西安邮电大学通信与信息工程学院光纤通信技术课件 第二章.pptVIP

麦克斯韦方程及波动方程 麦克斯韦方程及波动方程 均匀光纤中的标量场方程 均匀光纤中的标量场方程 均匀光纤中的标量场方程 均匀光纤中的标量场方程及标量解 均匀光纤中的标量场方程及标量解 均匀光纤中的标量解 均匀光纤中的标量解 三、重要结论 模式：波导中允许存在的一种场结构形式，这种场结构形式既满足麦氏方程组也满足电磁场的边界条件，它的传输常数β和波导尺寸之间的关系由特征方程式给出。即每一个传输常数对应着一种可能的光场分布。(一个模式由β唯一确定。) 每一个模式对应沿光波导轴向传播的一种电磁波； 每一个模式对应于某一本征值并满足全部边界条件； 模式具有确定的相速群速和横场分布； 模式是波导结构的固有电磁共振属性的表征。给定的波导中能够存在的模式及其性质是已确定了的，外界激励源只能激励起光波导中允许存在的模式而不会改变模式的固有性质。 导模的传输条件： LP模（Linearly Polarized Mode） 光纤损耗的种类 光纤的损耗谱 光纤的典型损耗特性 850nm 3dB/km 1310nm 0.3~0.4dB/km(典型值为0.35dB/km) 1550nm 0.3dB/km以下(典型值为0.2dB/km） (理论极限值0.154dB/km) 单模与多模光纤损耗对比 单模光纤损耗要小一些 原因包括以下几点： 光能量主要在纤芯中传输 纤芯所需原料少，更易保证其纯度 纤芯工艺要求更高，折射率不均匀性减小 包层更厚，OH-离子更难入侵到纤芯中 纤芯小，弯曲损耗更低 微弯损耗和宏弯损耗机理 宏弯损耗 曲率半径比光纤直径大得多的宏弯曲 微弯损耗 光纤成缆时产生，沿轴向的随机性弯曲 降低光纤损耗的方法 工作波长选择 选择在低损耗窗口 超纯原料 降低过渡金属离子浓度 生产工艺 减小不均匀性 减小OH-离子的引入 光纤保护 使用过程中光纤的损耗变化 变化趋势 损耗增大 原因 热胀冷缩 光纤受水分侵蚀 OH-吸收损耗增大 光纤分子缺陷增多 色散对光纤通信系统的影响 渐变型光纤的模式色散 2.3.2 光纤的色散 2.3.2 光纤的色散 2.3.2 光纤的色散 光纤的色散和带宽对通信容量的影响 2.4 光缆 2.4.3光缆的型号和命名 1 光缆的型号 目前通信用光缆可分为： 室(野)外光缆——用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空及水下敷设的光缆。 软光缆——具有优良的曲挠性能的可移动光缆。 室（局）内光缆——适用于室内布放的光缆。 设备内光缆——用于设备内布放的光缆。 海底光缆——用于跨海洋敷设的光缆。 特种光缆——除上述几类之外，作特殊用途的光缆。 2.4.3光缆的型号和命名 模场直径和有效面积 模场直径是指描述单模光纤中光能集中程度的参量。有效面积与模场直径的物理意义相同，通过模场直径可以利用圆面积公式计算出有效面积。 模场直径越小，通过光纤横截面的能量密度就越大。当通过光纤的能量密度过大时，会引起光纤的非线性效应，造成光纤通信系统的光信噪比降低，影响系统性能。因此，对于传输光纤而言，模场直径（或有效面积）越大越好。图2.22所示为模场直径示意图 图2.22 模场直径 截止波长 理论上的截止波长是单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长。 截止波长条件可以保证在最短光缆长度上单模传输，并且可以抑制高次模的产生或可以将产生的高次模噪声功率代价减小到完全可以忽略的地步。 注：几何特性、光学特性影响光纤的连接质量，施工对它们不产生变化，而传输特性则相反，它不影响施工，但施工对传输特性将产生直接的影响。 3 光纤的机械特性 光纤的机械特性主要包括耐侧压力、抗拉强度、弯曲以及扭绞性能等，使用者最关心的是抗拉强度。 光纤的抗拉强度 光纤的抗拉强度很大程度上反映了光纤的制造水平。 影响光纤抗拉强度的主要因素是光纤制造材料和制造工艺。 ① 预制棒的质量。 ② 拉丝炉的加温质量和环境污染。 ③ 涂覆技术对质量的影响。 ④ 机械损伤。 光纤断裂分析 存在气泡、杂物的光纤，会在一定张力下断裂，如图2.23所示。 图2.23 光纤断裂和应力关系示意图 光纤的寿命 习惯称使用寿命，当光纤损耗加大以致系统开通困难时，称其已达到了使用寿命。从机械性能讲，寿命指断裂寿命。 光纤的机械可靠性 一般来说，二氧化硅包层光纤的机械可靠性已经得到广泛的认可。为了提高光纤的机械可靠性，在光纤的外包层中掺入二氧化钛，从而增加网络的寿命。 4 光纤的温度特性 光纤的温度特性，是指在高、低温条件下对光纤损耗的影响，一般是损耗增大。如图2.24 所示。