光纤与光缆类型介绍PPT
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第2章 光纤与光缆.ppt
各项取正弦，得
c 1 90
sin C sin 1 sin 90
各项均乘以 k0n，1 k0n2 k0n1 sin1 k0n1
2019型光纤的标量近似解法
入射波的波矢量在Z方向的分量为
证
明
k1z k1 sin 1 k0n1 sin 1
20
2.2.2 阶跃型光纤的标量近似解法
1.什么是标量近似解法
由前面分析得知，通信光纤中的芯包折射率差很小，
即
n2 1
n1
因而全反射临界角为
c
arcsin( n2 n1
)
90o
在光纤中形成导波时，入射角必须满足全反射条件，
即
c 90
由此可得θ→900，光纤中的光线几乎与光纤轴平行。
18
2.2.1 阶跃型光纤光射线的理论分析
例2.2.1：计算n1=1.48，n2=1.46的阶跃折射率分布光 纤的相对折射指数差和数值孔径。
n1 n2 1.48 1.46 0.0135
n1
1.48
NA n12 n22 1.482 -1.462 0.2425
2019-10-21
谢谢你的关注
8
2.2 阶跃型光纤
2.2.1 阶跃型光纤光射线的理论分析 2.2.2 阶跃型光纤的标量近似解法
2019-10-21
谢谢你的关注
9
2.2 阶跃型光纤
• 阶跃型光纤的折射指数分布已在图2-2（a）中 给出，下面将从几何光学角度出发，分析光在 光纤中传输时的某些特性。主要讨论阶跃型光 纤中的射线种类、子午线的数值孔径以及影响 光纤性能的主要参量——相对折射指数差。
光纤。 2019-10-21
光纤和光缆PPT课件
面(r - z)示于图2.5。
r
i dr
o
dz ri
rm
0
纤芯n(r) p
* r
z
图 2.5 渐变型多模光纤的光线传播原理
第17页/共65页
r
i dr
o
dz ri
rm
0
纤芯n(r) p
* r
z
图 2.5 渐变型多模光纤的光线传播原理
如式(2.6)所示，一般光纤相对折射率差都很小，光线和中心轴线z的夹角也 很小，即sinθ≈θ。由于折射率分布具有圆对称性和沿轴线的均匀性，n与φ和z无关。 在这些条件下， 式(2.7)可简化为
g=2，n(r)按平方律(抛物线)变化，表示常规渐变型多模光纤的折射率分布。具有
这种分布的光纤，不同入射角的光线会聚在中心轴线的一点上，因而脉冲展宽减小
第15页/共65页
由于渐变型多模光纤折射率分布是径向坐标r的函数，纤芯各点数值孔径不同， 所以要定义局部数值孔径NA(r)和最大数值孔径NAmax
An(r)
r
i dr
o
dz ri
rm
0
纤芯n(r) p
(2.12a)
* r
z
由出射光线得到dr/dz=tanθ≈θ≈θ*/n(r)，由这个近似关系 和对式(2.10)微分得到
θ*=-An(r)risin(Az)+θ0 cos(Az)
(2.12b)
取n(r)≈n(0)，由式(2.12)得到光线轨迹的普遍公式为
•当θ=θc时，相应的光线将以ψc入射到交界面，并沿交界面向前传播(折射角 为90°)， 如光线2，
•当θ>θc时，相应的光线将在交界面折射进入包层并逐渐消失，如光线3。 由此可见，只有在半锥角为θ≤θc的圆锥内入射的光束才能在光纤中传播。
第2章 光纤与光缆.ppt
2019-10-21
感谢你的聆听
22
2.2.2 阶跃型光纤的标量近似解法
• 这种具有横向场的极化方向（即电场的空间指向）在 传输过程中保持不变的横电磁波，可以看成为线极化 波（或称线偏振波）。
• 由于E（或H）近似在横截面上，而且空间指向基本不 变，这样就可把一个大小和方向都沿传输方向变化的 空间矢量E变为沿传输方向其方向不变（仅大小变化） 的标量E。
