Fiber2-2光纤的结构与类型PPT课件

2021/3/9
授课：XXX
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（2）包层----提供反射面
反射面：
纤芯与包层的交界面为在纤芯内传输的 光线提供一个光滑的反射面，起到光隔离、 防止光泄漏的作用。
全反射条件：
纤芯折射率n1大于包层的折射率n2，使 光信号在传输过程中形成全反射，构成一 条光通道。
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导光过程
阶跃型（SI）光纤
n1 r < a
n=
(n1 > n2)
n2 a≤r≤b
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光线传输示意图：
阶跃型多模光纤的折射率n1在整个光纤芯内保 持不变，在纤芯与包层交界面处突然发生阶跃变 化，由n1变成n2，如图所示 P53。
图3-3(a)阶跃型多模光纤的结构及折射率分布
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（1）纤芯---传递光信号
纤芯直径: 头发丝粗细相当 多模光纤:50μm～100μm 单模光纤：8μm～10μm
作用：光信号的传输路经
材料：玻璃或塑料，超高纯度石英玻璃(SiO2)制 作的光纤具有很低的传输损耗，各种技术性能 都较好。
折射率n：光纤芯的折射率n1通常在1.5左右
材料：环氧树脂或硅胶在包层外面 涂敷一层保护层
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（4）保护套
作用：
加装外保护套除了可保护光纤不受损 伤外，还可增加机械强度，为了提高光缆 的抗拉性能，便于光缆的工程敷设。
保护光缆：
要在光缆内增设金属加强芯，特殊应用 场合的光缆，如海底光缆，还要加装铠甲， 做成铠装光缆，防止鱼类等海洋动物咬伤 光缆，保证信息传输道路的正常顺通。
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二、光纤结构与类型
为了满足光纤中光信号的传输要 求，根据光的传输原理和传输特性， 光信号在光纤内传输过程中要求全 反射，以减少光信号在传输过程中 的辐射损耗，因此光纤的结构和材 料选择要满足一定的技术要求。
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1、光纤的结构 P52
光纤是由传输光信号的光纤芯、提供反射面的 包层、外加涂敷层和外保护套构成
全塑光纤：
该光纤的纤芯和包层都是由塑料制成，其价格 较低，但传输损耗较大，且可靠性也存在一 定程度的问题。
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（2）按纤芯折射率n径向分布
目前通信用光纤根据纤芯横截面上折射率的径向分布 情况，可粗略分为阶跃型SI(Step Index)折射率分布光纤 和渐变型GI(Graded Index)折射率分布光纤两大类。P53
请同学们按指定座位就座
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§2.2 光纤的结构与类型 (P52)
教学目的：
教学重点：
了解光纤的结构和光 纤的种类。
掌握光纤的传输原理 和衰减、色散特性、光 缆的类型及选择方法。
光纤结构对传输 特性的影响，单模 光纤的传输特性、 光纤的关键主要参 数。
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2、目前信号传输媒质： 电线电缆、光纤光缆、空中电磁波。
光纤在目前阶 段可以说是有线通 信网中最优良的传 输介质，因为光来自百度文库 的损耗、色散及抗 干扰能力等均比电 缆好得多。
随着对光纤技术 的继续深入研究，光 纤的制造工艺水平不 断提高，使光纤的质 量和传输特性逐步得 到改善，价格也逐年 下降。
• 纤芯、包层作用示意图 P53 • 光源位置n0 （Φ） 、入射角n1 （θi ）、
反射角n1 （θr ）折射角n2 （θt）
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（3）涂敷层
作用：保护光纤不受水汽和各种有 害物质的侵蚀、防止光纤被划伤， 同时还可增强光纤的柔韧性，增加 光纤的机械强度，提高抗老化性能，
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2、光纤的种类
光纤用来作为光信号传输的介 质，根据传输特性、传输模式数 量、制造光纤所用材料、纤芯折 射率分布规律等，可将光纤按如 下方式分类：
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（1）按光纤原材料分类
石英光纤：
材料：纤芯和包层都是由高纯度的SiO2 掺入适量杂质制成(GeO2.SiO2和P2O5做 纤芯，用B2O3.SiO2做包层) 特性：这种光纤的损耗最低，强度和可 靠性最高， 性能最优良，因此使用最广 泛，但价格较高。
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一、对光纤的要求
1、传输信号对材料要求：
衰减损耗要小，减少中继处理 的次数，降低传输成本；
抗干扰能力强，以使信号 在传输环境较差、干扰 厉害的场合也可正常进 行信号传送；
信号经传输后波形失真小，色 散小，可以提高信号在介质 中的传输速率；
信道的传输容量大，频带 宽度要足够宽，以解决 待传输信息量的不断增 长问题。
原因：纤芯材料折射率中心大，边沿小，模式间传播速度是不 相等，（长快短慢），同时进入光纤入端不同模式的光信号， 传输到达光纤出端时传播的路程长度虽不相同，但到达光纤 出端的时间基本相同。
色散小：色散时间ΔτGI比阶跃型色散延时ΔτSI小的多 容量大：传输带宽距离乘积可达(0.2～2)GHz•km，比特速率距
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多组份玻璃纤维光纤：
例如用钠玻璃(SiO2.Na2O.CaO) 掺入适当杂质制成的光纤，该光纤 的损耗虽然较低，但强度和可靠性 等方面还存在一些问题，有些技术 问题还有待于解决。
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塑料包层光纤：
这种光纤的纤芯是用石英玻璃材料制成， 它的包层一般是用硅树脂塑料材料来制作。
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阶跃型多模光纤特点
优点：制造工艺简单（粗、折射率均匀） 缺点：模间色散Δτ太大, 脉冲展宽厉害。 原因：纤芯材料折射率分布均匀，各种模式的光信号
在纤芯中的传播速度是相等，但不同模式的光线， 各自的传播路经（长短）不同，所以同时进入光纤 入端不同模式的光信号，传输到达光纤出端时传播 的路程长度各不相同，即到达光纤出端的时间不同， 产生了时间延迟差，形成了模间色散。
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渐变（GI）光纤 P54
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折射率分布为
n(r)=
n1[1-2Δ(r/a)γ]1/2≈n1[1-Δ(r/a)γ]
r<a
n2
a≤r≤b
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渐变型多模光纤特点
优点：模间色散Δτ小, 脉冲展宽小。
缺点：制造工艺复杂（控制折射率）