第二章_光纤光缆结构
合集下载
光纤通信原理第02章——光纤与光缆
3.
按光纤的工作波长可以将光纤分为短 波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。
4. 按ITU-T
按照ITU-T关于光纤类型的建议，可 以将光纤分为G.651光纤(渐变型多模光纤)、 G.652光纤(常规单模光纤)、G.653光纤(色 散位移光纤)、G.654光纤(截止波长光纤)和 G.655(非零色散位移光纤)光纤。
n 12n22
(3) 导行波和辐射波的概念
综上所述，当平面波由光密介质射向 两介质分界面上时，根据入射角θ1的大小， 可以产生两种类型的波：当入射角大于临 界角时产生导行波，能量集中在光密介质 及其界面附近；当入射角小于临界角时产 生辐射波，一部分能量辐射到光疏介质中 并在其中传播。对于光波导来说，导波是 一种重要的波型。
A A A
式中：A代表任何一个矢量，当然E、H也 满足式(2-47)。
(3)
在单一均匀介质中传播的波为平面波， 称为横电磁波，用TEM表示，TEM波的电 场和磁场方向与波的传播方向垂直，即在 波导的传播方向上既没有磁场分量也没有 电场分量，且三者两两相互垂直。
m U B 12W 12 0
式 中 导 模 的 传 播 常 数 ¦Β 不 能 为 零 ，
U 12W 12 也 不 能 为 零 ， B也 不 能 为 零
（ 如 果 A 、 B同 时 为 零 ， 此 时 光 纤 中 不 存 在 电 磁 场 ） ； 因 此 ， 只 有 m ＝ 0。
按光纤的工作波长可以将光纤分为短 波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。
4. 按ITU-T
按照ITU-T关于光纤类型的建议，可 以将光纤分为G.651光纤(渐变型多模光纤)、 G.652光纤(常规单模光纤)、G.653光纤(色 散位移光纤)、G.654光纤(截止波长光纤)和 G.655(非零色散位移光纤)光纤。
n 12n22
(3) 导行波和辐射波的概念
综上所述，当平面波由光密介质射向 两介质分界面上时，根据入射角θ1的大小， 可以产生两种类型的波：当入射角大于临 界角时产生导行波，能量集中在光密介质 及其界面附近；当入射角小于临界角时产 生辐射波，一部分能量辐射到光疏介质中 并在其中传播。对于光波导来说，导波是 一种重要的波型。
A A A
式中：A代表任何一个矢量，当然E、H也 满足式(2-47)。
(3)
在单一均匀介质中传播的波为平面波， 称为横电磁波，用TEM表示，TEM波的电 场和磁场方向与波的传播方向垂直，即在 波导的传播方向上既没有磁场分量也没有 电场分量，且三者两两相互垂直。
m U B 12W 12 0
式 中 导 模 的 传 播 常 数 ¦Β 不 能 为 零 ，
U 12W 12 也 不 能 为 零 ， B也 不 能 为 零
（ 如 果 A 、 B同 时 为 零 ， 此 时 光 纤 中 不 存 在 电 磁 场 ） ； 因 此 ， 只 有 m ＝ 0。
2第二章 光纤
23
均匀平面波的主要特性 波的电场和磁场互相垂直在传播方向横向平面之 内称为横电磁(TEM)波。（传播方向波的电场和 磁场分量恒为零） 电场强度和磁场强度在时间上总保持同相（等相 位面上电场和磁场的振幅相等）
24
均匀平面波的主要特性 自由空间中波的传播速度为光速
V0 ( 0 0 )1/2 c 3108 m / s
a k0n1 (sin2 1 (n2 / n1 )2 )1/2 为x方向的衰减常数
49
介质Ⅱ中波的分析 从(2-10)式中可看出共包含两部分： E01 T exp( jax) ——波的幅度
介质Ⅱ中波的幅度随离开界面的距离x而呈指数式
的衰减
衰减速度决定于沿x方向的衰减常数a
极化表征在空间给定点上电场强度矢量的取
向随时间变化的特性，并用电场强度矢量E的端点
在空间描绘出的轨迹来表示。
42
1、全反射时，介质Ⅰ中的波特性
介质Ⅰ中存在入射波和反射波 因此合成波应是二者的叠加 在全反射时，入射波和反射波的
复数振幅值相等。
