文档介绍：光纤结构、波导原理和制造
第一页，共65页。
回顾光的特性、基本的光学定律和定义
介绍光纤结构、分类、特性和射线光学解释
圆波导模式及其理论简介*
单模光纤的特性、材料以及制造工艺
光纤的几种成缆方式
主要内容
q1 < p/2 - fc
全反射中，光电场的垂直分量的相移(dN)和平行分量的相移(dp)
全反射光的相移
空气与玻璃界面
n = n1/n2
fc
q1 < p/2 - fc
fc
48
偏振态按光平面分解
垂直分量
水平分量
fc = 42度
第十五页，共65页。
回顾光的特性、基本的光学定律和定义
介绍光纤结构、分类、特性和射线光学解释
圆波导模式及其理论简介*
单模光纤的特性、材料以及制造工艺
光纤的几种成缆方式
主要内容
第十六页，共65页。
包层
纤芯
涂覆层
光纤的结构和模式
第十七页，共65页。
纤芯
1) 位置：光纤的中心部位
2) 尺寸：直径d1 = 4 mm ~ 50 mm
3) 材料：高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂(GeO2，P2O5)，
作用是提高纤芯对光的折射率(n1)，以传输光信号
纤芯
第十八页，共65页。
包层
包层
位置：位于纤芯的周围
尺寸：直径d2 = 125 mm
材料：其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。而掺杂剂(如B2O3)的作用则是适当降低包层对光的
折射率(n2)，使之略低于纤芯的折射率，即n1 ＞
n2，它使得光信号能约束在纤芯中传输
第十九页，共65页。
涂覆层
1) 位置：位于光纤的最外层
2) 尺寸： mm
3) 结构和材料：包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层
a) 一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料
b) 缓冲层一般为性能良好的填充油膏 (防水)
c) 二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物
4) 作用：保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用
第二十页，共65页。
按传输的模式数目分
单模光纤
多模光纤
按折射率的变化分
阶跃光纤
梯度光纤
ITU-T官方定义
(渐变型多模光纤)
(常规单模光纤)
(色散位移光纤)
(衰减最小光纤)
(非零色散位移光纤)
光纤的分类
第二十一页，共65页。
单模光纤和多模光纤
单模光纤(Signal Mode Fiber)：仅允许一个模式传播的光纤
多模光纤(Multiple Mode Fiber)：同时允许多个模式进行传播
在光纤的受光角内，以某一角度射入光纤端面，并能在光纤
纤芯-包层交界面上产生全反射的传播光线，就可以称为入射
光的一个传播模式
第二十二页，共65页。
单模光纤和多模光纤 (续)
一根光纤是不是单模传输，与 (1) 光纤自身的结构参数
和 (2) 光纤中传输的光波长有关。
当光纤芯径的几何尺寸远大于光波波长时，光纤传输的
过程中会存在着几十种乃至几百种传输模式，即多模传输。
反之，当光纤的几何尺寸较小，与光波长在同一数量级
时，光纤只允许一种模式在其中传播，即单模传输。
因此，对于给定波长，单模光纤的芯径要比多模光纤小。
例如，对于常用的通信波长 (1550 nm)，单模光纤芯径为8~12
mm，而多模光纤芯径 > 50 mm。
注意：芯径尺寸不是判断单模和多模光纤的标准
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单模光纤
优点：不存在模间色散，带宽大，用于长途传输
缺点：芯径小，较多模光纤而言不容易进行光耦合，需要使
用半导体激光器(LD)激励
多模光纤
优点：芯径大，容易注入光功率，可以使用发光二极管 (LED)作为光源
缺点：存在模间色散，只能用于短距离传输
单模光纤和多模光纤 (续)
模间色散：每个模式在光纤中光程不同，导致光脉冲在不同模式下的能量到达目的地的时间不同，造成脉冲展宽
第二十四页，共65页。
阶跃光纤
梯度光纤
阶跃光纤和梯度光纤
梯度光纤可以减小模间色散：沿着轴心传播的光经历的路程短
但折射率高，沿纤芯外层传播的光路程长但折射率低。
第二十五页，共65页。
ITU-T建议分类
(常规单模光纤)