光纤通信――原理与应用ppt课件.ppt

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1、光纤通信―原理与应用第2章光纤第2章光纤2.1光纤的基本概念2.2光纤传光原理2.3光纤特性参数2.4光纤连接方式2.5光纤在通信领域中的应用第2章光纤2.1光纤的基本概念2.1.1光纤基本结构光纤是由纤芯、包层、涂覆层和护套构成的一种同心圆柱体结构图2-1光纤结构示意图纤芯和包层由透明介质材料构成，其折射率分别为n1和n2。为了使纤芯能够远距离传光，构成光纤的必要条件是n1＞n2。2.1.2光纤分类1．按纤芯和包层材料划分可分为石英光纤和塑料光纤2．按光纤折射率分布特点划分主要分为阶跃光纤和渐变光纤3．按光波模式（即电磁波类

2、型）划分可分为多模光纤和单模光纤。多模光纤：纤芯内传输多个模式的光波，纤芯直径较大（50m左右），适用于中容量、中距离通信。单模光纤：纤芯内只传输一个最低模式的光波，纤芯直径很小（几个微米），适用于大容量、长距离通信。2.1.3光纤制造简述通信用光纤大多数由石英玻璃材料构成。光纤的制造要经历材料提纯、熔炼、拉丝、套塑等具体的工艺步骤。1．提纯工艺提纯的目的是去掉原料中的有害杂质，一般要求有害杂质的含量不得大于10−6。2．熔炼工艺熔炼的目的是将超纯的原料经过高温化学反应，合成具有一定折射率分布的预制棒。3．拉丝工艺拉丝的

3、目的是将已制作好的预制棒拉成高质量的光纤。4．套塑工艺套塑的目的是将带有涂覆层的光纤再套上一层热塑性材料，进一步增强光纤的强度。2.1.4光缆结构及类型1．光缆结构（1）缆芯光缆中包含的光纤构成缆芯。缆芯可以放在光缆的中心或非中心部位。（2）加强构件在光缆中心或外护层内加入钢丝或玻璃纤维增强塑料，用来增强光缆的拉伸强度。（3）光缆护层光缆从里到外加入一层或多层圆筒状护套，用来防止外界各种自然外力和人为外力的破坏。护套应具有防水防潮、抗弯抗扭、抗拉抗压、耐磨耐腐蚀等特点。光缆护层常用材料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯和聚酰胺。此外，

4、还有铝、钢、铅等密实的金属层用来防潮。（4）填料在缆芯与护套之间填充防潮油胶，用来阻止外界水分和潮气侵入缆芯内。（5）铠装用钢丝、钢带等坚硬金属材料做成光缆的外护套，进一步提高光缆强度，用来防鼠、防虫、防火、防外力损坏。（6）其他有些光缆内放入若干根铜导线，用做中继馈电线、监控信号线等。2．光缆类型（1）按敷设方式分类可分为架空光缆、管道光缆、直埋光缆、水下光缆（海底光缆）、室内光缆等。（2）按缆芯分类光纤束光缆：光纤与光纤之间不是固定黏结在一起的，每根光纤具有一定的位移自由。光纤带光缆：光纤带是利用黏结材料将多根光纤（带有一

5、次涂覆层）并行黏结在一起构成的一个平面排列。（3）按加强构件材料分类分为金属加强构件光缆和无金属光缆（4）按加强构件位置分类集中型加强构件：又分为层绞式光缆、骨架式光缆分布型加强构件：又称为中心管式光缆。（5）按有无铠装分类简式光缆：主要用于架空光缆、管道光缆。铠装光缆：主要用于长途干线直埋光缆。2.1.5光缆（光纤）型号命名方法光缆（光纤）型号的命名是采用一横列十三项参数来表示的。其中，第一至第五项是光缆类型参数，第六至第十二项是光纤规格参数，第十三项是附加参数。图2-3光缆型号命名方法光缆各项参数的具体意义如下：第一项光

6、缆分类代号第二项加强构件代号第三项结构特征代号第四项护套代号第五项外护层代号图2-4多模光纤和单模光纤规格参数的具体表示光缆类型举例：（1）GYFGTY－4D9/125（205）B型骨架式光纤束光缆（2）GYTS型层绞式光纤束光缆2.2光纤传光原理2.2.1光的射线理论及光纤传光分析1．光的射线理论（1）直线传播定律光线在均匀介质中总是沿直线传播的，其传播速度为v=c/nc是真空中光速，n是均匀介质折射率。（2）反射定律和折射定律光线经过两种不同介质的交界面时，会发生偏折。定律（3）全反射光线从光密介质n1射向光疏介质

7、n2时，若入射角θ1满足以下关系：θ1≥θcarcsin(n2/n1)则只有反射光，而无折射光。θc称为全反射临界角。2．光纤的两类入射光子午光线：若入射光线与光纤轴心线相交，则称为子午光线。斜射光线：若入射光线与光纤轴心线无论在光纤的入射端面上还是在光纤内部都不相交，则称为斜射光线。3．子午光线的传播分析图2-13子午光线在阶跃光纤内的传播示意图（光纤纵剖面图）（1）在阶跃光纤内子午光线在阶跃光纤内传播的基本特点：①光纤纤芯内传光路线是一系列在纤芯与包层交界面上不断反射前进的折线，这些折线与光纤轴心线相交，并且与光纤轴心线

8、共面。②若选择光纤内的光线恰好满足全反射定律，于是在光纤入射端面上的折射律公式为n0sin0=n1sin1=n1cosc在光纤内n1,n2交界面上的全反射公式为n1sinc=n2联立求解得式中，称为相对折射率差结论：当光纤端面入射角in≤0时，光纤可以传光；当光纤