①首先求出横向场Ey的亥姆霍兹方程
如选横向电场的极化方向与y轴一致，则横向场只有Ey分量，而
Ez=0,则
Et ey Ey
它在圆柱坐标系中，满足矢量的亥姆霍兹方程，而矢量的亥姆霍 兹方程已在预备知识中给出，为
2E k 2E 0 2Et k 2Et 0
k k0n
2 (eyEy ) k02n2 (eyEy ) 0
n0
1
n2 n1
2
sin n12 n22
(2-4)
• 只有能满足式（2-4）的射线，才可以在纤芯中形成 导波（即满足了全反射条件）。
2019-10-21
感谢你的聆听
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2.2.1 阶跃型光纤光射线的理论分析
4．数值孔径的概念
• 由上面分析可知，并不是由光源射出的全部光射线都能在纤芯 中形成导波，只有满足式（2-4）条件的子午线，才可以在纤芯 中形成导波，这时就认为这些子午线被光纤捕捉到了。
18
2.2.1 阶跃型光纤光射线的理论分析
例2.2.1：计算n1=1.48，n2=1.46的阶跃折射率分布光 纤的相对折射指数差和数值孔径。
n1 n2 1.48 1.46 0.0135
n1
1.48
光纤、光缆的分类与应用 ppt课件
接入网 √ 适用 √ 可用
√ 适用
13
内容摘要
1 光纤分类及其应用 2 光缆结构分析及应用分类
14
光纤存在微裂纹
微裂纹 ！
F
1、产生原因
外界杂质； 机械磨损； 表面结构差异。
2、断裂过程
在外力或水的侵蚀作用下，非常小的微裂纹 扩大，传播，可以引起崩溃性的断裂。
3、光缆设计
保护光纤不受外力和避免水的侵蚀作用。
减小弯曲半径 G.657
降低色散斜率
产生非零色散
G.656
G.655
减小模间色散
零色散位移 G.653 G.652
G.651
G.654 截止零色散位移
传输距离
12
光纤选用技术建议
光纤分类 A1a、A1b
G.652B G.652D G.655 G.657
核心网
√ 可用 √ 可用 √ 适用
城域网
√ 适用 √ 适用 √可用
单位 G/cm3 N/mm2 N/mm2
数值 2.2 72900 33000
热膨胀系数
K-1
5.5×10-7
注意：光纤重量：27g/km，温度变化（40C-20C）光纤长度变化1.1cm。
2.缺点：容易发生脆性断裂。
4
为什么选用光纤作传输媒质？
传输介质 带宽MHz
对绞线
6
衰减系数 中继距离 抗电磁干 尺寸与重量 敷设安装
IEC标准 A1a 、A1b B1.1、B1.3 B2 B1.2 B4 B6
3
光纤材料
1.光纤的定义：光纤是由高纯透明材料组成的光传输媒质。
2.光纤材料：石英玻璃、塑料、晶体…….。
3.石英玻璃：
教学课件PPT光纤和光缆
图2-4 光在阶跃折射率光纤中的传播
05.11.2020
（教材1h 4页）
10
2.1.2 光纤的分类
光纤通信
（1）多模光纤
当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）远大于光波波长时（约
1μm），光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，这样的光纤称为多模光纤。如图2-5和图2-6所示。
（2）单模光纤
（4）G.655光纤 由于G.653光纤的色散零点在1 550nm附近，DWDM系统在零
色散波长处工作易引起四波混频效应。为了避免该效应，将色散零 点的位置从1 550nm附近移开一定波长数，使色散零点不在1 550nm附近的DWDM工作波长范围内。这种光纤就是非零色散位移 光纤（NDSF）。
