本科光纤通信第2章.pdf

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 返回主目录 第 2 章 光纤和光缆 2.1光纤结构和类型　 2.1.1光纤结构 光纤（Optical Fiber ）是由中心的纤芯和外围的包层同轴 组成的圆柱形细丝。纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层 更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输 提供反射面和光隔离， 并起一定的机械保护作用。设纤 芯和包层的折射率分别为n 和n ，光能量在光纤中传输的必要 1 2 条件是n n 。纤芯和包层的相对折射率差Δ= （n -n ）/n 的 1 2 1 2 1 典型值，一般单模光纤为0.3%~0.6% ， 多模光纤为1%~2%。 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。 包层 n 2 纤芯 n 1 图2.1 示出光纤的外形。 2.1.2光纤类型　 光纤种类很多，这里只讨论作为信息传输波导用的由高纯 度石英（SiO2 ）制成的光纤。实用光纤主要有三种基本类型， 图2.2示出其横截面的结构和折射率分布，光线在纤芯传播的 路径，以及由于色散引起的输出脉冲相对于输入脉冲的畸变。 这些光纤的主要特征如下。　　 突变型多模光纤（Step　Index Fiber, SIF ）如图2.2(a) ， 纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2 。这种光纤一般 纤芯直径2a=50~80 μm ，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向 传播，特点是信号畸变大。　 渐变型多模光纤（ Graded　Index Fiber, GIF ）如图 2.2(b) ， 在纤芯中心折射率最大为n ，沿径向r 向外围逐渐变 1 小，直到包层变为n 。这种光纤一般纤芯直径2a为50 μm ，光 2 线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。 模光纤（Single　Mode Fiber, SMF ）如图2.2 (c) ，折射率 分布和突变型光纤相似，纤芯直径只有8~10 μm ，光线以直 线形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光纤只能传输一 个模式（两个偏振态简并），所以称为单模光纤，其信号畸 变很小。　 相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯 直径都很大，可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤。渐 变型多模光纤和单模光纤，包层外径2b都选用125 μm 。 横截面 折射率分布 输入脉冲 光线传播路径 输出脉冲 r