中职 通信技术基础 课件 03.ppt

图3.7 均匀光纤中的光射线 图3.7 均匀光纤中的光射线 光在均匀光纤中的传播 均匀光纤是指纤芯的折射律n1为一常数的光纤，相当于光线在一均匀介质中传输。 当从光源输出的光通过光纤端面进入光纤时，入射在光纤端面上的光，其中一部分是不能进入光纤的，而能进入光纤端面的光，也不一定能在光纤中传播，只有符合某一特定条件的光才能在光纤内发生全反射而传播到远方，此时光从低折射率到高折射率介质传播，所以入射角θ1总是大于折射角θ2。要使光线在光纤中发生全反射而实现远距离传输，则在光纤中的最大折射角.θ2。要使光线在光纤中发生全反射而实现远距离传输，则在光纤中的最大折射角，根据折射定理： ，根据折射定理： ， 因为从空气中射入光纤，所以, 所以得 将的正弦函数定义为光纤的数值孔径，用“NA”表示。则 其中 ， 称为相对折射率差。 数值孔径NA是用来计量光纤接收光能量的重要参数。 ， 2.光在非均匀光纤中的传播 非均匀光纤中的折射率n1沿半径r的方向是变化的，随r的增加而按一定规律减小，即n1是r的函数。在轴线处，即光纤纤芯处，折射率最高，随半径的增大而逐渐减小，此时，可把纤芯分割成无数个小同心圆，每两个圆之间的折射率可以看作是均匀的，那么光在介质中传播时，将不断发生折射，形成正弦波的轨迹，如下图所示。 3.2.3? 多模光纤与单模光纤的概念 按传输光波的模式不同，又可分为多模光纤和单模光纤。 11.多模光纤 纤芯内传输多个模式的光波，也就是说这种光纤允许多个传导模通过。多模光纤适用于几十Mbps到100 Mbps的码元速率，传输距离是10到100Km左右。 多模光纤可以分为阶跃型多模光纤和渐变型多模光纤。阶跃型多模光纤结构最为简单，制造工艺易于实现，是光纤研究的初期产品。 12.单模光纤 纤芯中只能传输光的基模，不存在模间时延差，因而具有比多模光纤大得多的带宽。单模光纤主要用于传送距离很长的主干线及国际长途通信系统，速率为几个Gdps.由于价格的下降以及对比特传输率的要求不断提高，单模光纤也被用于原来使用多模光纤的系统。 单模光纤的外径是125μm，它的芯径一般为8-10μm，目前用得最多的1.31μm单模光纤芯部的最大相对折射率差为0.3-0.4%。 光纤的分类以及主要性能特点，归纳于表3-1中。 CCITT G.651、G.652建议分别对渐变型多模光纤和1.31μm单模光纤的主要参数作了规定，见表3-2和表3-3。 3.2.4?????? 光缆与光纤的连接 1． 1.光缆的结构 在实际通信线路中，往往将多根光纤制成不同结构形式的光缆。根据不同用途和不同环境条件，光缆的形式很多，但不论其结构形式如何，都是由缆芯、加强元件和护套组成。 缆芯由光纤芯线组成，一般分为单芯和多芯两种，主要完成传输信息的任务。 加强元件是用来增强光缆的抗拉强度，通常采用铜丝或非金属的合成纤维。 护层主要是对已形成缆的纤芯线起保护作用。常用的光缆结构如图3.11所示。 2．光纤的连接 光纤的连接有两种，即固定连接和活动连接。 （1）固定连接：有熔接法和粘接法等不同的工艺，它们一般用于光纤线路上光纤与光纤的连接，这种接头常称为死接头。 （2）活动连接：主要依靠光纤连接器来完成，是一种可以拆卸的接续，一般用于机与线或机与机之间的连接，这种接头常称为活接头。光纤连接是必不可少的，但不能因此而影响整个光纤通信系统的传输质量。 （3）对光纤连接的根本要求是：附加损耗低，机械强度高，可靠性好，便于安装维修。 3.2.5 光纤的传输特性： 一.光纤的损耗特性 ： 光波在光纤中传输，随着传输距离的增加而光功率逐渐下降，这就是光纤的传播损耗。光纤每单位长度的损耗，直接关系到光纤通信系统传输距离的长短。 1.吸收损耗：光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能,造成光功率的损失。 造成吸收损耗的原因很多，但都与光纤材料有关，下面主要介绍本征吸收与杂质吸收。 （1）本征吸收：它是光纤基础材料（如SiO2）固有的吸收，并不是杂质或缺陷所引起的，因此，本征吸收基本上确定了某一种材料吸收损耗的下限。 （2）杂质吸收：它是由于光纤材料的不纯净而造成的附加吸收损耗。这些不纯成分，就会使传输产生很大的损耗。 2.散射损耗：是由于光纤的材料、形状、折射率分布等的缺陷或不 均匀，使光纤中传导的光发生色散，由此产生的损耗为散射损耗。 ⑴瑞利散射：它属于光纤的本征散射损耗。这种散射是由于光纤材料的折射率随机性变化而引起。它的大小与光波长的四次方成反比。 ⑵结构缺陷散射：在光纤制造过程中，由