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本科光纤通信第2章
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
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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
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