2通信线路施工与运行维护专项技术培训讲义_第二部分_光纤和光缆选读.ppt

第二部分 光纤和光缆 ; 光波－无线电波 光是人们都熟悉的一种自然物理现象，光波与通信用无线电波一样，也是一种无线电波，所不同的只是它的波长比无线电波的波长短得很多，或者说它的频率非常之高，达到1013－1014Hz。从电磁波谱图中画出了光波在电磁波谱图中的位置，而人们所能直接看到的光波，仅仅是波长从0.39μm起到0.76μm这一小段的光波，我们把它成为可见光，可见光包含七种颜色，即红、橙、黄、绿、靛、蓝、紫，这七种颜色的光波混合在一起就成为白光。 比红光波长更长的光波，即波长比0.76μm更长的光波，人的眼睛也看不到的光叫红外光。比紫光波长0.39μm更短的光波，人的眼睛也看不到，叫做紫外线。人们把紫外线、红外线和可见光都归于光波的范围内。;通信波段划分及相应传输媒介; 光通信技术发展的初期，曾用在大气传输光通信系统上的光源,氦氖激光器的波长是0.6328μm，属于可见的红光；另一种在大气传输的二氧化碳激光器的波长是10.6μm，属于不可见的近红外光波。当今用作通信传输的介质-石英光纤的低衰减“窗口”为0.6～1.6μm的波段范围，就坐落在可见的红光波段和不可见的近红外波段上。 光波和其它波长的电磁波一样，在真空中的传播速度是3.00×108m/s。光波在均匀介质中是直线传播的，在介质中的传播速度v与介质中的光折射率n成反比，即：v=c/n 式中，n为介质的光折射率；c代表光速（3.00×108m/s）。以空气为介质的光折射率接近于1。因此光在空气中的传播速度接近于3.00×108m/s。但是，石英玻璃的光折射率为1.458，所以光波在石英光纤中的传播速度（应为2.00×108m/s），要比在空气中传播的慢一些。; 光波在介质中的传播 由于石英光纤本身是一种玻璃介质，要研究光在光纤中的传播原理，首先应从物理概念上利用几何射线光学的概念来研究光在介质中传播的一些现象，然后在引伸到光在光纤中是怎样传播的。 1、光的折射与反射 光波是电磁波，所以光在空间是沿着直线传播的。但是当光遇到两种不同介质的交界面时会发生折射和反射。如图所示。; 设MM′是空气与玻璃的交界面，NN′是MM′ 面的法线，空气的光折射率n1＜n2（玻璃的光折射率），当入射光射到MM′ 面的0点时，会出现一部分光线反射回空气成为反射光，另一部分光线进入玻璃成为折射光。 光的反射服从反射定律：反射光线位于入射光线和法线NN′所决定的平面内，反射光线和入射光线分居法线的两侧，反射角φ1等于入射角φ1′。; 由于空气的折射率近似为1，所以该公式又可写成：sinφ1／ sinφ2=n2 理论和实验的研究都证明：某种媒质的折射率，等于光在真空中的速度c与光在这种媒质中的速度v之比：n=c/v 由于光在真空中的速度c大于光在任何媒质中的速度v，所以任何媒质的折射率都大于1。光从真空射入任何媒质时，入射角大于折射角。 由于光在真空里的速度跟在空气里的速度相差很小，可以认为光从空气里进入某种媒质时的折射率就是那种媒质的折射率。 根据光路的可逆性，当光线逆着原来的折射光线，以入射角r从折射率是n的媒质射入真空（或空气）的时候，折射光线就会逆着原来的入射光线，折射角等于原来的入射角i。由于r小于i，所以光从某种媒质射入真空（或空气）时，折射角大于入射角。; 光的全反射 在各种不同的媒质中，光的折射率是不同的。我们把??射率小的媒质叫做光疏媒质，把折射率大的媒质叫做光密媒质。光疏媒质和光密媒质是相对的。如水晶对水来说是光密媒质，对金刚石来说是光疏媒质。当光线从光密媒质进入光疏媒质时（例如从水进入空气时），折射角大于入射角。当入射角不断增大，折射角也跟着增大。逐渐增大光的入射角，将会看到折射光线离法线越来越远，而且越来越弱；但是，反射光线则越来越强。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线就会完全消失，只剩下反射的光线。我们称这种现象，叫做全反射。 阶跃型光纤的纤折射率分布是均匀的，它是靠全反射原理将光射线集中在纤芯中沿光纤长度方向传输。光射线在纤芯中的运行轨迹是一条和轴线相交的锯齿线。 在自然界，全反射现象是普遍的、常见的。例如，水中或玻璃中的气泡，看起来特别的明亮，皆因由于一部分射到气泡界面上的光发生了全反射的缘故。光导纤维就是利用光的全反射来进行传输光信号的，如图所示。;光线在阶跃光纤中的全反射图; 1870年,英国皇家学会演示了光在一束细水流中进行全内反射传输的现象。 ; 光纤的基本知识