色散单模光纤。G653光纤是单信道、超高速传输极好的传输介质，现在这种光纤已用于通信干线，特别用于海底光缆中。但当它用于波

6、分复用多信道传输时，又会由于光纤的非线性效应而对传输信号产生干扰，特别是在色散为零的波长附近，干扰特别严重，不适用于WDM系统。G655光纤：针对G653光纤的特性，人们又研制了一种非零色散位移光纤，将光纤的零色散点移到1550nm工作区以外的1560以后或1530以前，但在1550nm处存在较少的色散，这种光纤不仅适用于现在的单波长、高速率、长距离传输，而且还可适用于将来用波分复用扩容系统的需求，又兼顾将来发展的理想传输介质。因此，G.655光纤可以用来传输单个载波上信号速率为2.5Gbit/s或10Gbit/s的WDM光

7、信号，复用的波长通道数量可达几十、几百个。5．按光纤所使用的材料按照光纤所使用的材料可分为：石英系光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤等，目前用得最多的是石英系光纤。塑料光纤是用高透明的有机玻璃制成的，它的特点是成本低，相对来说芯径较大，较大的优势是与光源的耦合率高（对于光通信来说性能好，光器件的价格在光通人中占很大部分，如果耦合效率不高，就得买功率更大的光源，而功率大和功率小的光源价格差较大），耦合进光纤的光功率大，使用方便。但由于损耗较大，带宽较小，只适用于短距离低速的光纤通信系统中。目前通信中普遍使用的是石英光纤。2.

8、2光纤传输理论一束光线从光纤的入射端面耦合进光纤时，光纤中光线的传播分两种情形：一种情形是光线始终在一个包含光纤中心轴线的平面内传播，并且一个传播周期与光纤轴线相交两次，这种光线称为子午射线，那个包含光纤轴线的固定平面称为子午面；另一种情形是光线在传播过程中不在一个固定的平面内，并且不与光