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《光纖通信 第二章 光纖和光纜.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第二章光纖2.1光纖結構和類型2.2光纖傳輸原理2.3光纖傳輸特性2.4光纜2.5光纖特性測量方法光纖結構光纖是光纖通信的物理傳輸媒質,它在長距離內具有束縛和傳輸光的作用。光纖結構纖芯：折射率比包層稍高，損耗比包層更低，光能量主要在纖芯內傳輸包層：提供反射面和光隔離、機械保護等作用，直徑約為125微米;防護層：聚酯材料構成。直徑為250微米左右。在防護層外，往往加有塑料外套。主要成分纖心：SiO2+GeO2/P2O5包層：SiO2+B2O3/F光纖結構（續(xù)）設纖芯折射率n1；包層折射率n2纖芯和包層的相對折射率差△=（n1-n2）/n1單模光纖△為0.3%～0.6%；多模光纖為
2、1%～2%△的物理意義：△越大，纖芯的束光能力越強，但信息傳輸容量越小。光纖類型突變型多模光纖漸變型多模光纖單模光纖突變光纖漸變光纖單模光纖纖芯包層折射率突變漸變突變/漸變直徑（2a）50～80μm50μm8～10μm光傳播線路折線曲線直線信號畸變大小很小帶寬距離積10～20MHz·km1～2GHz·km_可容納模式個數(shù)數(shù)百個數(shù)百個一個用途小容量8Mb/s短距離幾千米中等容量34～140Mb/s中等距離10～20km大容量622Mb/s～2.5Gb/s長距離30km以上圖2.2三種基本類型的光纖(a)突變型多模光纖；(b)漸變型多模光纖；（c）單模光纖漸變光纖的折射率分布(2
3、)：折射率變化參數(shù)，2折射率分布為拋物線分布；∞階躍光纖：纖芯半徑：光纖中任意一點到中心距離：漸變折射率光纖的相對折射率差單模光纖雙包層光纖可設計得到1.3～1.6μm之間色散變化很小的色散平坦光纖DFF（Dispersion-FlattenedFiber）可設計得在1.55μm處零色散的色散移位光纖DSF（Dispersion-ShiftedFiber）三角芯光纖改進的色散移位光纖，在1.55μm處有微量色散。適合于密集波分復用和孤子傳輸?shù)拈L距離系統(tǒng)，是一種非零色散光纖。橢圓芯光纖具有雙折射特性（兩個正交偏振模的傳輸常數(shù)不同），雙折射光纖，或偏振保持光纖圖2.3典型特種單模光
4、纖(a)雙包層；(b)三角芯；(c)橢圓芯單模光纖2.2光纖傳輸原理光是一種電磁波，具有波粒二象性幾何光學理論是把光看作射線，引用幾何光學中反射和折射原理解釋光在光纖中傳播的物理現(xiàn)象（粒子性的應用，適用于傳播空間幾何尺寸遠大于光波長）波動光學理論則把光波當作電磁波，把光纖看作光波導，用電磁波分布的模式來解釋光在光纖中的傳播現(xiàn)象（波動特性的應用）幾何光學原理簡單，具體，直觀，多數(shù)問題的分析結果也是正確的，但在處理一些復雜的問題時，還需要波動光學理論來分析光在光纖中的幾何傳輸光在均勻介質中沿著直線傳播；但在介質的分界面發(fā)生反射和折射現(xiàn)象；入射角、反射角和折射角之間的關系(反射、折
5、射定律)：介質界面上的反射和全反射介質界面的反射和折射成為全反射的臨界角全反射現(xiàn)象：不同種類光纖中光的傳輸階躍型光纖中的光傳輸漸變型光纖中的光傳輸子午光線、斜射光線的概念光纖的數(shù)值孔徑NA數(shù)值孔徑：從空氣中入射到光纖纖芯端面上的光線被光纖捕獲成為束縛光線的最大入射角，記為NA。NA越大：光纖捕捉光線的能力越強，光纖與光源之間的耦合效率就越高；信號畸變越大，限制信息傳輸容量其中?為階躍光纖纖芯和包層的相對折射率差。時間延遲入射角為θ的光線在長度為L(ox)的光纖中傳輸，所經(jīng)歷的路程為l(oy)，在θ不大的條件下，其傳播時間即時間延遲為式中c為真空中的光速。由式(2.4)得到最大入
6、射角(θ=θc)和最小入射角(θ=0)的光線之間時間延遲差近似為時間延遲這種時間延遲差在時域產(chǎn)生脈沖展寬，或稱為信號畸變。由此可見，突變型多模光纖的信號畸變是由于不同入射角的光線經(jīng)光纖傳輸后，其時間延遲不同而產(chǎn)生的。光的波動性光是電磁波，具有波動性，會產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射、吸收、偏振、損耗等。設波的傳播方向為Z方向，若Ez分量為0，而Hz分量不為0，這種波為模電波(TE)；若Hz分量為0，而Ez分量不為0，這種波為模磁波(TM)。實際上，大部分光纖中的模式Ez或Hz分量不為0，因而是一種混合模，分為EH模和HE模。沿Z軸傳播的電磁波模式光纖模式是滿足邊界條件的電磁場波動方
7、程的解，也就是電磁場的穩(wěn)態(tài)分布。這種空間分布在傳播過程中只有相位的變化，沒有形狀的變化，且始終滿足邊界條件，每一種這樣的分布對應一種模式。一個模式由它的傳播常數(shù)?唯一決定，k為自由空間的波數(shù)模式進入光纖的光分解成稱為各種“模式”的離散光束，模式是在光纖內部存在的穩(wěn)定的電磁場模型每個模式可認為是以特定傳播角傳播的一個獨立光束。完全沿著光纖中心軸線傳播的模式成為“基?！保荒Ｊ降膫鞑ソ嵌仍酱?，它的級就越高；只支持一個模式（基模）的光纖稱為單模光纖可支持多個模式的光纖成為多模光纖描述光纖模式的參數(shù)模
