第六章 光纤材料.pptx

第六章光纤17:541

1、光通信用光波载运信息，实现通信17:5426.1概述雏形：古代烽火、手旗、灯光光通信的发展过程潜望镜原理——光波导之雏形

2、光纤的诞生理想光传输介质的寻找透明度很高的石英玻璃丝叫做光学纤维简称“光纤”内窥镜一米衰减损耗很大20世纪60年代1000dB/Km17:543

高锟于1966年解决了石英光纤损耗的理论问题17:544

17:545光纤通信的优点频带宽、信息容量大传输损耗低、无中继距离远材料丰富抗电磁干扰光纤间串话小，保密性好耐腐蚀、耐高压体积小、质量轻3、光纤通信以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信

6.2光的射线理论及光纤传光分析1．光的射线理论（1）直线传播定律光线在均匀介质中总是沿直线传播的，其传播速度为v=c/nc是真空中光速，n是均匀介质折射率。（2）反射定律和折射定律光线经过两种不同介质的交界面时，会发生偏折。17:546

（3）全反射定律光线从光密介质n1射向光疏介质n2时，若入射角θ1满足以下关系：θ1≥θc?arcsin(n2/n1)则只有反射光，而无折射光。θc称为全反射临界角。17:547

2.光纤导光原理光纤又称光导纤维，是一种导引光波的波导，它由纤芯和包层两部分组成，外面再加涂覆层以保护光纤。纤芯和包层是两种折射率不同的玻璃，设纤芯折射率为n1，包层折射率为n2，n1＞n2。按照几何光学全反射原理，射线在纤芯和包层的交界面产生全反射，并形成把光闭锁在光纤芯内部向前传播的必要条件，即使经过弯曲的路由光线也不射出光纤之外，如图6.1所示。图6.1光纤导光原理17:548

光纤（Opticalfiber）是由纯石英拉制而成的高度透明的玻璃丝。横截面很小的双层同心圆柱体，未经涂覆和套塑时称为裸光纤。3.光纤的结构纤芯包层涂敷层护套约束光的传输形成光波导效应保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性17:549

1)按光纤折射率剖面分类按光纤折射率剖面分为：(1)阶跃光纤。其纤芯和包层折射率呈台阶型突变。目前，单模光纤多属此类，最早的多模光纤也属此类。(2)渐变光纤。纤芯的折射率分布近似为抛物线型，又称梯度光纤。目前，多模光纤均为此类。(3)其它型光纤。其它型光纤包括有纤芯呈三角型的三角光纤，还有双包层型、四包层型光纤(其包层折射率各层不同)。上述几种类型均为新型单模光纤，但现已不强调其折射率剖面，只强调其性能。17:5410

光纤的纤芯折射率剖面分布（a）阶跃光纤（b）渐变光纤（c）W型光纤按折射率：阶跃折射率型、梯度折射率型按传输特性：单模、多模17:5411

单模和多模光纤结构示意图17:5412

（1）突变型多模光纤（StepIndexFiber,SIF）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=50~80μm，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。带宽只有10~20MHz·km，一般用于小容量（8Mb/s以下）短距离（几km以内）系统。横截面2a2brn折射率分布纤芯包层AitAot输入脉冲光线传播路径输出脉冲17:5413

（2）渐变型多模光纤（GradedIndexFiber,GIF）在纤芯中心折射率最大为n1，沿径向r向外围逐渐变小，直到包层变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a为50μm，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。渐变型多模光纤的带宽可达1~2GHz·km，适用于中等容量（34~140Mb/s）中等距离（10~20km）系统。横截面折射率分布输入脉冲光线传播路径输出脉冲50mm125mmrnAitAot17:5414

（3）单模光纤（SingleModeFiber,SMF）折射率分布和突变型光纤相似，纤芯直径只有8~10μm，光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光纤只能传输一个模式（两个偏振态简并），所以称为单模光纤，其信号畸变很小。大容量（565Mb/s~2.5Gb/s）长距离(30km以上)系统要用单模光纤。横截面折射率分布输入脉冲光线传播路径输出脉冲～10mm125mmrnAitAot17:5415

按制造光纤的材料来分类:石英光纤一般由掺杂石英芯和掺杂石英