第5章 信息传输材料.ppt

高 锟于1966年解决了石英光纤损耗的理论问题 光纤的结构示意图 光纤的结构 光纤是一种纤芯折射率比包层折射率高的同轴园柱形电介质波导。纤芯与包层的相对折射率Δ = 0.01 ~ 0.02。 对于石英光纤，纤芯是参杂GeO2的高纯SiO2 （99.999%) 光纤的结构 1 光缆 光纤常用单位和使用光谱 光纤通信中常用单位的定义： 1. dB = 10 log10 ( Pout / Pin ) Pout :输出功率 ; Pin :输入功率 2. dBm = 10 log10 ( P / 1mw) 是通信工程中广泛使用的单位；通常表示以1毫瓦为参考的光功率； 3）子午光线的传播 通过光纤中心轴的任何平面都称为子午面，位于子午面内的光线被称为子午线。 子午光线传播的条件是入射到纤芯和包层分界面上的入射角应满足全反射条件，由于子午光线在光纤中传播的轨迹是一条平面折线，所以光线在光纤中经过的路程长度（称为光路）一般都大于光纤的长度。子午光纤在光纤中传播的光路长度与纤芯直径无关，仅取决于光线在入射端面上的入射角φ、光纤所处媒质的折射率n0和光纤纤芯的折射率n1；全反射次数除与上述参数有关外，还有纤芯直径成反比。 4) 光纤的特性参数 相对折射率差 指光纤中心轴材料和包层内壁材料的折射率的相对差值。表征了光被约束在光纤中的难易程度。相对折射率越大，越容易将传播光约束在纤芯中。 光纤通信中所用的光纤，一般纤芯的折射率n1略大于包层的折射率n2，相对折射率差小于1%）。 受光角 通常把允许的最大入射角的2倍称为受光角，可由纤芯和包层界面的全反射条件求出。 数值孔径 光纤的数值孔径表示光纤接收入射光的能力。越大，则光纤接收光的能力也越强，太大时，光纤的模畸变加大，会影响光纤的带宽。 折射率分布函数 指光纤横截面上折射率分布分布。 光纤的数值孔径 – 阶跃光纤 四、光纤通信发展阶段 第一阶段（1966～1976年），从基础研究到商业应用的开发时期，实现了短波长（0.85 μm ）低速率（45或34Mb/s）多模光纤通信系统，无中继距离约10km； 第二阶段（1976～1986年），大发展时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长发展到长波长（1.31和1.55 μm ）,实现了1.31μm、传输速率140～565Mb/s的单模光纤传输系统（PDH） ，其无中继距离为50～100km； 第三阶段（1986年～），全面深入开展新技术研究，实现了1.55 μm单模光纤通信系统（SDH） ，速率达2.5－10Gb/s,无中继距离为100～150km；1996年后，研发波分复用光纤通信系统，每波长传输速率10或40G及光波网络。 单模光纤和多模光纤 单模光纤和多模光纤 (续) 多模光缆 62.5微米最为常用 典型距离为8公里 用于: 闭路电视 广播 数据传输 带宽为50-500 MHz-km 单模光缆 无限带宽 8 至 10 微米 典型距离超过8公里 用于: 长途通讯 长途电视信号传输 长途多路广播 长途数据传输 比电传输更便宜 光纤损耗产生的原因 吸收损耗 本征吸收 紫外本征吸收（电子越迁） 红外本征吸收（分子振动） 杂质吸收（OH-） 散射损耗（瑞利散射） 被覆层效应 弯曲损耗（微弯损耗） 散射损耗 由于下列原因，光信号会损耗: 光缆中的分子不均匀 光缆的光学纯度不高 吸收损耗 光缆中的杂质会吸收光的能量 界面品质引起的损耗 光缆内核与覆层之间的不均匀会引起如图所示的损耗 弯曲损耗 光纤的弯曲会造成损耗 光穿越叠层 光损耗与波长 损耗计量： 分贝/公里 与波长有关 单模损失较小 波长常被称作窗口 光谱中红外部分的影响 主要制棒工艺： 属化学气相工艺法的有：改进的化学气相沉积法（MCVD, modified chemical vapor deposition）；等离子体激活化学气相沉积法（PCVD, plasma activated chemical vapor deposition）；轴向气相沉积法（VAD, vapor phase axial deposition）；外气相沉积法（OVD, outside vapor phase deposition）。 属非气相工艺的方法有：多组分玻璃熔融法；溶胶-凝胶（Sol - Gel）法；机械成型法（mchanical shaped perform）。 光纤种类及制备 (1) 高纯度石英(SiO2)玻璃纤维。 这种材料的光损耗比较小，在波长λ＝1.2μm时、最低损耗约为0.