05.11.2020
其中，n1为纤芯折射率，n2为包层折射率，a为芯半径，r为离 开纤芯中心的径向距离，Δ为相对折射率差，Δ=(n1 − n2 )/ n1 。
多模光纤的折射率分布，决定光纤带宽和连接损耗，单模光纤 的折射率分布，决定工作波长的选择。
05.11.2020
（教材1h 7页）
15
2.1.2 光纤的分类
光纤通信
4．单模光纤的分类
（3）G.654光纤 G.654光纤是截止波长移位的单模光纤。其设计重点是降低1
550nm的衰减，其零色散点仍然在1 310nm附近，因而1 550nm 窗口的色散较高。G.654光纤主要应用于海底光纤通信。
光在阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的传播轨迹分别 如图2-5和图2-6所示。
图2-4 光在阶跃折射率多模光纤中的传播
图2-4 光在渐变折射率多模光纤中的传播
05.11.2020
（教材1h 3页）
第二章 光纤与光缆.ppt
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图2-12 阶跃型光纤中的传播
图2-12 阶跃型光纤中的传播
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阶跃型光纤中的传播
• 数值孔径NA推导如下：
• 应用斯涅耳定律，不难得到 n0 sin 0 n1 sin(90 c ) （2-10）
• 因为空气的折射率为 n0 1.000 ，所以 sin 0 n1 sin(90 c ) （2-11）
光纤的波长为0.85μ m（0.8μ m～0.9μ m），长波长光纤的波长为 1.3μ m～1.6μ m，主要有1.31μ m和1.55μ m两种。 • 长波长光纤具有衰耗低、带宽大等优点，适用于远距离、大容量的 光纤通信。 • （4）按套塑结构分类 • 按套塑结构划分，光纤可分为紧套光纤和松套光纤。 • 紧套光纤是指在二次、三次涂敷层与包层、纤芯紧密结合的光纤， 如图2-4所示；松套光纤是指经过预涂敷后的光纤松散地放置在塑料 套管内，不再进行二次涂敷，因为其制作工艺简单、光纤衰减－温 度特性与机械特性良好，所以受到越来越多的重视，如图2-5所示。
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图2-9 电磁波波谱
图2-9 电磁波波谱
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2.2 导光原理
2. 反射与折射
1）斯涅耳定律的应用
光在真空中的传播速度定义为c，光在介质中的传播速度定义为v,则
折射率
n c
(2-
3)
水的折射率为1.333,空气的折射率为1.000,在近红外区，石英玻璃
的折射率是1.520。
返回
2.2 导光原理
• （2）全反射
•
由式（2-7），有
sin 2
n1 sin 1
n2
•全反射的条件是全反射，如图2-11所示:
图2-12 阶跃型光纤中的传播
图2-12 阶跃型光纤中的传播
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阶跃型光纤中的传播
• 数值孔径NA推导如下：
• 应用斯涅耳定律，不难得到 n0 sin 0 n1 sin(90 c ) （2-10）
• 因为空气的折射率为 n0 1.000 ，所以 sin 0 n1 sin(90 c ) （2-11）
