光纤通信课件

第二章 光纤与光缆(1)

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本节内容

光纤的结构特性

光纤的导光原理

光纤的分类

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多姿多彩的光纤

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光纤的物理结构

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光纤材料 目前，通信光纤的纤芯和包层的主体材料 都是石英玻璃，也就是SiO2。为了制作两种 具有相似特性、而折射率只有一个很小差异 的材料以便形成纤芯和包层，可以在SiO2中 掺入各种氧化物。

GeO2纤芯，SiO2包层；注意：重要！ P2O5纤芯，SiO2包层； SiO2 纤芯， B2O3- SiO2包层； GeO2- B2O3- SiO2纤芯， B2O3- SiO2 包层。2013-7-4

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阶跃光纤与渐变光纤

为什么采 用这样的 结构？

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光纤的导光原理(射线分析)

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全反射

定义：当入射角增大到某一角度，使折射角 达到90o时，折射光线完全消失，只剩下反射 光线，这种现象叫做全反射。 理解：全反射现象是光的折射的特殊现象， 折射光线的能量等于零，光线只按反射路线 传播，且遵循光的反射定律。 条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入 射角大于或等于临界角。2013-7-4

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模式色散的衡量及影响 L=L/sin 是什么? -L =L(n1 /n2-1 ) =L(n1 /n2 )( )φ θrθ1

n0

n1 n2

T= L / v = L n1/c =(L/c)(n12 /n2 )( ) 根据 T< TB =1/B

BL=L/ TB <L/ T=(c/ )· 2/n12) (n9

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习题例1:已知n1=1.5, n2=1.0, 试求其BL。 解： BL<(c/ )· 2/n12)=0.4(Mb/s).km (n 例2:已知n1=1.5, =0.002。试求其BL 。 。 解： BL<(c/ )· 2/n12)=100(Mb/s).km (n

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渐变光纤的引入

群时延差限制了光纤的传输带宽。 为了减少多模阶跃折射率光纤的脉冲展 宽，人们制造了渐变折射率光纤。渐变 折射率光纤的折射率在纤芯中连续变化。 适当选择折射率的分布形式，可以使不 同入射角的光线有大致相同的光程，从 而大大减小群时延差。2013-7-4

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渐变光纤的光学特性光学特性决定于它的折射率分布。渐变型光纤 的折射率分布可以表示为

n1[1 2 f (r )] (r a) n( r ) 1/ 2 n1 (1 2 ) n2 (r a) 1/ 2f(r)=(r/a) ,是一个描述光纤剖面折射率分布的 函数；a是纤芯半径；r是光纤中任意一点到轴心的 距离。使群时延差减至最小的最佳的 在2左右， 称为抛物线分布。2013-7-4

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渐变光纤分析

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子午光线与斜光线

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渐变光纤的群时延差

NA sin i=( n12 -n22)1/2 T/L=n1 2/(8c)

BL< 8c/(n1 2)最优的 设计能使100Mb/s的数据传输100km, 其BL积约达

10(Gb/s)·km,比阶跃光纤提高 了3个数量级。2013-7-4

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数值孔径NAn1 n 2 n2受 光 范 max 围 2 max l O B

消逝波a

1L

c cA

= max

n1 n2

全反射

c 的光线在光纤中，把接收角的正弦定义为光 纤的数值孔径，即NA = sinθmax2013-7-4

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