由此可得出（数学推导过程从
略）：
43
已知
50
介质Ⅱ中波的分析 波的相位成分，它与介质Ⅰ中合成波的相位成分 形式相同，由前面分析而知，其中
0r a ra
GI
14
非均匀光纤
第二章光纤和光缆
2.2.2 几何光学方法－渐变型光纤
傍轴近似下，光线轨迹为 d2 r dn1 2 = dz n dz α =2时，通解为 cos( ) ( / ) sin( )00r r
Pz
r P
P
其中 P =(2n1/ a2 )1/ 2 ， r0和 r0’分别为入射光线的位 臵和方向。 z=2mπ /P处，所有光线回复到初始位臵和方向，即 所有光线的轴向速度相等，不再出现模间色散。 注意：基于几何光学和傍轴近似，对于实际光纤并 不严格成立，总是会存在一定色散。
解得：
2
n0 sin i max =n1 cos c =n1 1 n22 n12 =n12 n22
2.2.1 几何光学方法－突变型光纤
NA =n0 sin i max
定义 数值孔径 （ Numerical Aperture, NA）：
当入射介质为空气时， NA为临界角 θ
2.1.2 光纤类型
20 10 0 色散/(ps· (nm· km)－1) －10 －20 1.1 色散移位 常规 色散平坦
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
波长 / m
不同结构单模光纤的色散特性
2.1.2 光纤类型
三角芯光纤
折射率分布呈三角形，改进的色散位移光纤。
非零色散光纤 特点：
在 1.55 μ m有微量色散。
第2章 光纤与光缆.ppt
③用分离变量法求解横向场Ey，
将Ey写成三个函数积的形式，即
Ey r,, z ARr Z z
沿Z轴 z向 z向e传 j播z，常导数波在光纤中
场沿r方向变化 的规律 2019-10-21
角向波函数 谢谢你的关注
cos m sin m
m
0,1,
e jz
A
1 r2
R r m2
sin m
e
j z
A 2R r sin m e j z k02n2 AR r sin m e j z 0
即
2019-10-21
r2
2Rr
r 2
r
R r
r
r 2
第2章 光纤与光缆
2.1 光纤的结构和分类 2.2阶跃型光纤 2.3渐变型光纤 2.4 单模光纤 2.5 光纤的传输特性 2.6光纤的温度特性和机械特性 2.7光缆的结构与种类 2.8简单介绍几种特殊光纤
2019-10-21
谢谢你的关注
1
第2章 光纤与光缆
• 光纤通信与电通信的主要差异之一，即是利用光导纤 维来传输光波信号。目前用于通信的光纤大多数是石 英光纤，而石英材料本身脆弱容易断裂，因此，在实 际通信线路中，都是将光纤制成不同结构形式的光缆 在各种环境条件下使用。
第二章光纤和光缆
渐变型光纤（Graded-Index Fiber）
光纤纤芯折射率n1随着半 径的增加而按一定规律减小， 到纤芯与包层交界处为包层 的折射率n2，即纤芯中折射 率的变化呈近似抛物线型。 这种光纤称为渐变型光纤。 频带较宽，适用于中容量， 中距离通信使用。
2.2 光纤的导光原理 光是一种频率很高的电磁波，而光纤 本身是一种介质波导。 我们从几何光学的角度来简单讨论光 纤的导光原理。 全反射原理 光线在均匀介质中是以直线传播的， 但在两种不同介质的分界面会产生反 射和折射现象，如图所示：
光纤的色散
光纤中的不同频率成分或不同的模式， 在光纤中传输时，由于速度不同而使得传播时 间不同，因此造成光信号中的不同频率成分或 不同模式到达光纤终端有先有后，从而产生波 形畸变的一种现象。
减少了通信容量 光纤中的色散 的分类
模式色散、材料色散、波导色散
送进光纤的光具有两方面的特征：
一.是光源发出的并不是单色光； 光源发出的光有一定的波长范围，称光源的线宽 或谱宽。 二.是已调光脉冲信号有一定的带宽。 可以认为已调信号的带宽近似等于光源的谱宽。 可见， 光纤中的传输的光脉冲信号是由不同的
频率成分构成的。
结论：脉冲展宽会致使前后脉冲相互 重叠，引起数字信号的码间串扰。显然 色散现象大大地限制了单位时间内传输 的脉冲数，即限制了传输脉冲的速度或 信息容量。
