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第一章 光纤的基本理论 1. 光线结构 纤芯、包层、涂覆层 2. 纤芯和包层的作用 纤芯：位于光纤中心，直径2a为5～75μm, 作用是传输光波 包层：位于纤芯外层，直径2b为100～150μm,作用是将光波限制在纤芯中 纤芯和包层即组成裸光纤，两者采用高纯度二氧化硅（SiO ）制成 2 3. 阶跃光纤纤芯折射率和包层折射率的定性关 阶跃型：纤芯折射率为常数n1，包层折射率为常数n2,且n1n2,纤芯和包层相对折射率差Δ为1%～2% 渐变型：纤芯折射率在中心处为常数n1，随着半径的增大而逐渐减小，在纤芯和包层界面处减小至n2， 包层折射率为常数n2 4. 按照支持的模式数量对光纤进行分类 模式：通常将光波信号在光纤中的电磁场分布图称为 “模式” P21 图1-11 单模光纤在给定的工作波长上只传输单一基模。在单模光纤中光线沿着平行于纤芯轴线的方向传播 2b=125μm 2a 10 μm 多模光纤纤芯内传输多个模式的光波。在多模光纤中光线在纤芯和包层的界面来回全反射曲折向前传 播，不同模式沿不同的路径传播 2b=125μm 2a =50 μm, 62.5 μm 5. 对光纤中传输的光采用射线光学分析法的前提：光纤尺寸与光波长的定性关 射线光学理论：当光波导尺寸远大于光波长时，可忽略光波长用光射线代表光能量传输路线的方法 波动光学理论：求解满足边界条件的麦克斯韦方程组的光场 6. 阶跃光纤的子午光线传输路径（以最大入射角为临界角分析各种情况） 1.入射角 = 最大入射角 2.入射角 最大入射角 3.入射角 最大入射角 阶跃光纤的子午光线 7. 数值孔径的定义，计算，及其与光纤聚光能力、模式色散的定性关 NA越大，光纤的集光能力越强 相对折射率差 Δ越大，光纤的集光能力越强 （四）最大群时延差 Δ越大，模式色散越大， 限制光纤传输带宽 8. 渐变折射率光纤对阶跃光纤的哪个缺点进行了改善（减小了模式色散） 与阶跃型光纤比较 1. 同样的入射角，传输路径变短（入射角为零除外），从而减小最大群时延差 2.离轴心越远，传播速度越快（v=c/n）,进一步减小最大群时延差 （ 适当选择折射率分布，可以使不同入射角的光线有大致相等的光程 不同模式的光波呈现周期性的重新汇聚 只有特定入射角的光波才会在光纤中传递能量 光场在纤芯内服从贝塞尔函数振荡传播 光场在包层中服从第二类修正贝塞尔函数迅速衰减 ） 9. 阶跃光纤的归一化频率的计算 归一化径向相位常数U： 归一化径向衰减常数W： 光纤归一化频率V： 10. 单模传播条件：从光纤归一化频率角度分析 LP 模式单模传输 01 11. 光纤中某个传播模式能在光纤中传导的条件，即入射光波频率与该模式对于的频率截止频率的定性关 系。 结论1：对于某一光纤，每个模式都有一个相应的截止频率，当 结论2：对于某一光纤，每个模式都有一个相应的截止波长，当光波波长小于截止波长λλ时，该模 c 式可传输 结论3：光纤的芯径越大，纤芯的折射率越大，相对折射率差越大，工作频率越高，支持的传输模式数量越多 12. 光纤的损耗特性对光纤通信系统的影响 光纤对光波产生的衰减作用称为光纤的损耗 13. 损耗系数的定义和计算 损耗系数定义为单位长度（km）光纤引起的光功率衰减 14. 光纤的三个低损耗窗口分别位于哪个波段850nm、1310nm、1550nm 15. 光纤的色散分类及光纤色散对光纤通信系统的影响 光纤的色散是在光纤中传输的光信号随传输距离增加，由于不同频率成分或不同传播模式的光传输时 延不同引起的脉冲展宽的物理效应 色散主要影响系统的传输容量，也对中继距离有影响 模式色散在光纤中同一波长光波（速度相等）由于传播模式不同使得光程不同，不同模式到达时 间不