光纤的波长为0.85μ m（0.8μ m～0.9μ m），长波长光纤的波长为 1.3μ m～1.6μ m，主要有1.31μ m和1.55μ m两种。 • 长波长光纤具有衰耗低、带宽大等优点，适用于远距离、大容量的 光纤通信。 • （4）按套塑结构分类 • 按套塑结构划分，光纤可分为紧套光纤和松套光纤。 • 紧套光纤是指在二次、三次涂敷层与包层、纤芯紧密结合的光纤， 如图2-4所示；松套光纤是指经过预涂敷后的光纤松散地放置在塑料 套管内，不再进行二次涂敷，因为其制作工艺简单、光纤衰减－温 度特性与机械特性良好，所以受到越来越多的重视，如图2-5所示。
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图2-9 电磁波波谱
图2-9 电磁波波谱
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2.2 导光原理
2. 反射与折射
1）斯涅耳定律的应用
光在真空中的传播速度定义为c，光在介质中的传播速度定义为v,则
折射率
n c
(2-
3)
水的折射率为1.333,空气的折射率为1.000,在近红外区，石英玻璃
的折射率是1.520。
返回
2.2 导光原理
• （2）全反射
•
由式（2-7），有
sin 2
n1 sin 1
n2
•全反射的条件是全反射，如图2-11所示:
《几种光纤与光缆》课件
光纤与光缆的发展历程
1960年代
激光的发明为光纤与光缆的发 展奠定了基础。
1970年代
研究者开始探索玻璃纤维传输 光信号的可能性。
1980年代
第一根商用光纤问世，光缆开 始被广泛应用。
1990年代至今
光纤与光缆技术不断创新，传 输速度和距离不断提升。
光纤与光缆的分类
按照传输模式
单模光纤和多模光纤。
成本较高
单模光纤的制作成本较 高，价格相对较贵。
多模光纤的特点
传输距离较短
多模光纤的传输距离较短，适用于短距离通 信。
连接难度较小
多模光纤的连接相对简单，不需要高精度连 接器。
带宽较小
多模光纤的带宽较小，能够支持的数据传输 量有限。
成本较低
多模光纤的制作成本较低，价格相对便宜。
单模与多模光纤的应用场景
按照材料
石英光纤和塑料光纤。
按照传输波长
可见光光纤和不可见光光纤。
02
CATALOGUE
单模光纤与多模光纤
单模光纤的特点
传输距离远
单模光纤的传输距离比 多模光纤更远，适用于
长距离通信。
带宽大
单模光纤的带宽较大， 能够支持高速、大数据
量的传输。
连接难度大
单模光纤的连接需要高 精度连接器，技术要求
较高。
《几种光纤与光缆》ppt 课件
CATALOGUE
目 录
• 光纤与光缆简介 • 单模光纤与多模光纤 • 塑料光纤与石英光纤 • 室内光缆与室外光缆 • 光纤与光缆的未来发展
01
CATALOGUE
光纤与光缆简介
光纤与光缆的定义
光纤
是一种由玻璃或塑料制成的纤维 ，可以传输光信号。
光纤与光缆类型介绍108页PPT
自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
光纤与光缆类型介绍
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
光纤与光缆类型介绍
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
光纤光缆的结构与分类PPT课件
第30页/共89页
密封涂层光纤
• 为了保持光纤的机械强度和损耗的长时间稳定，而在玻璃表面涂装碳化 硅 （SiC）、碳化钛（TiC）、碳（C）等无机材料，用来防止从外部来的水 的扩散所制造的光纤（HCF：HermeticallyCoated Fiber）。
第29页/共89页
抗
恶环境光纤
