第2章光纤与光缆探析.ppt

第2章 光纤与光缆 (Optical Fibers and Fiber Optic Cables);光源;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 光纤在通信领域的应用 ;2.1 光纤的基本概念;芯;纤芯: 主要成分为掺杂的SiO2(99.999%)+极少量的掺杂剂(如GeO2等) ; 纤芯直径约为 8 ?m ~100 ?m。 包层: 一般为SiO2; 外径为125 ?m; 作用是把光强限制在纤芯中。 涂覆层: 主要成分是环氧树酯和硅橡胶等高分子材料; 增强光纤的柔韧性、机械强度和耐老化特性, 并起一定的机械保护作用。外径达250mm~900mm。;2.1 光纤的基本概念;光纤的分类;按传输波长分:;实用光纤的基本类型;阶跃多模光纤结构;阶跃多模光纤典型几何参数;渐变多模光纤结构;---a为折射率分布指数 ---n1为中心轴线的折射率;渐变多模光纤典型几何参数;单模光纤结构;普通单模光纤剖面：折射率分布呈阶跃型，梯度型;阶跃型单模光纤典型几何参数;SIF;2.1 光纤的基本概念;折射率分布; 掺杂成分; 掺杂量;2. 几种典型的折射率分布;三角芯光纤: 改进的色散位移光纤,适合密集波分复用和孤子通信.;3. 光纤的制造过程;Plasma Chemical Vapor Deposition;拉纤成丝：;“TS-SEED光纤技术体系”。该体系包括三步法光棒工艺（TS）、波导结构（S）与增强抗弯（E）、装备（E）、拉丝与氘化（D）等核心技术，简称TS-SEED光纤技术体系。 ;2.1 光纤的基本概念;光缆实物图;1. 光缆基本要求;光纤 缓冲管 加强芯 外套;各部分的作用：;3. 几种典型结构的光缆;12芯骨架式光缆;12芯束管式光缆;带状光缆;深海光缆;4. 光缆特性;5. 光缆型号命名方法;第一~第五项：光缆类型参数;多模光纤和单模光纤规格参数的具体表示;举例：;举例：;2.1 练习题;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 光纤在通信领域的应用 ;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;子午光线(Meridional rays), 偏斜光线(Skew rays);（1) 在SIF光纤内;根据全反射原理， 存在一个临界角(critical angle);;模间色散 ;（2）在GIF光纤内;2.2 光纤传光原理;设纤芯内平面光波k1沿r方向传播：;k1在纵向z(轴向)和横向x的投影为：;（1）界面全反射条件;考虑全反射时的相位突变;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;----导波特征方程;----横向谐振条件 ;附录：Fresnel 公式 ;附录：Fresnel 公式 ;附录：Fresnel 公式 ;3）导波模式的结论;2.2 光纤传光原理;傍轴近似下射线方程（柱坐标r,f, z);r(z)=C1sin(Az)+C2 cos(Az);r(z)=C1sin(Az)+C2 cos(Az); 出射光线--;r;由;2.2 练习题（1）;其中;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;附: Bessel函数及图像;附: Bessel函数及图像;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;2.2 光纤传光原理;附录：电磁场理论分析求解导波模式过程;Maxwell 方程组;1. Maxwell 方程组→波动方程组：E、H分离;由;光纤中折射率变化很慢，可近似认为;2.波动方程组→亥姆霍兹方程组：时、空分离;考虑单色电磁波(w)在均匀介质n中传播:;3. 亥姆霍兹方程组→波导场方程 ：纵、横分离;由;即;4. 波导场方程z分量的求解;求解波动方程;--Bessel方程;突变光纤: 取;纤芯中波具有振荡特性,要求;轴向传播常数要求满足:;定义: ;m阶Bessel函数;电场:;求出Ez、Hz后，由;得出其他分量为：;5. 光纤中的电磁场模式;光纤中的模式: ;2.2 光纤传光原理;四个最低阶模的