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光纤基础知识培训 主讲人 沈 震 强 日 期 * 培训内容 光纤的历史 光纤的基本性质 光纤的测试 光纤的历史 预制棒制作工艺 * * n1 n2 光纤是什么？ 内层为高折射率石英玻璃纤芯 中间为低折射率石英玻璃包层(直径？) 外层是加强用的树脂涂层 全反射的必要条件：从折射率大的介质到折射率小介质 折射率 如何导光？ 一般波长越小，折射率越大：蓝光折射率大，红光折射率小 1通信容量大 光纤通信优点 2中继距离长 3必威体育官网网址性能好 4抗电磁干扰 5体积小、重量轻、便于施工维护 6原材料来源丰富 1、公元2000多年前的“烽火台”是光通信的原始形式 2、1621年，荷兰人斯涅耳发现全反射定律 3、1870年，英国人第达尔首次验证了光可以在一个弯曲的水流中传播 4、1881年，贝尔发明光电话 5、1951年，医学上出现光导纤维镜 6、1960年，梅曼发明红宝石激光器 7、1966年，英籍华裔科学家高锟发表论文“用于光频率的绝缘纤维表面波导管” 8、1970年，康宁公司制造出第一根衰减小于20dB/km的光纤 9、1983年，在纽约和华盛顿安装了最早的城市间光纤链路 10、目前、随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大。 光纤的分类 按折射率分： 阶跃折射率光纤，梯度折射率光纤 按原材料分： 石英光纤、塑料光纤 按传输模式分： 单模光纤、多模光纤 接受角度 数值孔径 NA表明了光纤集光的能力，大NA有利于光纤对接 相对折射率 数值孔径 这个公式表明：n1和n2本身并不重要，重要的是它们的平均值和相对差。 能够在光纤内稳定传输的光波，除了要满足全反射条件，还要满足相位谐振条件。因此，光只能以一组独立的角度传播。这些具有不同传播角度的光束称为模式。传播角度越小，其级越低。 模式 LP01 LP21 LP02 LP11 归一化频率 V越大，模式数量越多 单模光纤 △=0.3% ~ 0.6%，d=8~9mm 多模光纤 △= 1% ~ 2%， d=50~60mm 对于均匀光纤来说，可用单位长度的衰减，即衰减系数a(l) 反映光纤的衰减性能的好坏。衰减系数定义为： 光纤的衰减A(?)定义为：在波长?处，光通过一段光纤上相距为L的两个横截面1和2之间的光功率差，为 衰减 一、吸收损耗 紫外吸收 红外吸收 水峰吸收：945nm，1240nm，1380nm 二、散射损耗 光纤中的缺陷会引起光的散射，破坏全反射的条件，导致部分光穿出纤芯，造成光功率的损耗。 通常是由折射率的细微变化引起的 典型的光谱衰减 三、弯曲损耗 最小弯曲半径：对于长期应用，弯曲半径超过光纤包层直径的150倍；对于短期应用，弯曲半径应超过包层直径的100倍。对于石英光纤，这两个值分别为19mm和13mm。 局限在光纤中的光能越多，光纤对弯曲的敏感性越低。 背向散射法测量光纤的衰减常数 背向散射法测得的典型曲线 光纤色散定义为在光纤中传输的光脉冲，受光纤折射率分布、 光纤 材料的色散特性、光纤中的模式分布以及光源的光谱宽度等 因素影响，出现脉冲展宽的现象。 色散的四种形式：模式色散、材料色散、波导色散、偏振模色散。 色散 模式色散 脉冲展宽的影响：40Gb/s的光纤链路要求每秒传输40×109 个脉冲，而脉冲展宽严重限制了光纤链路的比特率，因此多模光纤只能用于短距离的光纤通信 材料色散：不同波长的光在光纤中以不同的速度传播 波导色散：光在拥有不同折射率的结构——纤芯和包层中传播 材料色散和波导色散总称为波长色散、在超过1300nm时材料色散为正而波导色散参数为负。 色散系数 光纤的衰减特性及不同类型光纤的色散特性比较 测量原理——相移法，即测量不同波长的光信号通过光纤后的产生的相移量，由此算出不同波长的相对群时延，经曲线拟合和数学运算得到光纤的色散特性曲线。 色散测量 S0称为零色散斜率，l0称为零色散波长 偏振模色散（PMD）指单模光纤中的两个正交偏振模式之间的 差分群时延 测量原理——干涉法，当光纤一端用宽带光源照明时，在输出端测量电磁场的自相关函数，从而确定PMD。 偏振模色散与波长无关，偏振模色散无法完全消除 单模光纤的截止波长是指光纤的第一个高阶模截止时的波长。 对于阶跃光纤，截止波长有 截止波长 实际截止波长被定义为总功率与基模光功率之比减小到小于0.1dB时所对应的波长 测量原理——传输功率法，由随波长变化的传输功率与参考功率之比来确定截止波长 PK2200 纤芯n1 包层n2 d 测量原理——近场扫描法，在近场图上沿一经过模场中心的 直线扫描，测量出