第2章光纤和光缆04级ppt课件.ppt

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1、第2章光纤和光缆2.1光纤结构和类型2.2光纤传输原理2.3光纤传输特性2.4光缆2.5光纤特性测量方法2.1光纤结构和类型光波导的基本概念导波光：受到约束的光波光波导：约束光波传输的媒介介质光波导三要素：“芯/包”结构凸形折射率分布，n1>n2图2.1示出光纤的外形。－Δ越大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，但信息传输容量却越小。园柱波导:光导纤维强度元件内护层緘光纤缆芯外护层单模：8~10mm多模：50mm125mm纤芯包层涂覆层护套层d2a2bnrtAitAi横截面折射率分布输入脉冲光线传输路径输出脉冲2a2bnrtAitAi2b2anrtAitAi光纤类型及特征A

2、BCA：为突变型多模光纤B：为渐变型多模光纤C：为单模光纤说明：突变型多模光纤一般纤芯直径2a＝50－80m光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传输信号畸变大渐变型多模光纤一般纤芯直径2a为50m光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传输信号畸变小单模光纤纤芯直径2a为8－10m，只能传输一个模式，称为单模光纤光线以直线形状沿纤芯轴线方向传输信号畸变很小突变型和渐变型光纤纤芯直径大，可容纳多个传输模式，称为多模光纤特种单模光纤双包层光纤如图2.3(a)所示，这种光纤有两个包层，内包层外直径2a′与纤芯直径2a的比值a′/a≤2。适当选取纤芯、外包层和内包层的折射率n1、n2

3、和n3，调整a值，可以得到在1.3－1.6μm之间色散变化很小的色散平坦光纤，或把零色散波长移到1.55μm的色散移位光纤。2a’,2a,n1n2n3(a)特种光纤（三角芯光纤）三角芯光纤如图2.3(b)所示，纤芯折射率分布呈三角形，这是一种改进的色散移位光纤。这种光纤在1.55μm有微量色散，有效面积较大，适合于密集波分复用和孤子传输的长距离系统使用，康宁公司称它为长距离系统光纤，这是一种非零色散光纤。(b)用途突变型多模光纤：信号畸变大，相应的带宽只有10－20MHz·km，只能用于小容量（8Mb/s以下）短距离（几km以内）系统。渐变型多模光纤：带宽可达1－2GH

4、z·km，适用于中等容量（34－140Mb/s）中等距离（10－20km）系统。单模光纤用于大容量（565Mb/s－2.5Gb/s）长距离(30km以上)系统。特种单模光纤大幅度提高光纤通信系统的水平：1.55μm色散移位光纤实现了10Gb/s容量的100km的超大容量超长距离系统。色散平坦光纤适用于波分复用系统，这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。三角芯光纤有效面积较大，有利于提高输入光纤的光功率，增加传输距离2.2光纤传输原理光纤传输研究方法研究光线在光纤中的传输原理，有几何光学方法和波动光学方法分析思路λ《d几何光学研究内容子午平面/子午光线－与光轴相交的平面

5、为子午平面－限制在子午平面内传播的光线为子午光线突变型多模光纤－数值孔径－时间延迟渐变型多模光纤光线轨迹自聚焦效应时间延迟子午平面突变型多模光纤1）改变角度θ，不同θ相应的光线将在纤芯与包层交界面发生反射或折射（如图）。2）根据全反射原理，存在一个临界角θc当θ<θc时，相应的光线将在交界面发生全反射而返回纤芯，并以折线的形状向前传播，如光线1。时间延迟yq1lLxo纤芯n1包层n2zy112光线2在长度为L的光纤中传输，所经历的路程为l在θ不大的条件下，其传播时间为：对光线1有：最大时间延迟：小结NA：表征光纤的集光能力，NA越大，最大接收角越大光纤的集光能力越强。最

6、大时延差影响光纤的容量，最大时延差越大，模间色散越大，光纤的容量越小。Δ越大，NA越大Δτm越大，容量越小子午光线：突变型多模光纤折射率分布:n1n2光线轨迹:限制在子午平面内传播的锯齿形折线。光纤端面投影线是过园心交于纤壁的直线。－数值孔径:定义光纤数值孔径NA为入射媒质折射率与最大入射角的正弦值之积,即相对折射率差:最大时延差：－导光条件：续：一些参数典型值对于1km光纤，上述参数下，脉冲展宽传送带宽渐变折射率分布：表示突变型多模光纤g=2时，折射率分布为抛物线光线轨迹:限制在子午平面内传播的周期曲线。轨迹曲线在光纤端面投影线仍是过园心的直线，但一般不与纤壁相交。局

7、部数值孔径:定义局部数值孔径NA(r)为入射点媒质折射率与该点最大入射角的正弦值之积,即最大数值孔径：导光条件:子午光线：渐变型多模光纤射线方程用几何光学方法分析渐变型多模光纤要求解射线方程为光线的位置矢量，S为从某一固定参考点起的光线长度射线方程的物理意义：将光线轨迹(由描述)和空间折射率分布(n)联系起来;由设射线方程可以直接求出光线轨迹表达式;d/dS是光线切向斜率,对于均匀波导，n为常数,光线以直线形式传播;对于渐变波导,n是的函数,则d/dS为一变量,这表明光线将发生弯曲。而且可以证明,光线总是向折射率高的区域弯曲▽圆