光纤传输理论及传输特.pptxVIP

2025/7/261光纤通信与数字传输B南京邮电大学

在光纤通信系统中，光纤是光波的传输介质。光纤的材料、构造和传输特性对光纤通信系统的传输质量起着决定性的作用。本章在介绍光纤光缆的结构和类型的基础上，分别用波动理论和射线光学理论对光纤中的模式和传光原理进行分析，并对光纤的衰减和色散等传输特性进行详细的介绍。第二章光纤传输理论及传输特性

光纤、光缆的结构和类型电磁波在光纤中传输的基本方程阶跃折射率光纤模式分析光纤传输特性射线光学理论单模传输010203040506第二章光纤传输理论及传输特性

42.1光纤、光缆的结构和类型2.1.1光纤结构2.1.2光纤型号2.1.3光缆及其结构

2.1.1光纤的结构光纤的基本结构有以下几部分组成：折射率（n1）较高的纤芯部分、折射率（n2）较低的包层部分以及表面涂覆层。结构如图2-1所示。为保护光纤，在涂覆层外有二次涂覆层（又称塑料套管）。

图2-1通信光纤及其基本结构无论何种光纤，其包层直径都是一致的涂覆层的主要作用是为光纤提供保护纤芯和包层仅在折射率等参数上不同，结构上是一个完整整体单盘光纤实物

按折射率分布按二次涂覆层结构按材料按传导模式光纤的分类

1.按纤芯折射率分布：

阶跃折射率分布和渐变折射率分布

2按光纤的二次涂覆层结构紧套结构光纤松套结构光纤

SiO2光纤*01塑料光纤02氟化物光纤SiO2是目前最主要的光纤材料033.按光纤主要材料

01单模光纤02多模光纤传导模式的概念将在模式分析部分介绍4.按光纤中的传导模式*

目前ITU-T规定的光纤代号有G.651光纤（多模光纤），G.652光纤（常规单模光纤），G.653光纤（色散位移光纤），G.654光纤（低损耗光纤）和G.655光纤（非零色散位移光纤）等。01光纤类别应采用光纤产品的分类代号表示，即用大写A表示多模光纤，大写B表示单模光纤，再以数字和小写字母表示不同种类光纤。见表2-1及表2-2。03根据我国国家标准规定，光纤类别的代号应如下规定：022.1.2光纤型号

表2-1多模光纤类型类型折射率分布纤芯直径(um)包层直径(um)材料A1a渐变折射率50125二氧化硅A1b渐变折射率62.5125二氧化硅A1c渐变折射率85125二氧化硅A1d渐变折射率100140二氧化硅A2a阶跃折射率100140二氧化硅A2b阶跃折射率200240二氧化硅A2c阶跃折射率200280二氧化硅A3a阶跃折射率200300二氧化硅芯塑料包层A3b阶跃折射率200380二氧化硅芯塑料包层A3c阶跃折射率200430二氧化硅芯塑料包层A4a阶跃折射率980-9901000塑料A4b阶跃折射率730-740750塑料A4c阶跃折射率480-490500塑料

表2-2单模光纤类型类型名称材料标称工作波长(nm)B1.1非色散位移二氧化硅13101550B1.2截止波长位移二氧化硅1550B2色散位移二氧化硅1550B3色散平坦二氧化硅13101550B4非零色散位移二氧化硅1540～1565

2.1.3光缆及其结构光缆是以光纤为主要通信元件，通过加强件和外护层组合成的整体。光缆是依靠其中的光纤来完成传送信息的任务，因此光缆的结构设计必须要保证其中的光纤具有稳定的传输特性。

按成缆光纤类型01多模光纤光缆和单模光纤光缆02按缆芯结构03中心束管、层绞、骨架和带状04按加强件和护层05金属加强件、非金属加强、铠装06按使用场合07长途/室外、室内、水下/海底等08按敷设方式09架空、管道、直埋和水下10光缆的分类方法

01层绞式02骨架式03中心束管式04带状式光缆的结构（成缆方式）

光缆结构示意图层绞式中心束管式带状式

光纤、光缆的结构和类型电磁波在光纤中传输的基本方程阶跃折射率光纤模式分析单模传输射线光学理论光纤传输特性第二章光纤传输理论及传输特性

为全面精确的分析光波导，应采用波动理论。本节从麦克斯韦方程组出发，推导出波动方程，然后对光纤进行分析。需要指出的是，这里重点是理解分析和推导的思路和方法，而不是具体的过程。01022.2电磁波在光纤中传输的基本方程

2.2.1麦克斯韦方程组和波动方程微分形式的麦克斯韦方程组描述了空间和时间的任意点上的场矢量。对于无源的，均匀的，各向同性的介质，麦克斯韦方程组可表示如下：（2-2）（2-3）（2-4）（2-5）01式中为电场强度矢量，为磁场强度矢量，为电位移矢量，为磁感应强度矢量，▽为哈密顿算符，“▽×”代表取旋度，“”代表取散度。02

21对于无源的、各向同性的介质，有在研究介质的光学特性时，通常不使用，而是使用介质的折射率n，两者的关系是：，式中为介质的介电常数，为