光纤结构
光纤结构、波导原理和制造
其中h = 6.63 10-34 J·s为普朗克常数
在光的照射下，金属是否发射电子，仅与光的频率相关，而 与光的亮度和照射时间无关。不同的金属材料要求不同的光 照频率。
2 基本的光学定律和定义
光速 c = 3 108 m/s 波长：l = c/v 当光在媒介中传播时，速度cm = c/n 常见物质的折射率：空气 1.00027；
光纤结构、波导原理和制造
主要内容
回顾光的特性、基本的光学定律和定义
介绍光纤结构、分类、特性和射线光学解 释
圆波导模式及其理论简介* 单模光纤的特性、材料以及制造工艺 光纤的几种成缆方式
光的波动性 1 光的基本特性
- 17世纪意大利格里马蒂和英国胡克 观测到光的衍射现象
- 1690年海牙物理学家惠更斯提出光 的波动性学说
光纤的分类
按传输的模式数目分 • 单模光纤 • 多模光纤
按折射率的变化分 • 阶跃光纤 • 梯度光纤
ITU-T官方定义 • 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 (衰减最小光纤) • G.655光纤 (非零色散位移光纤)
光传播的入射角条件 将s1和s2的值代入相位关系式并简化可以得到：
2pn1d sin mp l
假如只考虑波的电场分量垂直于入射面的情况，那么因发射带
来的相移为：
2arctan
cos2
n22 / n12
s in
代入简化式中可以得到：
tan pn1d
s in
kp
n12
cos2
水 1.33； 玻璃 (SiO2) 1.47； 钻石 2.42； 硅 3.5 折射率大的媒介称为光密媒介，反之称为光疏媒介
光纤光缆基础知识
光纤 类型 Ala Alb Alc Ald
表 2 四种梯度型多模光纤的传输性能及应用场合
芯/包直径 (μm)
工作波长 (μm)
带宽 (MHz)
数值孔径
衰减系数 (dB/km)
50/125
0.85,1.30 200～1500 0.20～0.24 0.8～1.5
62.5/125 85/125 100/125
其在不同的传输速率的 SDH 系统的应用情况，将 G.652 光纤进一步细分为 G.652A、
G.652B 和 G.652C。究其实质而言，G.652 光纤可分为两种，即常规单模光纤(G.652A
和 G.652B)和低水峰单模光纤(G.652C)。
a. 常规单模光纤
6
常规单模光纤于 1983 年开始商用。常规单模光纤的性能特点是：(1)在 1310nm 波长处的色散为零；(2)在波长为 1550nm 附近衰减系数最小，约为 0.22dB/km，但在 1550nm 附近其具有最大色散系数，为 17ps/(nm·km)。(3)这种光纤工作波长即可选 在 1310nm 波长区域，又可选在 1550 nm 波长区域，它的最佳工作波长在 1310 nm 区 域。这种光纤常称为“常规”或“标准”单模光纤。它是当前使用最为广泛的光纤。 迄今为止，其在全世界各地累计铺设数量已高达 7 千万公里。
标准化部门 ITU-T 在 2000 年 10 月对其中 4 种单模光纤已给出最新建议：G.652、G.653、
G.654 和 G.655 光纤。单模光纤的分类、名称、IEC 和 ITU-T 命名对应关系如下：
名称
ITU-T
IEC
非色散位移单模光纤
G.652：A、B、C B1.1 和 B1.3
简述光纤结构
简述光纤结构光纤是一种高速的通信传输媒介，其结构是由两部分组成：光纤芯和包覆在芯外面的光纤套。
光纤芯是由高折射率的材料制成，通常采用二氧化硅（SiO2）或氟化物等材料。
而光纤套则是由低折射率的材料制成，常见的有氧化铝（Al2O3）或者聚合物等。
一、单模光纤结构单模光纤是指只能传输一条光信号的光纤。
其芯径非常小，只有几个微米，所以只能传输单一波长的光信号。
单模光纤主要由三个部分组成：芯、包层和涂层。
1. 芯单模光纤中心最细处为芯，其直径约为9μm至10μm左右。
芯是由高折射率材料制成，通常采用二氧化硅（SiO2）或者氟化物等材料。
2. 包层包层位于芯外面，其厚度约为0.5μm至1μm左右。
包层是由低折射率材料制成，通常采用氧化铝（Al2O3）或者聚合物等。
3. 涂层涂层是为了保护光纤而涂在包层外面的一层材料，通常采用聚合物材料。
二、多模光纤结构多模光纤是指可以传输多条光信号的光纤。
其芯径相对较大，可以传输多个波长的光信号。
多模光纤主要由三个部分组成：芯、包层和涂层。
1. 芯多模光纤中心较粗，其直径约为50μm至100μm左右。
芯是由高折射率材料制成，通常采用二氧化硅（SiO2）或者氟化物等材料。
2. 包层包层位于芯外面，其厚度约为0.5μm至1μm左右。
包层是由低折射率材料制成，通常采用氧化铝（Al2O3）或者聚合物等。
3. 涂层涂层是为了保护光纤而涂在包层外面的一层材料，通常采用聚合物材料。
