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1、第二章光纖和光纜2.1光纖結(jié)構(gòu)與類型2.2光纖傳輸原理2.3光纖傳輸特性2.4單模光纖進展和應(yīng)用2.5光纜光纖(OpticalFiber，OF)的結(jié)構(gòu)光纖是一種纖芯折射率比包層折射率高的同軸圓柱形電介質(zhì)波導(dǎo).光纖的分類1.按照截面上折射率分布的不同2.按光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量階躍多模、漸變多模和階躍單模光纖的特性比較3.按光纖的工作波長短波長光纖（850nm）短波長的多模光纖主要用于短距離市話中繼和專用通信網(wǎng)絡(luò)等；長波長光纖（1310nm和1550nm）長波長的單模光纖主要用于干線傳輸。4.按材料分類玻璃光纖：纖芯與包層都是玻璃，損耗小，傳輸距離長，成本高；膠套硅光纖：纖芯是玻璃，包層為塑
2、料，特性同玻璃光纖差不多，成本較低；塑料光纖：纖芯與包層都是塑料，損耗大，傳輸距離很短，價格很低。多用于家電、音響，以及短距的圖像傳輸。5.按照ITU-T關(guān)于光纖類型的建議多模光纖(G.651)普通單模光纖(G.652)色散移位光纖(G.653)在1.55?m衰減最小的光纖（G.654）非零色散移位光纖（G.655）色散補償光纖全波光纖（G.656）接入網(wǎng)用光纖(G.657)石英光纖制造過程①制作光纖預(yù)制棒②拉絲MCVD法制作光纖預(yù)制棒示意圖光纖拉絲裝置在鼓上的光纖制作方法視頻光纖傳輸原理波動理論---單模和多模光纖光射線理論---多模光纖復(fù)習(xí)光的本質(zhì)波動性粒子性光波從折射率較大的介質(zhì)以
3、三種不同的入射角進入折射率較小的介質(zhì)Snell定律和全反射關(guān)注的問題主要是光束在光纖中傳播的空間分布和時間分布，并由此得到數(shù)值孔徑和時間延遲的概念。以階躍多模光纖為例光射線理論光纖中光線的種類子午射線斜射線（螺旋光線）光纖軸線子午面子午射線在階躍型多模光纖中的傳播光纖傳輸---全反射條件傳輸條件1.全反射條件2.相干加強條件對于特定的光纖結(jié)構(gòu)，只有滿足一定條件的電磁波可以在光纖中進行有效的傳輸。這些特定的電磁波稱為光纖模式。定義數(shù)值孔徑（NA，NumericalAperture）纖芯與包層相對折射率差CCITT建議光纖的NA取值范圍為0.18～0.23。僅用于子午光線例設(shè)Δ=0.01，n
4、1=1.5,求NA和αmax?光線以法線和斜射入射時在纖芯內(nèi)以不同的路經(jīng)傳輸思考：光纖彎曲時，光線是否還能沿光纖傳播呢？例如把1km光纖繞在直徑約10cm的圓筒上，所增加的光能損耗只有萬分之幾，可以忽略不計。時間延遲入射角為α的光線在長度為L(OA)的光纖中傳輸，所經(jīng)歷的路程為l(OB)，在α不大的條件下，其傳播時間即時間延遲為最大入射角和最小入射角的光線之間時間延遲差近似為這種時間延遲差在時域產(chǎn)生脈沖展寬，或稱為信號畸變。子午射線在漸變型多模光纖中的傳播漸變型光纖的折射率分布γ是折射率光柵系數(shù)對于階躍型光纖，γ=∞；對于漸變型光纖，γ=2；對于三角分布型光纖，γ=1。漸變型光纖中的傳播
5、軌跡思考：光線1和光線2是否同時到達O’呢？設(shè)想光纖由折射率恒定不變的許多同軸圓柱薄層組成。漸變型多模光纖的優(yōu)點減小脈沖展寬（除子午光線外，還有斜射光線的影響）光射線分析法特點可直觀地對光纖的傳光原理進行解釋，易于理解，但其本質(zhì)上是一種近似分析方法，只能定性地解釋光纖的傳光原理，并不能作為定量的分析依據(jù)。光纖的波動傳輸理論波動理論的嚴格性：1.從光波的本質(zhì)特性---電磁波出發(fā)，通過求解電磁波所遵從麥克斯韋方程，導(dǎo)出電磁場的場分布，具有理論上的嚴謹性；2.未作任何前提近似，因此適用于各種折射率分布的單模光纖和多模光纖。復(fù)習(xí)最簡單的行波是正弦波， 沿z方向傳輸?shù)臄?shù)學(xué)表達式為時變電磁場以相同角
6、頻率和傳輸常數(shù)同時相互正交存在。也可用指數(shù)形式描述行波波的相速度（波速）波相位平面波的波前 是與傳播方向正交的平面電磁波種類、波前、波矢量波矢量k是波前表面P點的法線，它代表波從P點傳播的方向。圖1.2.7沿z軸傳播的高斯光束(如激光器輸出)從麥克斯韋方程出發(fā)，結(jié)合具體的邊界條件及初始條件，可定量地研究光的各種傳播特性。麥克斯韋方程組及物質(zhì)方程無源無損耗介質(zhì)直角坐標系下的哈密頓算符波動方程設(shè)光波具有簡諧振蕩形式，即與時間t的函數(shù)關(guān)系有，用K0是自由空間中光傳播的相位常數(shù)。光波電磁場各分量之間的關(guān)系以直角坐標系討論圓柱坐標與直角坐標的關(guān)系復(fù)習(xí)結(jié)束式中，E和H分別為電場和磁場在直角坐標中的
7、任一分量。選用圓柱坐標(r，φ，z)，使z軸與光纖中心軸線一致，如圖所示。將式(1)在圓柱坐標中展開，得到電場的z分量Ez的波動方程為(1)(2)(3)1.波動方程和電磁場表達式如何求Ez和Hz?（分離變量法）把Ez(r,φ,z)分解為Ez(r)、Ez(φ)和Ez(z)。設(shè)光沿光纖軸向(z軸)傳輸，其傳輸常數(shù)為β，則Ez(z)應(yīng)為exp(-jβz)。由于光纖的圓對稱性，Ez(φ)應(yīng)為方位角φ的周期函數(shù)，設(shè)為exp(jvφ)，v為整
