第二章光纤和光缆本科

光纤通信中主要使用石英系光纤。
第二章光纤和光缆本科
4. 按光纤的套塑层分 紧套光纤 松套光纤
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(1) 紧套光纤
光纤被Fra Baidu bibliotek管紧紧 箍住，不能在 其中松动。
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(2)松套光纤
光纤的护套为松 套管，即光纤能 在其中松动。
第二章光纤和光缆本科
第二节 光学原理
折射率 光的反射和折射定律
纤芯直径为50~80μm，光线以曲折形状传播 特点是信号畸变大。
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(2) 渐变型光纤（非均匀光纤）
纤芯中心的折射率最大，沿径向向外逐步变小， 最后达到包层的折射率。包层折射率n2是均匀 的。
纤芯直径为50μm，光线以正弦形状传播 特点是信号的畸变小。
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一.相对折射指数差△
相对折射指数差△=（n12-n22）/2n12 （n1-n2）/n1
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二．数值孔径的概念
定义：表示光纤捕捉光射线能力的物理量，用NA 表示
n 0 sin c n 1 sin 1 n 1 cos 1
NA n 0 sin c n 1 cos 1 n 1 sin 1 n 2 sin 90 n 2
85 m
表层
头发的尺寸
规格: 8.3/125 m 9/125 m
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①单模环型光纤
折射率分布与突变型光纤相似 光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传
播。 它的折射率最高，其信号畸变小。
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②单模w型光纤（也称为双包层光纤）
折射率分布像W型，它
的横截面也分为三个区
第二章 光纤和光缆
了解光纤和光缆的结构和类型 掌握光纤传输原理和传输特性
第二章光纤和光缆本科
第二章 光纤和光缆
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
光纤的结构和类型 光学原理 阶跃型光纤 光纤的传输特性 常用的光缆结构和类型
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第一节 光纤的结构和类型
光纤结构 光纤的种类
1.43 2.42
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二. 光的反射和折射定律
反射定律：1 = 3 折射定律： n1sin 1 = n2sin 2
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当入射角θ1大到某一值θc时，可使折射角 θ2=90°，此时的折射定律变为ｎ1sinθ1=ｎ 2sin90°。这时的入射角θc称为临界角。 sinθc=ｎ2/ｎ1。
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一. 光纤结构
纤芯 包层
n2 n1
纤芯的作用是导光；其折射率为（一般 是1.463~1.467）。
包层的作用是将光封闭在纤芯内并保护 光纤，其折射率为（一般是1.45~1.46 左右）
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二．光纤的种类
按光纤芯的折射率分布 来分
按传输模式的多少来分 按光纤的材料来分 按光纤的套塑层分类
显然，如果入射角再增大，则光线不能再进入
介质ｎ2中，只能全部反射回介质ｎ1，这种现 象称为全反射。光纤就是利用光的这种全反射
特性导光的。
90 °
Air 空气n2
θ2
Glass 玻璃n1
θ1 θ3
临界角θc
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第三节 阶跃型光纤
相对折射指数差 数值孔径的概念 时间延迟 阶跃型光纤的单模传输条件
2. 按传输模式的多少来分
单模光纤 多模光纤
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(1) 单模光纤
只能传输一个模式。 纤芯直径较小，约为
4m~10 m。 传输带宽宽，适用于大容量、
长距离通信。 激光光源（LD）。 在1310和1550nm下工作。
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单模光纤截面图
单模(SM)
芯层
包层
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一. 折射率
折射率：n = c/v 其中ν是光在某种介质中的速度，с是
光在真空中的速度。
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在折射率为n的介质中，光波长变为0/n（ 0
表示光在真空中的波长）。
表2-1不同介质的折射率
材料 空气 折射率 1.003
水
玻璃
石英 钻石
1.33
1.52～ 1.89
域，每个区域内的折射
率也都是均匀的。
２b
n１〉n２〉n３
可以实现超大容量超长 距离传送。
纤芯：2a＝４~10m 内包层： 2a’＝10~100m
外包层： 2b＝125m
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③单模三角型光纤
纤芯折射率分布曲 线为三角形，在 1.55μm有微量色 散
用于密集波分复用 和孤子传输
sin
1
n2 n1
当 n 0 1时 (空气 ) NA n 1 1 sin 2 1
n1
1
n
2 2
n
2 1
n2 1
n
2 2
n1
2
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三．时间延迟
光线在长度为L(ox)的光纤中传输，所经历的路程L(oy)， 在θ不大的条件下，其传播时间即时间延迟为：式中 C=3×108m/S。为真空中的光速。
多模光纤截面图
多模(MM)
芯层
包层
85 m
规格: 62.5/125um 50/125um 100/140um
表层
头发的尺寸
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3.按光纤的材料来分
石英系光纤：纤芯、包层由SiO2适当的杂质 制成。
石英芯、塑料包层光纤：纤芯用石英、包层是 硅树脂。
多成分玻璃纤维：用钠玻璃掺有适当杂质制成。 塑料光纤：纤芯和包层都是塑料制成。
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④单模椭圆型光纤
纤芯折射率分布为椭 圆型，这种光纤具有 双折射特性
传输距离长。
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（2）多模光纤
可以传输多种模式。 纤芯直径大，约为50 m ~80μm 。 带宽窄，短距离。 使用发光二极管光源（LED） 在850或1300nm下工作
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n1l
c
nc1cL o1snc1L1212
最大入射角（ θ= ）和最小入射角（ θ=0）的光线之间 时间延迟差近似为
L2 LN2 An1L
2n1c 2n1c
c
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四．阶跃型光纤的单模传输条件
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1. 按光纤芯的折射率分布来分
阶跃型光纤（Step Index Fiber）简称 SIF(也称为突变型光纤）
渐变型光纤（Graded Index Fiber）简 称GIF
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(1)阶跃型光纤(突变型光纤)
纤芯的折射率n1保持不变，到包层突然变为 n2，折射率有一不连续的阶跃性突变。