刘增基光纤通信第2章.pdf

第 2 章 光纤和光缆 2.1 光纤结构和类型　 2.2 光纤传输原理　 2.3 光纤传输特性 2.4 光缆 2.5 光纤特性测量方法 返回主目录返回主目录 第第 22 章章 光光 纤纤 和和 光光 缆缆 22.11光纤结构和类型光纤结构和类型 22..11..11光纤结构光纤结构 光纤（Optical Fiber ）是由中心的纤芯和外围的包层同轴 组成的圆柱形细丝组成的圆柱形细丝。纤芯的折射率比包层稍高纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层损耗比包层 更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输 提供反射面和光隔离提供反射面和光隔离， 并起一定的机械保护作用并起一定的机械保护作用。设纤设纤 芯和包层的折射率分别为n 和n ，光能量在光纤中传输的必要 1 2 条件是条件是nn nn 。。纤芯和包层的相对折射率差纤芯和包层的相对折射率差ΔΔ= （（nn -nn ））/n/n 的典的典 11 22 11 22 11 型值，一般单模光纤为0.3%~0.6%， 多模光纤为1%~2%。Δ越 大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，但信息传输容量却越 小。 包层包层 n 2 纤芯 n 1 图图2.12.1 示出光纤的外形示出光纤的外形。。 22.11.22光纤类型光纤类型 光纤种类很多，这里只讨论作为信息传输波导用的由高纯 度石英（SiO2 ）制成的光纤。实用光纤主要有三种基本类型， 图图2.2示出其横截面的结构和折射率分布示出其横截面的结构和折射率分布，光线在纤光线在纤芯传播的传播的 路径，以及由于色散引起的输出脉冲相对于输入脉冲的畸变。 这些光纤的主要特征如下这些光纤的主要特征如下。。 　 突变型多模光纤（Step　Index Fiber, SIF ）如图2.2(a) ， 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=50~80 μm ，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向 传播，特点是信号畸变大。　 渐变型多模光纤渐变型多模光纤 （（GradedGraded IndexIndex Fiber,Fiber, GIFGIF ））如图如图22..22(b)(b)，， 在纤芯中心折射率最大为n ，沿径向r 向外围逐渐变小，直到 1 包层变为层变为n 。这种光纤种光纤一般纤般纤芯直径径2a 为为50μμm ，光线光线以正弦弦 22 形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。 模光纤模光纤 （（SingleSingle ModeMode FiberFiber, SMFSMF））如图如图22.22 (c)(c)，折射率折射率 分布和突变型光纤相似，纤芯直径只有8~10 μm ，光线以直线 形状沿纤芯中心轴线方向传播形状沿纤芯中心轴线方向传播。。因为这种光纤只能传输因为这种光纤只能传输一个个 模式（两个偏振态简并），所以称为单模光纤，其信号畸变 很小很小。　 相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯 直径都很大直径都很大，可以容纳数百个模式可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤所以称为多模光纤。渐渐 变型多模光纤和单模光纤，包层外径2b都选用125μm 。