光纤和光缆幻灯片演示稿.ppt

2.1 光纤结构和类型 2.1.1 光纤结构 2.1.2 光纤类型 2.2 光纤传输原理 2.2.1 几何光学方法 2.2.2 光纤传输的波动理论 2.3 光纤传输特性 2.3.1 光纤色散 2.3.2 光纤损耗 2.3.3 光纤标准和应用 2.4 光缆 2.4.1 光缆基本要求 2.4.2 光缆结构和类型 2.4.3 光缆特性 2.5 光纤特性测量方法 2.5.1 损耗测量 2.5.2 带宽测量 2.5.3 色散测量 2.5.4 截止波长测量;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n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1n2。;图2.1 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， 突变型多模光纤（Step-Index Fiber, SIF） 渐变型多模光纤（Graded-Index Fiber, GIF） 单模光纤（Single-Mode Fiber, SMF） 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; 图 2.2三种基本类型的光纤 (a) 突变型多模光纤； (b) 渐变型多模光纤； （c） 单模光纤 ; 图 2.3典型特种单模光纤 (a) 双包层； (b) 三角芯； (c) 椭圆芯 ;主要用途： 突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。 渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。 单模光纤用在大容量长距离的系统。 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10 Gb/s容量的100 km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。 偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统， 这种系统最大优点是提高接收灵敏度，增加传输距离。 ;2.2 光纤传输原理; 2.2.1 几何光学方法 几何光学法分析问题的两个出发点 ? 数值孔径 ? 时间延迟 通过分析光束在光纤中传播的空间分布和时间分布 几何光学法分析问题的两个角度 ? 突变型多模光纤 ? 渐变型多模光纤; 图 2.4 突变型多模光纤的光线传播原理; 式中，n1和n2分别为纤芯中心和包层的折射率， r和a分别为径向坐标和纤芯半径，Δ=(n1-n2)/n1为相对折射率差，g为折射率分布指数 g→∞， (r/a)→0的极限条件下，式(2.6)表示突变型多模光纤的折射率分布 g=2，n(r)按平方律(抛物线)变化，表示常规渐变型多模光纤的折射率分布。具有这种分布的光纤，不同入射角的光线会聚在中心轴线的一点上，因而脉冲展宽减小; 由于渐变型多模光纤折射率分布是径向坐标r的函数，纤芯各点数值孔径不同，所以要定义局部数值孔径NA(r)和最大数值孔径NAmax ; 式中，ρ为特定光线的位置矢量， s为从某一固定参考点起的光线长度。选用圆柱坐标(r, φ，z)，把渐变型多模光纤的子午面(r - z)示于图2.5。 如式(2.6)所示，一般光纤相对折射率差都很小，光线和中心轴线z的夹角也很小，即s