第二章 光纤与光缆
n2
θ
折射光
2
根据折射定律： n1Sin θ 1 = n2Sin θ
2
n1
入射光
θ
1
因为n1 >n2，所以θ 2 >θ
加到某一角度θ 此时光不再进入折射率n2的界面，而沿介 质界面传播-------全反射。
1，当入射角增 时，则折射角θ 2=900， c
n2 Sin θ c = n 1
θ
c
Sin-1 θ c=
29
三.光缆的种类：
层绞式光缆：它是将若干根光纤芯线以强度元件 为中心绞合在一起的一种结构。 单位式光缆：它是将几根至十几根光缆芯线集合 成一个单位，再由数个单位以强度元件为中心绞合 成缆。 骨架式光缆：这种结构是将单根或多根光纤放入 骨架的螺旋槽内，骨架的中心是强度元件，骨架的 沟槽可以是V型、U型或凹型。
纤芯
光纤芯线剖面构造
二、光缆：由光纤与加强元件、外护层等组成。
包层(n2) 纤芯(n1) 塑套
2
三、 光纤的分类：
1.按材料不同分： ·石英光纤，其衰耗约为0.2~6dB/Km; ·多组分玻璃光纤，其衰耗约为4~20dB/Km; ·全塑光纤，衰耗约为100~500dB/Km。 石英光纤衰耗最小，适用于长距离大容量传 输。全塑光纤价格便宜，可用于某些特殊短距离 场合。
五.光纤的连接与光缆的敷设： （1）光纤的连接：
第2章 光纤与光缆.ppt
• 多模光纤
– 在一定的工作波长下，多模光纤是能传输多种模式的介质波导。 – 多模光纤可以采用阶跃折射率分布，也可以采用渐变折射率分布。 – 多模光纤的纤芯直径约为50μm
2019-10-21
感谢你的聆听
6
2.1.2 光纤的分类
2019-10-21
感谢你的聆听
7
图2-3光纤中的光射线轨迹
2.1.2 光纤的分类
sin
n1 n0
cos1
n1 n0
1 sin2 1
2019-10-21
感谢你的聆听
16
2.2.1 阶跃型光纤光射线的理论分析
• 为中射了可入在 看角纤 出Φ也芯 ，必中 如减产 果少生θ1，增全即大反上，射式θ，2改必θ1为减必少须，大则于外θc面，激从发图的2-6
由于n0=1，则
sin n1
• 数值孔径：表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为光纤的 数值孔径，用NA表示。
NA sin max n12 n22 n1 2 (2-5)
• 数值孔径越大，就表示光纤捕捉射线的能力就越强。由于弱导 波光纤的相对折射指数差Δ很小，因此其数值孔径也不大。
2019-10-21
感谢你的聆听
③用分离变量法求解横向场Ey，
将Ey写成三个函数积的形式，即
Ey r,, z ARr Z z
– 在一定的工作波长下，多模光纤是能传输多种模式的介质波导。 – 多模光纤可以采用阶跃折射率分布，也可以采用渐变折射率分布。 – 多模光纤的纤芯直径约为50μm
2019-10-21
感谢你的聆听
6
2.1.2 光纤的分类
2019-10-21
感谢你的聆听
7
图2-3光纤中的光射线轨迹
2.1.2 光纤的分类
sin
n1 n0
cos1
n1 n0
1 sin2 1
2019-10-21
感谢你的聆听
16
2.2.1 阶跃型光纤光射线的理论分析
• 为中射了可入在 看角纤 出Φ也芯 ，必中 如减产 果少生θ1，增全即大反上，射式θ，2改必θ1为减必少须，大则于外θc面，激从发图的2-6
由于n0=1，则
sin n1
• 数值孔径：表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为光纤的 数值孔径，用NA表示。
NA sin max n12 n22 n1 2 (2-5)
• 数值孔径越大，就表示光纤捕捉射线的能力就越强。由于弱导 波光纤的相对折射指数差Δ很小，因此其数值孔径也不大。
2019-10-21
感谢你的聆听
③用分离变量法求解横向场Ey，
将Ey写成三个函数积的形式，即
Ey r,, z ARr Z z
光通信第02章光纤和光缆
PPT文档演模板
光通信第02章光纤和光缆
ý2.3.2
š1.