当光纤受到辐射线的照射时，光损耗会增加。这是因为石英玻璃遇到辐射线 照射时，玻璃中会出现结构缺陷（也称作色心：Colour Center），尤在0.4～ 0.7μm波长时损耗增大。防止办法是改用掺杂OH或F素的石英玻璃，就能抑制因 辐射线造成的损耗缺陷。这种光纤则称作抗辐射光纤（Radiation Resista-nt Fiber），多用于核发电站的监测用光纤维镜等。
液芯光纤（纤芯呈液态） 塑料光纤（以塑料为材料）
光纤种类
按光纤纤芯折射率分布划分
第7页/共89页
阶跃型光纤（SIF） 渐变型光纤（GIF）
W型光纤
光纤的纤芯折射率剖面分布
2b
2b
2b
2c
2a
2a
2a
n
n
n1
n2
第8页/共89页
n n1 n1
阶跃型光纤（SIF）：纤芯折射率呈均匀分布，纤芯和包层
相对折射率差Δ为1%～2%。
第9页/作波长中，只能传输一个传播模式的光纤，通常简称为单模光纤 （SMF：Single ModeFiber）。目前，在有线电视和光通信中，是应用最 广泛的光纤。
由于光纤的纤芯很细（约10μm）而且折射率呈阶跃状分布，当归一化频 率V参数＜2.4时，理论上，只能形成单模传输。
第25页/共89页
色
散平坦光纤 • 由于DFF要作到1.3μm～1.55μm范围的色散都减少。就需要对光纤的折射率 分布进行复杂的设计。 不过这种光纤对于波分复用（WDM）的线路却是很适宜的。由于DFF光纤的 工艺比较复杂，费用较贵。今后随着产量的增加，价格也会降低。
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第2章 通信光缆的类型与结构
图2-5 6芯室内分支光缆结构
第2章 通信光缆的类型与结构
图2-6 6芯分支光缆实物图
第2章 通信光缆的类型与结构
3) 互连光缆
互连光缆是为布线系统中的传输设备互连所设计的光缆， 使用的是单纤和双纤结构。这种光缆连接容易，在楼内布线 中它们可用作跳线，如图2-7、图2-8所示。 互连光缆直径小，弯曲半径小，更易敷设在空间受限的 场所，它们可以简单直接，或在工厂进行预先连接作为光缆 组件用在工作场所，或作为交叉连接的临时软线。
第2章 通信光缆的类型与结构
5. 按通信网络结构或层次分
按通信网络结构或层次分，光缆可分为长途网光缆和本 地网光缆。 (1) 长途网光缆，即长途端局之间的线路，包括省际一 级干线、省内二级干线； (2) 本地网光缆，既包括长途端局与电信端局以及电信 端局之间的中继线路，又包括接入网光缆线路。
第2章 通信光缆的类型与结构
光缆、紧套光纤光缆和半松半紧光纤光缆。
(1) 松套光纤光缆的特点是光纤在光缆中有一定的自由 移动空间，这样的结构有利于减少外界机械应力(或应变)对
涂覆光纤的影响，即增强了光缆的弯曲性能。
第2章 通信光缆的类型与结构
(2) 紧套光纤光缆的特点是光缆中光纤无自由移动的空
间。紧套光纤在光纤预涂覆层外直接挤下一层合适的塑料紧 套层。紧套光纤光缆直径小，重量轻，易剥离、敷设和连接， 但高的拉伸应力会直接影响光纤的衰减等性能，即它的弯曲 性能比松套光纤光缆差。 (3) 半松半紧光纤光缆中的光纤在光缆中的自由移动空 间介于松套光纤光缆和紧套光纤光缆之间。
第2章 通信光缆的类型与结构
1. 室内光缆
室内光缆均为非金属结构，故无须接地或防雷保护。室 内光缆采用全介质结构保证抗电磁干扰。各种类型的室内光 缆都容易开剥，紧套缓冲层光纤构成的绞合方式取决于光缆 的类型。 为便于识别，室内光缆的外护层多为彩色，且其上印有 光纤类型、长度标记和制造厂家名称等。 室内光缆尺寸小，重量轻，柔软，便于布放，易于分支， 并具有阻燃性。 通常，室内光缆可分为三种类型：多用途室内光缆、分 支光缆和互连光缆。
第2章 通信光缆的类型与结构
3. 按线路敷设方式分
