文档介绍：光纤结构和类型
光纤结构
光纤类型
光纤传输原理
几何光学方法
光纤传输的波动理论
光纤传输特性
光纤色散
光纤损耗
光纤标准和应用
光缆
光缆基本要求
光缆结构和类型
光缆特性
光纤特性测量方法
损耗测量
带宽测量
色散测量
截止波长测量
第 2 章光纤和光缆
返回主目录
光纤结构和类型
光纤结构
光纤(Optical Fiber)是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。
纤芯的折射率比包层稍高,损耗比包层更低,光能量主要在纤芯内传输。
包层为光的传输提供反射面和光隔离,并起一定的机械保护作用。
设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2,光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。
光纤的外形
光纤类型
光纤种类很多,这里只讨论作为信息传输波导用的由高纯度石英(SiO2)制成的光纤。
实用光纤主要有三种基本类型,
突变型多模光纤(Step-Index Fiber, SIF)
渐变型多模光纤(Graded-Index Fiber, GIF)
单模光纤(Single-Mode Fiber, SMF)
相对于单模光纤而言,突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直径都很大,可以容纳数百个模式,所以称为多模光纤
图
(a) 突变型多模光纤; (b) 渐变型多模光纤; (c) 单模光纤
图
(a) 双包层; (b) 三角芯; (c) 椭圆芯
,这些光纤的特征如下。
双包层光纤
色散平坦光纤(DispersionFlattened Fiber, DFF)
色散移位光纤(DispersionShifted Fiber, DSF)
三角芯光纤
椭圆芯光纤双折射光纤或偏振保持光纤。
主要用途:
突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。
渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。
单模光纤用在大容量长距离的系统。
特种单模光纤大幅度提高光纤通信系统的水平
Gb/s容量的100 km的超大容量超长距离系统。
色散平坦光纤适用于波分复用系统,这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。
三角芯光纤有效面积较大,有利于提高输入光纤的光功率,增加传输距离。
偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统, 这种系统最大优点是提高接收灵敏度,增加传输距离。
光纤传输原理
分析光纤传输原理的常用方法:
几何光学法
麦克斯韦波动方程法
几何光学方法
几何光学法分析问题的两个出发点
•数值孔径
•时间延迟
通过分析光束在光纤中传播的空间分布和时间分布
几何光学法分析问题的两个角度
•突变型多模光纤
•渐变型多模光纤
图 突变型多模光纤的光线传播原理
1. 突变型多模光纤
数值孔径
为简便起见,以突变型多模光纤的交轴(子午)光线为例,进一步讨论光纤的传输条件。
设纤芯和包层折射率分别为n1和n2,空气的折射率n0=1, 纤芯中心轴线与z轴一致, 。
光线在光纤端面以小角度θ从空气入射到纤芯(n0<n1),折射角为θ1,折射后的光线在纤芯直线传播,并在纤芯与包层交界面以角度ψ1入射到包层(n1>n2)。