Ê(1) 麦克斯韦方程组和边界条件［1］
在均匀光纤中，介质材料一般是线性 和各向同性的，并且不存在电流和自由电 荷，因此在无源区域，均匀、无损、简谐 形式的麦克斯韦方程组为：
PPT文档演模板
光通信第02章光纤和光缆
PPT文档演模板
式中：E为电场 强度矢量；D为电位 移矢量；H为磁场强 度矢量；B为磁感应 强度矢量。且D与E， B与H有下列关系。
光纤的折射率变化可以用折射率 沿半径的分布函数n(r)来表示。
PPT文档演模板
光通信第02章光纤和光缆
š2.
按光纤中传输的模式数量，可以将光 纤分为多模光纤(Multi-Mode Fiber，MMF) 和单模光纤(Single Mode Fiber，SMF)。
在一定的工作波上，当有多个模式在 光纤中传输时，则这种光纤称为多模光纤。
PPT文档演模板
光通信第02章光纤和光缆
反射定律：反射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，反射光线和入射光 线处于法线的两侧，并且反射角等于入射
角，即：θ1′＝θ1。
折射定律 ：折射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，折射光线和入射光 线位于法线的两侧，且满足：
n1sinθ1=n2sinθ2
按照截面上折射率分布的不同可以将 光纤分为阶跃型光纤(Step-Index Fiber， SIF)和渐变型光纤(Graded-Index Fiber， GIF)，其折射率分布如图2.2所示。
第2章 光纤和光缆-1
23
第2章 光纤和光缆
（5）G.656光纤 G.656光纤是一种宽带光传输非零色散位移光纤。 G.656光纤与G.655光纤不同点： ① 工作带宽宽，为1460~1625nm （ G.655 为 1530~1625nm）
② 色散斜率更小（更平坦）（ G.656色散斜率基本为 零）
24
第2章 光纤和光缆
反射定律
1
n1sinθ
= n2sinθ
2
折射定律
31
第2章 光纤和光缆
【思考】：以上是n1> n2时的情况，那么当n1<n2时的情况 又如何呢？是否还能满足上述两个定律呢
但请注意两种情况下入射角和折射角的变化。 介 质 Ⅰ 介 质 Ⅱ 答案是 肯定的
k1 n1 n2
θ1 θ 3
θ2 k 2
k3
介 质
图2-5 光在阶跃折射率多模光纤中的传播
图2-6 光在渐变折射率多模光纤中的传播
..\动画演示\第一部分 光纤导光原理及其传输特性\光在光纤中的模 式传播.swf
17
第2章 光纤和光缆
（2）单模光纤
当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1 ）较小，与光波长在 同一数量级，如芯径d1 在8μm～10μm范围，这时，光纤只允 许一种模式（基模）在其中传播，其余的高次模全部截止， 这样的光纤称为单模光纤。如图2-7所示。
第二章_光纤光缆结构要点
匀常数。 W型光纤（双包层光纤）：在纤芯与包层之间设有一 折射率低于包层的缓冲层，使包层折射率介于纤芯 和缓冲层之间。
光纤的纤芯折射率剖面分布
2b 2a 2b 2a 2b 2c 2a
n n1 n2 0 a （a）阶跃光纤 b r
n n1 n2 0 a b （b） 渐变光纤 r
n n1 n2 n3 0 a （c）W型光纤 c b r
4.填料 材料：防潮油胶 作用：防潮防水 位置：缆芯和护套之间。 5.铠装 材料：钢丝钢带 位置：最外一层 作用：防外力损坏。
12芯松套层绞式直埋光缆
四类典型结构的光缆
1、层绞式结构光缆
把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。
6芯紧套层绞式光缆
12芯松套层绞式直埋光缆
12芯松套层绞式直埋防蚁光缆
按传输模式的数量分类 多模光纤 单模光纤 单模光纤 ——只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在 3μm-10μm 范围内。 多模光纤 ——可传输多种模式，纤芯直径较粗，典型尺 寸为50μm左右。 包层直径都为125μm-140μm
按光纤的工作波长分类 短波长光纤（0.8-0.9μm） 长波长光纤（1.0-1.8μm） 超长波长光纤（大于2μm） 按制造光纤所使用的材料分类 石英系列 塑料包层石英纤芯 全塑光纤 光纤通信中主要用石英光纤，以后所说的 光纤也主要是指石英光纤。