按光缆线路敷设方式，光缆可分为架空光缆、管道光缆、 直埋光缆、隧道光缆和水底光缆等。 (1) 架空光缆是指以架空形式挂放的光缆，它必须借助 吊线(镀锌钢绞线)或自身具有的抗拉元件悬挂在电杆或铁塔 上。 (2) 管道光缆是指布放在通信管道内的光缆，目前常用 的通信管道主料的线缆，称为光缆。光缆是目
前有线通信的主流传输媒介，因为它具有许多其他媒介无法 比拟的优点： (1) 巨大的传输容量； (2) 极低的传输衰耗； (2) 优良的抗电磁干扰能力； (4) 良好的保密性； (5) 小尺寸、轻重量，便于施工与维护； (6) 节约资源，价格便宜。
2.2 常用通信光缆的结构
任何一根光纤都是由纤芯和包层两部分构成的。纤芯的 折射率通常用n1表示，直径用2a表示；包层的折射率用n2表 示，直径用2b表示。进入光纤中的光线在突变形光纤中以折 线形式向前传播，在渐变形光纤中以曲线形式向前传播，如 图2-2所示。
第2章 通信光缆的类型与结构
图2-2 光在突变形光纤中传播
第2章 通信光缆的类型与结构
1) 多用途室内光缆
多用途室内光缆的结构是按照各种室内场所的需要而定 的。这种光缆的直径小，重量轻，柔软，易于敷设、维护和 管理，特别适用于布放在空间受限的场所。多用途室内光缆 是由绞合的紧缓冲层光纤和非金属加强件(如芳轮纱)构成的。 光缆中的纤芯数大于6时，光纤绕一根非金属中心加强件绞 合，形成一根更结实的光缆，如图2-3和图2-4所示。
第2章 通信光缆的类型与结构
2.1 常用通信光缆的分类
通信光缆是将一根或多根光纤或光纤束制作成符合光学、
机械和环境特性结构的线缆，其实物图如图2-1所示。
第2章 通信光缆的类型与结构
图2-1 通信光缆实物图
第2章 通信光缆的类型与结构 1. 按缆中光纤状态分 按光纤在光缆中是否可自由移动，光缆可分为松套光纤
第2章 通信光缆的类型与结构
2. 按缆芯结构分
按缆芯结构特点的不同，光缆可分为层绞式光缆、中心 管式光缆和骨架式光缆。 (1) 层绞式光缆是将几根至十几根或更多根光纤或光纤 带子单元围绕中心加强件螺旋绞合(S绞或SZ绞)成一层或几 层的光缆。目前使用最多的就是松套层绞式光缆。 (2) 中心管式光缆是将光纤或光纤带无绞合直接放到光 缆中心位置的套管中而制成的光缆。 (3) 骨架式光缆是将光纤或光纤带经螺旋绞合置于塑料 骨架槽中构成的光缆。
第2章 通信光缆的类型与结构
(3) 直埋光缆是指光缆线路经过市郊或农村时，直接埋
入规定深度和宽度的缆沟中的光缆。 (4) 隧道光缆是指经过公路、铁路等交通隧道的光缆。 (5) 水底光缆是穿越江、河、湖、海水底的光缆。
第2章 通信光缆的类型与结构
4. 按使用环境与场合分
按使用环境与场合，光缆主要分为室外光缆、室内光缆 及特种光缆三大类。由于室外环境(气候、温度、破坏性)相 差很大，故这几类光缆在构造、材料、性能等方面亦有很大 区别。 (1) 室外光缆由于使用条件恶劣，光缆必须具有足够的 机械强度、防渗能力和良好的温度特性，其结构较复杂。 (2) 室内光缆结构紧凑、轻便柔软并应具有阻燃性能。 (3) 特种光缆用于特殊场合，如海底、污染区或高原地 区等。
第2章 通信光缆的类型与结构
图2-3 多芯室内光缆实物图
第2章 通信光缆的类型与结构
图2-4 3芯子单元12芯多用途室内光缆
第2章 通信光缆的类型与结构
2) 分支光缆
分支光缆用于光纤的独立布线或分支。分支光缆分三种 不同的结构：2.7 mm子单元适合于业务繁忙的应用；2.4 mm子单元适合于业务正常的应用；2.0 mm子单元适合于业 务少的应用。这些分支光缆可布放在大楼之间的管道内、大 楼向上的上升井里、计算机机房地板下和光纤到桌面。6芯 分支光缆结构如图2-5所示，实物图如图2-6所示。