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光纤传输原理简介

物资技术资料

光纤传输原理简介

一、光纤简介

光纤(Fibre)是光导纤维(Optical-fibre)的简称，具有把光封闭在其中并沿轴

向进行传播的导波结构。光纤通信就是以光纤作为物理基础而发展起来的以光波为

载频、光导纤维为传输介质的一种通信方式。

二、光纤结构

光纤的典型结构是由高纯度SiO(二氧化硅)石英晶体2

构成的多层同轴圆柱体，自内向外分别为纤芯、包层;其外依次为环氧树脂或

硅橡胶构成的涂覆层及缓冲层、套塑层。

纤芯与包层中SiO晶体纯度分别为两个固定值，导致纤2

芯的折射率与包层的折射率不同;通过使纤芯折射率大于包层折射率，从而确

保光信号在光纤中以全反射方式沿光纤轴向传播;

涂覆层(厚度通常为5~40微米)的作用为增强光纤的机械强度;

缓冲层(厚度通常为100微米)的作用为布放光纤时降低外力冲击强度;

套塑层的作用是保护内层材料免受机械磨损。

下图为光纤结构及光信号传播示意图:

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,

(注意:上述描述

是针对单根光纤或

尾纤的，该封装方式

只适合在有严格路由保护措施的机房内布放使用;光传输系统的室外部份必须

采用光缆。光缆的封装方式为数根、数十根光纤纽绞或疏松地置于特制的螺旋槽聚

乙烯支架(骨架)里，外缠塑料绑带及铝皮，再用复合材料护套封装而成。一般在光

缆内心处穿以钢丝，以加强光缆抗拉性。)

根据光纤横截面上折射率的分布模式，光纤分为三大类:阶跃型光纤和梯度型

光纤、单模光纤。

阶跃型光纤的纤芯和包层折射率n、n分别为两个固定12

的值，且nn,因此属于骤变型光纤;光线主要在纤芯与包12

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层界面上反射传播(较大波长的光信号)，部分经纤芯与包层界面折射进入包层

(较小波长的光信号);随着传播路径延伸，由于短波长光信号与长波长光信号的传

播路由长度差距越来越加大，光波能量消耗的差距也越来越大。

梯度型光纤的纤芯横截面折射率分布呈关于纤芯原点对称的渐变减小模式，但

纤芯、包层折射率仍有分界;光线绝大部分在纤芯内按近似等幅正弦波的轨迹在部

以反射方式传播，从而大大降低了因光线折射进入包层导致传播路由增大而产生的

光波能量损耗。

单模光纤为阶跃型光纤的特殊衍生型，通过最大限度缩小纤芯半径并加大纤芯

与包层折射率差距，使较长波长光信号完全在纤芯内沿纵截面看按微幅折波轨迹反

射传播，由于幅度微小(趋于0)，故近似沿光纤轴线按直线传播，最大限度消除了

因光线反射造成路由增加而产生的能量损耗，而较短波长光信号则因基本折射进入

包层而随传播路径延伸被过滤消失。

上述三种光纤，梯度型及阶跃型一般用于多模光信号(近距离)传输，又称多模

光纤;单模光纤则只适合(长距离)传输单模光信号。

单模光纤的芯径小于多模光纤,由光纤外观即可看出,。

三、光信号传输原理

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1、光纤传输规律,相同条件下(即光源发光功率、纤芯及包层折射率一定)，纤

芯芯径越小衰减越小，可传输距离越远，但对光波波长的过滤作用也越强。

(注意:光纤的情况正好与电导体的情况相反，电导体截面越大，电阻越小，传

输路由上电功率衰耗越小。)

2、解释,

(一)、从机械物理学观点看

纤径越大，纤芯内单次全反射所经路径越长，导致消耗于光纤介质粒子振动的

光信号能量越大，从而当光源发光功率恒定时，传输距离越短，反之，当纤径越

小，则必然传输距离越远;(二)、以电磁场原理进行简单定性分析

光纤中电磁波的传播通过光源的高频微幅交变电磁场辐射引发光纤介质中分子

内部电子轨道同步共振变化(能量传递)，大量分子受激分别形成电场及磁场场强矢

量;磁场场强矢量为轴向(沿光纤轴向)，电场场强矢量沿截平面分布(光源与光纤呈

平面对接且同轴向，光源固定沿轴向向光纤介质辐射电磁波，磁场场强方向与光纤

轴向平行〈同向、反向交替变化〉，从而光纤中光波的电磁场场强方向分布在截平

面上仅有环形(TE波)及TE波由顺时针方向转变为反时针方向时形成的放射形分量

(TM波)两种模式，称为TEM波)两种范畴的分量;当纤径越大，则纤芯截面越大，

介质沿截平面分布的分子数量越多，则截平面场强分布面增大，场能消耗随之增