光纤的纤芯折射率剖面分布
2b 2a 2b 2a 2b 2c 2a
n n1 n2 0 a （a）阶跃光纤 b r
n n1 n2 0 a b （b） 渐变光纤 r
n n1 n2 n3 0 a （c）W型光纤 c b r
4.填料 材料：防潮油胶 作用：防潮防水 位置：缆芯和护套之间。 5.铠装 材料：钢丝钢带 位置：最外一层 作用：防外力损坏。
12芯松套层绞式直埋光缆
四类典型结构的光缆
1、层绞式结构光缆
把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。
6芯紧套层绞式光缆
12芯松套层绞式直埋光缆
12芯松套层绞式直埋防蚁光缆
按传输模式的数量分类 多模光纤 单模光纤 单模光纤 ——只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在 3μm-10μm 范围内。 多模光纤 ——可传输多种模式，纤芯直径较粗，典型尺 寸为50μm左右。 包层直径都为125μm-140μm
按光纤的工作波长分类 短波长光纤（0.8-0.9μm） 长波长光纤（1.0-1.8μm） 超长波长光纤（大于2μm） 按制造光纤所使用的材料分类 石英系列 塑料包层石英纤芯 全塑光纤 光纤通信中主要用石英光纤，以后所说的 光纤也主要是指石英光纤。
第二章 光纤与光缆
模光纤理论截止波长c 为
λc
2πa n12 n22 2.405
μm
（2-23）
截止波长是单模光纤的基本参量，也是单模光纤
最基本的参数。
43
截止波长和工作波长的关系
判断一根光纤是不是单模传输，只要比较一下它的工作
波长λ与截止波长λc的大小就可以了。如果λ>λc ，则为单模光 纤，该光纤只能传输基模；如果λ<λc ，就不是单模光纤，光
（2-11） （2-12）
式中，E 和 H分别是电场强度矢量和磁场强度矢量，k为
波数，表示为 k 2
ω为角频率，ε和μ分别为介电常数和磁导率。
34
光纤中波动方程的求解
考虑光纤的外形是圆柱形，纤芯和包层是存在一定 折射率差的石英（SiO2）材料。因此，可以把光纤 抽象为一个圆柱形介质波导体，z轴是轴向坐标（光 信号传播的前进方向）。用求解波动方程的方法考 察光在光纤中具体的传播和存在形式，即在圆柱坐 标系中求解 6个变量。由于波动方程只有2个方程， 因此需要进行必要的矢量变换。
ITU-T规定的光纤型号主要有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），G.655光纤（非零色散 位移光纤）以及最新的G.656（宽带全波光纤）和G.657光 纤（接入网用光纤）。
λc
2πa n12 n22 2.405
μm
（2-23）
截止波长是单模光纤的基本参量，也是单模光纤
最基本的参数。
43
截止波长和工作波长的关系
判断一根光纤是不是单模传输，只要比较一下它的工作
波长λ与截止波长λc的大小就可以了。如果λ>λc ，则为单模光 纤，该光纤只能传输基模；如果λ<λc ，就不是单模光纤，光
（2-11） （2-12）
式中，E 和 H分别是电场强度矢量和磁场强度矢量，k为
波数，表示为 k 2
ω为角频率，ε和μ分别为介电常数和磁导率。
34
光纤中波动方程的求解
考虑光纤的外形是圆柱形，纤芯和包层是存在一定 折射率差的石英（SiO2）材料。因此，可以把光纤 抽象为一个圆柱形介质波导体，z轴是轴向坐标（光 信号传播的前进方向）。用求解波动方程的方法考 察光在光纤中具体的传播和存在形式，即在圆柱坐 标系中求解 6个变量。由于波动方程只有2个方程， 因此需要进行必要的矢量变换。
ITU-T规定的光纤型号主要有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），G.655光纤（非零色散 位移光纤）以及最新的G.656（宽带全波光纤）和G.657光 纤（接入网用光纤）。
光纤通信 第2章 光纤和光缆
G.651 G.652 G.653 G.654 G.655 G.656
渐变型多模光纤 常规单模光纤 色散位移光纤 截止波长光纤 非零色散位移光纤 宽带非零色散光纤
0.2/0.4
2 ~15
5.按二次涂覆层类型分类
紧套光纤
松套光纤
2.2 光纤导光原理
光纤虽细，但其导光原理极为复杂。 光的波、粒二象性 波动光学 几何光学
光纤传光只要满足全反射条件就 可以了吗？
?
