通信光纤与光缆研究.ppt

; 2.1　光纤的结构和分类2.1.1　光纤的结构　　光纤是用玻璃预制棒拉制成的玻璃丝，由纤芯和包层组成，如图2.1所示。; a、纤芯：直径5~75微米，折射率比包层稍高，作用传输光波。;;2.1.2　光纤的种类　　光纤的种类很多，可以用不同的方法进行分类。　　1.按照制成光纤的材料分类　　按照制成光纤的材料不同来划分有: 石英光纤（使用最普遍） 多组分玻璃光纤 液态光纤 塑料光纤;a、突变型光纤的纤芯折射率为 n1 保持不变，到包层突然变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a=50~80μm，突变型光纤又可形象地称为“阶跃型光纤”。特点是信号畸变大。突变型光纤光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，　;b、渐变型光纤在纤芯中心折射率最大为n1 ，沿径向r向外围逐渐变小，直到包层变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a为50μm，渐变型光纤由于制造上的特点，又可称为“梯度型光纤”。渐变型光纤光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。 　;c、W型光纤的折射率分布如图所示，它是在纤芯与包层之间设一缓冲层，纤芯的折射率最高为n1，缓冲层的折射率最低为n3，而包层的折射率n2介于二者之间。　　目前广泛使用的是突变型光纤和渐变型光纤。 ;图2.3　光纤的折射率剖面分布（a）突变型光纤；（b）渐变型光纤；（c）W型光纤 ;　　3.按用途分类　　按照光纤用途划分：传输光纤和有源光纤。a、有源光纤的纤芯中掺入了数百个10-6单位的稀土元素Er3++（铒）。Er3++在合适的泵浦作用下受激跃迁，使光信号获得放大。传输光纤芯层中掺有少量的Ge+4则是为了提高芯层的折射率。　; 目前在通信上使用的光纤主要有：突变型多模光纤（SIF）、渐变型多模光纤（GIF）和单模光纤（SMF）三种，如图2.4所示。 ;表2.1　三种光纤的主要区别 ;2.1.3　光纤的结构参数　　光纤是由纤芯和包层组成的，理想的光纤其纤芯和包层为同轴心的均匀圆柱体，其横断面如图2.5（a）所示，在这种情况下，光纤的纤芯直径（芯径）和包层直径（外???）可用其横断面圆的直径来表示。由于实际的光纤并不理想，总存在一点偏差，如纤芯与包层不同心、不是均匀的圆柱体等，因此对于实际的光纤，除芯径、外径之外，有必要再确定结构参数，如非圆率、偏心率等，这些参数对估算和评价光纤接续损耗都有着重要的作用。;图2.5　光纤的横断面（a）理想光纤；（b）实际光纤 ;(2－1) ;(2－3) ;(2－5) ;2.2.1　光的反射与折射　　由物理光学可知，光在均匀介质中是沿直线传播的。但是当光射到两种不同介质的交界面时，将产生反射和折射，如图2.6所示。一部分光线沿OB方向反射回介质1中，一部分光线沿OC方向折射进入介质2。反射光线和折射光线分别服从反射定律和折射定律。 ;　　1.反射定律和折射定律　　 反射定律是指反射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角i1′等于入射角i1，即 ;或 ; 2.光密介质和光疏介质　　介质的折射率表示介质的传光能力。某一介质的折射率n等于光在真空中的传播速度c与在该介质中的传播速度v之比，即 ;　　3.光的全反射　　当光线从光密介质射入光疏介质时，由于n1n2，根据折射定律，折射角i2将大于入射角i1，且当入射角i1增大时，折射角i2也随之增大，如图2.7（a）所示。　　当入射角继续增大至ic时，折射角i2=90°，此时折射光线不再进入介质2中，而在界面掠射，如图2.7（b）所示。 临界角：使折射角变为90°的入射角ic称为临界角。根据折射定律有 ;　　如果入射角大于临界角，光线就不会折射进入介质2，而是全部反射回介质1中，产生全反射，如图2.7（c）所示。 ;　　综上所述，产生全反射必须满足两个条件，即：　　（1）光线从光密介质射向光疏介质。　　（2）入射角大于临射角。 正是光具有这种属性实现了光在光纤中德传播。下面我们看一下承载要传输信号的光是怎样在光纤中传播的。;2.2.2　光在光纤中的传播 1、突变型多模光纤的导光原理　　; 与内光线入射角的临界角ic相对应，光纤入射光的入射角i有一个最大值 in。in称为光纤端面入射临界角（简称入射临界角）。 ;半锥角; 得光纤的数值孔径为：; ; ;（2－11） ;图2.9　光在渐变型光纤中的传播 ;2.2.3　光在光纤中的传播模式　　; 当 V 值减小时，模式