《光纤通信》第2讲光纤

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1、第二讲(1)光纤Fiber7/23/20211主要内容1、本讲对光纤的结构和分类，光纤的导光原理，光纤的传输特性作一介绍。2、对于导光原理，将采用射线法进行分析。☆3、分析影响光纤传输性能的两大因素：损耗及色散。☆4、单模光纤和多模光纤。5、光缆及其制造。7/23/20212回忆一下——光基础知识1.光是一种电磁波。可见光部分波长范围是：390~760nm(毫微米).大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。光纤中应用的较多是：850nm，1310nm，1550nm三种。2.光的折射，

2、反射和全反射。因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通信就是基于以上原理而形成的。7/23/20213表中给出了一些介质的折射率。材料空气水玻璃石英钻石折射率1.0031.331

3、.52～1.891.432.42光的折射光的反射7/23/202143．光的偏振光波属于横波，即光的电磁场振动方向与传播方向垂直。如果光波的振动方向始终不变，只是光波的振幅随相位改变，这样的光称为线偏振光(完全偏振光），如下图所示，“旋光现象”。从普通光源发出的光不是偏振光，而是自然光，如下图所示。自然光在传播的过程中，由于外界的影响在各个振动方向的光强不相同，某一个振动方向的光强比其他方向占优势，这种光称为部分偏振光，如下图所示。7/23/20215光的偏振7/23/202164．光的色散如图所示

4、，当日光通过棱镜或水雾时会呈现按红橙黄绿青蓝紫顺序排列的彩色光谱。这是由于棱镜材料（玻璃）或水对不同波长（对应于不同的颜色）的光呈现的折射率n不同，从而使光的传播速度不同和折射角度不同，最终使不同颜色的光在空间上散开。7/23/20217名词解释波导waveguide：微波或光波的传输装置。能够沿着平行于其轴的路径导引电磁场能流，同时使能量包含在其内或于其表面相邻区域的任何结构。在媒质中，给定折射率的一层材料，在它的两边用较低折射率材料层加以限制，从而将波限制在较高折射率的材料里。导波guidedw

5、ave：传输媒质的分层将波的能量限制在导体中（例如：光纤、波导管）传播的方法。一种由于特有的材料特性，其能量被限制在材料的表面之间或表面附近的波。其传播方向与材料边界实际上是并行的。7/23/20218导波的形成ACB波的形成必须与自身发生相长干涉，否则波就会与自身发生相消干涉而消失；波的相位不仅在波行进时会变化，而且从介质界面反射时也要变化；因此，当波路径A-B-C时所产生的总相位移必须等于2的整数倍。7/23/20219名词解释(续)模mode:传输媒质中电磁波的一种电磁场分布样式。由与电

6、磁波传播方向垂直的平面内一种特殊的场图形所表征。光纤中的传播模是由必须满足麦克斯韦方程组和一定边界条件所决定的。混合模hybridmode:电磁波传播方向上既有电场分量又有磁场分量的传播模。一般用HE模或EH模表示。光纤中一般传输这种类型的模式。7/23/202110第一节光纤结构和分类概述：光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是15um-50um，大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8um-10um。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，

7、以使光线保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。其结构如下图：7/23/202111第一节光纤结构和分类（续）光纤的结构7/23/202112第一节光纤结构和分类（续）光纤的结构7/23/202113第一节光纤结构和分类（续）1.结构:1.1纤芯与包层:1.2外护层纤芯包层一次涂敷二次涂敷2a2b7/23/202114第一节光纤结构和分类（续）2.分类:

8、2.1按照光纤折射率分布(1)阶跃型光纤SIF也称突变型阶跃型光纤在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形突变，纤芯的折射率n1和包层的折射率n2是均匀常数。(2)渐变型光纤GIF也称梯度型渐变型光纤纤芯的折射率n1随着半径的增加而按一定规律（如平方律、双正割曲线等）逐渐减少，到纤芯与包层交界处为包层折射率n2，纤芯的折射率不是均匀常数。7/23/202115(a)阶跃分布；(b)三角分布；(c)高斯分布7/23/2021162.2按照光纤传输光波电磁场模式(1)单模光纤