φ
0
非也！
2.2.3光纤中的模式传输（导模）
模式是一个波动理论的概念。 在波动理论中,一种电磁场的分布称 之为一个模式。
在射线理论中,一个传播方向的光线对应一 种模式(射线模)。
模式
射线模
传导模式(导模）
光源在光纤中激励出所有模式中的一部分能 由光纤的一端传到另一端，这种能在光纤中 传播的模式。
2
n1 sin c n2
n0 sin 0 n1 (n1 sin c ) n1 n2
2 2 2 2
n0 sin 0 n1 n2
2
2
令:Δ ＝
n1 n2 2 2n1
2
2
－－相对折射率差
n0 sin 0 n1 2
一般情况下，光源和光纤之间之间是空气， 空气的折射率n0=1，所以一般将sin0称为光纤 的数值孔径（NA）。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光缆典型结构小结
典型结构
制造较容易，光纤数量较少（12芯以下）
层绞式结构 骨架式结构
结构简单，对光纤保护较好，耐压、抗 弯性能较好，节省了松套管材料和相应 工序，但也对放置光纤入槽工艺提出了 更高的要求。
束管式结构 带状wenku.baidu.com结构
体积小、重量轻、制造容易、成本低， 是更能发挥光纤优点的光缆结构之一。
四类典型结构的光缆
1、层绞式结构光缆
把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。
6芯紧套层绞式光缆
12芯松套层绞式直埋光缆
12芯松套层绞式直埋防蚁光缆
12芯松套层绞式水底光缆
2、骨架式结构光缆
骨架式结构光缆是把紧套光纤或一次涂覆光纤 放入加强芯周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。
12芯骨架式光缆
Ⅱ：加强构件代号及其意义为： 无符号——金属加强构件； F——非金属加强构件； G——金属重型加强构件； H——非金属重型加强构件。
Ⅲ：派生特征代号及其意义为：
D——光纤带状结构； G——骨架槽结构；
B——扁平式结构；
Z——自承式结构。
二次涂覆层——聚丙烯或尼龙等高聚物 层 —涂覆后的光纤其外径约1.5mm。
—通常所说的光纤为此种光纤。
基本概念
裸纤 ——由纤芯和包层组成的光纤，强度和柔韧性较差。 光纤芯线 ——经过涂敷后的光纤。
光纤的分类
按光纤截面上折射率分布分类
阶跃型光纤（SIF） 渐变型光纤（GIF） W型光纤 ➢ 阶跃型光纤：在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形 突变，纤芯的折射率n1和包层的折射率n2是均匀常数。 ➢ 渐变型光纤：纤芯的折射率n1随着半径的增加而按一 定规律(如平方律、双正割曲线等) 逐渐减少，到纤芯 与包层交界处为包层折射率n2，纤芯的折射率不是均
光纤和光缆
主要章节
3.1 光纤和光缆 3.2 光纤的导光原理 3.3 单模光纤 3.4 光纤的损耗特性 3.5 光纤的传输特性
光纤和光缆
1. 光纤的结构 2. 光纤的分类 3. 光缆的结构 4. 四类典型结构的光缆 5. 光缆的型号
光纤的结构
一般光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯 石英经复杂的工艺拉制而成。
对光缆的基本要求 1. 不能因成缆而使光纤的传输特性下降 2. 在成缆过程中光纤不能断裂 3. 缆径细、重量轻 4. 便于施工和维护
光缆的基本结构
组成：缆芯、加强芯、光缆护层 1、缆芯
——由单根或多根芯线组成。
2.加强芯 作用：用于增强光缆敷设时可承受的负荷 材料：钢丝和非金属纤维。 位置：通常处在缆芯中心，有时配置在护中。
包层
作用——将光波限制在纤芯中传播 成分——高纯度SiO2+极少量的掺杂剂（如B2O3）
——掺杂目的是使折射率n2略低于纤芯折射率n1。 直径——125μm-140μm
