光纤与光缆课件.ppt

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1、第二章光纤与光缆2.1光纤的结构和分类2.1.2光纤的种类2.2光纤的损耗与色散2.2.1光纤的损耗特性2.2.2光纤的色散特性2.3光纤的选择及制造2.3.1光纤的选择及制造2.3.2光纤的制造2.3.3命名方法2.4光纤的性质及特种光纤2.4.1机械特性及温度特性2.4.2特种光纤2.5光纤的性质及种类2.5.1结构2.5.2种类2.5.3特种光缆2.6光缆的选择及制造返回2.1光纤的结构和分类2.1.1光纤的结构光纤有不同的机构形式。目前，通信用的光纤绝大多数是用石英材料做成的横截面很小的双层同

2、心玻璃体，外层玻璃的折射率比内层稍低。折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为，直径为2a；折射率低的外围部分称为包层，其折射率为，直径为2b。它的基本结构形式如图2-1所示图2-1光纤的基本结构2b2a包层n2纤芯n122.1.2光纤的种类虽然光纤的基本结构形式如图2-1所示，但是按照折射率分布、传输模式多少、材料成分等的不同，光纤可分为很多种类，下面将有代表性的几种，简单介绍一下1.按照折射率分布来分一般可以分为阶跃型光纤和渐变型光纤两种（1）阶跃型光纤如果纤芯折射率（指数）沿半径方向保持一定，包层

3、折射率沿半径方向也保持一定，而且纤芯和包层折射率在边界处呈阶梯型变化的光纤，称为阶跃型光纤，又可称为均匀光纤。它的结构如图2-2（a）所示。（a）均匀光纤的折射率剖面分布图2-2光纤的折射率剖面分布2b2aabrn(r)n1n23如果纤芯折射率沿着半径加大而逐渐减小，而包层折射率是均匀的，这种光纤称为渐变型光纤，又称为非均匀光纤。它的结构入图2-2（b）所示。（2）渐变型光纤（b）非均匀光纤的折射率剖面分布2.1.2光纤的种类图2-2光纤的折射率剖面分布brn(r)n1n242.按照传输模式的多少来分

4、所谓模式，实际上上电磁场的一种场型结构分布形式。模式不同，其场型结构不同。根据光纤中传输模式的数量，可分为单模光纤和多模光纤。（1）单模光纤光纤中只传输单一模式时，叫做单模光纤。单模光纤的纤芯直径较小，约为4~10mm，通常，纤芯中折射率的分布认为是均匀分布的。由于单模光纤只传输基模，从而完全避免了模式色散，使传输带宽大大加宽。因此，它适用于大容量、长距离的光纤通信。单模光纤中的射线轨迹如图2-3（a）所示2.1.2光纤的种类图2-3光纤中的光线轨迹（a）单模光纤5（2）多模光纤在一定的工作波长下，可

5、以传输多模光纤的介质波导，称为多模光纤。其纤芯可以采用阶跃折射率分布，也可以采用渐变折射率分布，它们的光波传输轨迹如图2-3（b），（c）所示。多模光纤的纤芯直径约为50mm，由于模色散的存在使多模光纤的带宽变窄，但其制造、耦合、连接都比单模光纤容易。（b）多模均匀光纤（c）多模非光纤2.1.2光纤的种类63.按光纤的材料来分这种光纤的纤芯和包层是由SiO2掺有适当的杂质制成。这种光纤的损耗低，强度和可靠性较高，目前应用做广泛。（2）石英芯、塑料包层光纤这种光纤的芯子是用石英制成，包层采用硅树脂。一般

6、用钠玻璃掺有适当杂质制成。（4）塑料光纤（1）石英系光纤这种光纤的芯子和包层都由塑料制成。目前，在光纤通信中主要使用石英系光纤。因此，对于石英系的阶跃型光纤和渐变型光纤分两节来介绍，并采用射线法和波动理论法，主要分析它们的导波模式及特性。2.1.2光纤的种类（3）多成分玻璃纤维72.2光纤的损耗与色散2.2.1光纤的损耗特性光纤的传输损耗是光纤通信系统中一个非常重要的问题，低损耗是实现远距离光纤通信的前提。形成光纤损耗的原因很复杂，归结起来主要包括两大类：吸收损耗和散射损耗1.吸收损耗吸收作用是光波通

7、过光纤材料时，有一部分光能变成热能，从而造成光功率的损失。造成吸收损耗的原因很多，但都与光纤材料有关，下面主要介绍本征吸收和杂质吸收。8（1）本征吸收它是光纤基本材料（例如：纯SiO2）固有的吸收，并不是有杂质或缺陷所引起的。因此，本征吸收基本上确定了任何特定材料的吸收的下限。吸收损耗的大小与波长有关，对于SiO2石英系光纤，本征吸收有两个吸收带，一个是紫外吸收带；一个是红外吸收带。紫外区的波长范围是：6×10-3~0.39μm，它吸收的峰值在0.16附近，是在现用的光通信频段之外，但此吸收带的尾部可

8、拖到1mm，将影响到0.7~1mm的波段范围，并随着波长的增加按指数规律下降，对于掺锗的单模光纤来说，紫外吸收带的影响小于1dB/km。红外区的波长范围是0.76~300mm，对于纯SiO2的吸收峰值在9.1mm，12.5mm和21mm，吸收带的尾部可展伸1.5~1.7mm，已影响到目前使用的石英系光纤工作波长的上限，这也是波段扩展困难的原因之一。2.2光纤的损耗与色散9（2）杂质吸收它是由光纤材料的不纯净而造成的附加的吸收损耗。影响最严重的是：过渡金属