第一讲光纤与光缆技术报告.ppt

第一讲 光纤与光缆技术 南京邮电大学光电工程学院 刘逢清 内容 4、光缆的设计与结构 5、光缆的结构、种类、型号及用途 6、光纤的着色 1.1 光纤结构及导光原理 光纤尺寸 二 光的导光原理：射线光学理论 分析光波在光纤中传输可应用两种理论：波动理论和射线理论。波动理论分析光波在阶跃折射率光纤中传播的模式特性，分析的方法比较复杂。射线理论是一种近似的分析方法，但简单直观，对定性理解光的传播现象很有效，而且对光纤半径远大于光波长的多模光纤能提供很好的近似。 两个重要概念：光射线（简称射线） 设有一个极小的光源，它的光通过一块不透明板上的一个极小的孔，板后面的一条光的边界并不明显锐利，而有连续但又快速变化的亮和暗，这就是所谓的衍射条纹。 如果光波长极短（趋于0）而可以忽略，并使小孔小到无穷小，则通过的光就形成一条尖锐的线，这就是光射线。也可以说一条很细很细的光束，它的轴线就是光射线。 两个重要概念：射线光学（即几何光学） 当光波长趋于0而可以忽略时，用射线去代表光能量传输线路的方法称为射线光学。在射线光学中，把光用几何学来考虑，所以也称为几何光学。 射线光学是忽略波长的光学，亦即射线理论是λ→0时的波动理论。 光的反射和折射定律 从射线方程导出的射线光学最重要的理论之一 是斯涅尔（Snell）定律，它应用于恒定折射率n1和n2区域时可写成： 反射定律： 折射定律： 式中n1、n2为介质的折射率， 、 、 分别是光线的入射角、反射角和折射角。 光射线的反射和折射 光的全反射现象（光密介质－光疏介质） 光纤的传光原理 利用上述的射线分析方法，可以直观地对光纤的传光原理进行解释。 阶跃折射率光纤中的全反射传输 最大接收角和数值孔径 最大接收角 数值孔径为 式中，n1,n2 分别为光纤芯和包层的折射率，Δ 为相对折射率差。 1.2 光纤的类型 多模光纤 单模光纤 塑料光纤 新型光纤 多模光纤 1、结构 （1）阶跃型多模光纤 特点：具有大的芯径和大的数值孔径 性能特征的变化与所选用的材料和制备方法关系极大 典型结构： （2）梯度型多模光纤 特点：制备选用的材料纯度较高 具有较好的抗弯曲性能 典型结构： 单模光纤 1、结构 （1）非色散位移光纤 （ B1.1 G.652） （2）截止波长位移光纤（ B1.2 G.654 ） （3）色散位移光纤（B2 G.653） （4）非零色散位移光纤（ B4 G.655 ） （5）宽带传输非零色散位移光纤（G.656光纤） 2004年7月，ITU－T颁布了宽带光传输用的非零色散位移单模光纤光缆的建议。该建议将宽带光传输用的非零色散位移单模光纤规定为G.656光纤。 G.656光纤的特点是，它可以在S+C+L三个波段，即1460～1625nm（S波段：1460～1530nm，C波段：1530～1565nm，L波段：1565～1625nm）范围工作。 适用于1460～1625nm的长途干线远距离DWDM的传输。 （6）色散补偿光纤 光纤的选用原则 选用原则 对光纤的选择必须依据实际需求，综合考虑 光纤的传输性能(如：衰减、色散、 偏振模色散、非线性效应） 系统单信道速率 传输距离 是否采用WDM技术以及是采用DWDM还是CWDM等技术因素 兼顾良好的性能价格比 为此，我们提出以下几条光纤选用原则，供参考。 1、工作波长 光纤通信系统的设计存在两种情况： 新建系统：既可选择光纤，又可选择工作波长； 系统扩容（一般多为G.652）：只能选择工作波长； 2、衰减和非线性 衰减是限制系统中继距离的主要因素。 采用光纤放大器后会产生一系列问题： 工作波长内增益不平坦 波分复用的每个信道增益不同，特别当光纤中注入功率高时会出现非线性效应：SRS、SBS、XPM、SPM、FWM。 在对采用波分复用和光纤放大器的高速系统较优先选用G.655光纤和G.652光纤。 3、色散 对高速系统色散是限制系统中继距离的主要因素。 为尽量减小色散，在选用光纤工作波长时，尽量选零色散波长。 G.652光纤应选1310nm，但其衰减系数略大