涂敷层 作用——是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤， 同时增加光纤的柔韧性。
涂 一次涂覆层——丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料 敷 缓冲层——一般为性能良好的填充油膏
骨架式自承式架空光缆
3、束管式结构光缆
把一次涂覆光纤或光纤束放入大套管中，加强芯 配置在套管周围而构成。
12 芯 束 管 式 光 缆
4、带状结构光缆
把带状光纤单元放入大套管中，形成中心束管式结 构；也可把带状光纤单元放入凹槽内或松套管内，形成 骨架式或层绞式结构。
中心束管式带状光缆
层绞式带状光缆
匀常数。
➢ W型光纤（双包层光纤）：在纤芯与包层之间设有一 折射率低于包层的缓冲层，使包层折射率介于纤芯 和缓冲层之间。
光纤的纤芯折射率剖面分布
2b
2b
2b
2c
2a
2a
2a
n n1
n2
0a b r （a）阶跃光纤
n n1
n2
0 a br （b） 渐变光纤
n n1 n2
n3
0 a cbr （c）W型光纤
按制造光纤所使用的材料分类 石英系列 塑料包层石英纤芯 全塑光纤
光纤通信中主要用石英光纤，以后所说的 光纤也主要是指石英光纤。
按套塑结构不同
分为紧套光纤和松套光纤。
➢ 紧套光纤——在一次涂覆的光纤上再套上一层塑料套管， 光纤在套管内不能自由活动。
➢ 松套光纤——在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管， 光纤可以在套管中自由活动。
结构——多层同轴圆柱体 。 组成——纤芯、包层和涂覆层
各组成部分功能
纤芯：
作用——传导光波 成份——高纯度SiO2+极少量的掺杂剂（如 P2O5 ）
——掺杂目的是提高纤芯对光的折射率n1。
直径————注3单μm意模-光1：0纤0μ纤：m 3芯μm-n101μ＞m 包层n2
——多模光纤：50μm左右。
3.光缆护层 作用：防水防潮、抗拉抗压抗弯等 材料：聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)、聚氨酯 聚酰胺。此外，还有铝钢等金属防潮 位置：由内到外可加入一层或层圆筒状护套。
4.填料 材料：防潮油胶 作用：防潮防水 位置：缆芯和护套之间。
5.铠装 材料：钢丝钢带 位置：最外一层 作用：防外力损坏。
12芯松套层绞式直埋光缆
【课堂练习】
已知某长度为13km的单模光纤的功率传输 损耗为0.195dB/km，激光器耦合进入光纤 输入端的功率为1mW，那么用功率计在光 纤输出端检测出的最大光功率是多少？
光缆的基本结构及类型
光纤成缆的原因 1. 增加抗冲击、抗弯曲等性能； 2. 根据不同使用情况可以制成不同结构形式的光缆
按传输模式的数量分类
多模光纤
单模光纤
➢ 单模光纤 ——只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在 3μm-10μm 范围内。
➢ 多模光纤 ——可传输多种模式，纤芯直径较粗，典型尺 寸为50μm左右。 包层直径都为125μm-140μm
按光纤的工作波长分类 短波长光纤（0.8-0.9μm） 长波长光纤（1.0-1.8μm） 超长波长光纤（大于2μm）
空间利用率最高的光缆，可容纳大量光 纤，每个单元的接续可一次完成。
光缆型号（补）
光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用一短横
线分开。
1、光缆型式代号
GYGZL03-12T50/125
由五个部分组成，如下图所示。
Ⅰ：分类代号及其意义为（应用环境) GY——通信用室（野）外光缆； GR——通信用软光缆； GJ——通信用室（局）内光缆； GS——通信用设备内光缆； GH——通信用海底光缆； GT——通信用特殊光缆。