三、双向传输光纤结构双向传输光纤是指可以同时传输两个方向的光信号的光纤。
其结构与单模光纤类似，但是在芯心处采用了一种特殊的结构，使得光信号可以同时进行正向和反向传输。
四、光纤缆结构光纤缆是由若干根光纤通过绞合、层绕等方式制成的一种电缆，可分为室内光缆和室外光缆两种。
其主要由四部分组成：内芯、填充物、护套和外护套。
1. 内芯内芯是由若干根光纤以一定规律排列组成的，通常采用PBT塑料或者聚乙烯等材料制成。
2. 填充物填充物主要是为了保证内芯稳定，避免产生弯曲等影响其传输性能的因素。
光纤的端面结构
光纤的端面结构光纤是一种用于传输光信号的无源光学器件，其端面结构对光信号的传输质量起着至关重要的作用。
光纤端面的结构特性决定了光信号与外界的相互作用方式，对光纤的性能和使用寿命有着直接影响。
本文将对光纤端面结构的基本概念、常见结构以及相关应用进行介绍。
一、光纤端面结构概述光纤的端面结构通常包括三个关键要素：切割面质量、倒角设计和平面度。
切割面质量决定了光纤端面的平整度和光滑度，对于减小光纤损耗和提高光纤连接质量至关重要。
倒角设计是为了减小纤芯与外界环境的干扰，降低反射损耗。
平面度是指光纤断面的平整度，对于光信号的传输稳定性和不均匀性至关重要。
二、常见的光纤端面结构1. 平切端面平切端面是指光纤切割面与光纤轴线垂直的终端结构。
这种结构简单易实现，适用于一般光纤连接需求。
然而，平切端面存在反射损耗较高的问题，容易引起光信号的衰减和干扰，不适用于高速和高精度传输场合。
2. 斜面端面斜面端面是指光纤切割面与光纤轴线有一定夹角的终端结构。
斜面端面可以减小反射损耗，提高连接质量和传输性能。
在一些高速传输领域，斜面端面得到了广泛应用。
3. 光纤球端面光纤球端面是指将光纤切割面加工成球形的终端结构。
光纤球端面可以减小损耗和衰减，提高光纤连接的质量和稳定性，常用于高速和高精度的光纤传输场合。
4. 光纤尖端面光纤尖端面是指将光纤切割面加工成尖锐形状的终端结构。
光纤尖端面可以减小损耗和反射，提高光纤连接的质量和性能，适用于一些特殊的应用场景，如光纤传感技术和生物医学领域。
三、光纤端面结构的应用光纤端面结构的选择要根据具体的应用需求来确定，不同的应用场景对光纤端面的要求也不同。
下面介绍几个常见的应用领域。
1. 通信领域在通信领域中，要求光纤端面具有较低的反射损耗和泄露损耗，以提高信号传输质量和稳定性。
斜面端面和光纤球端面常被应用于高速传输和光纤连接。
光纤尖端面则常用于单模纤芯光纤连接。
2. 光纤传感领域在光纤传感领域，要求光纤端面具有较高的灵敏度和稳定性，以满足对光信号的探测和测量需求。
第二章光纤的结构和种类
r≤a r＞a ＞
a为纤芯半径 ；g为纤芯折射率 为纤芯半径 为纤芯折射率 分布指数； 为相对折射率差。 分布指数；△为相对折射率差。
△是表征纤芯折射率与包层折射率 差的大小的一个物理量， 差的大小的一个物理量，这个物理量直 接影响着光纤的性能。 接影响着光纤的性能。当n1与n2差别极 趋近于n 小(n1趋近于n2)，这种光纤称弱导波光 纤。目前应用的通信光纤常为弱导波光 纤。 2 ∆ = (n12 − n 2 )/ 2 n12 弱导波光纤相对折射率差△ 弱导波光纤相对折射率差△可近似为 相对折射率差
∆ ≈ (n1 − n2 )/ n1
不同g值的折射率分布 不同 值的折射率分布 n n1 2 g=1 n2 ∞
n(r)= n 1− 2∆ (r / a ) 1
[
1/2 g 1
]
g＝∞时为阶跃光纤 ＝ 时为阶跃光纤 g＝2时为平方律折射率 ＝ 时为平方律折射率 分布光纤 g=1时为三角形折射率分布 时为三角形折射率分布
二次涂覆层 一次涂覆层
··
紧套管 松套管
两种多心型芯线结构
1、带状光纤芯线 、 聚酸酯带 光纤涂覆层
裸纤
粘合剂
一个光纤带由几十至数百根光纤组成， 一个光纤带由几十至数百根光纤组成，并且 一个光纤带的接续可以一次完成，以适应大量光 一个光纤带的接续可以一次完成， 纤接续、安装的需要。特别适合用作用户光缆。 纤接续、安装的需要。特别适合用作用户光缆。
4、按光纤的材料分类 根据光纤的组成材料不同，可分为四种。 根据光纤的组成材料不同，可分为四种。 (1)石英玻璃光纤。（最常用） 石英玻璃光纤。 最常用） (2)多组分玻璃光纤(氧化物光纤)。 多组分玻璃光纤(氧化物光纤) (3)石英芯、塑料包层光纤。 石英芯、塑料包层光纤。 (4)塑料光纤。 塑料光纤。
空间光结构 光纤结构
空间光结构光纤结构
摘要：
1.空间光结构和光纤结构的定义与特点
2.空间光结构和光纤结构的应用领域
3.空间光结构和光纤结构的优缺点比较
4.空间光结构和光纤结构的发展前景
正文：
一、空间光结构和光纤结构的定义与特点
空间光结构是指由光学元件构成的一种光学系统，其主要功能是对光场进行调制和控制。
空间光结构具有较高的光学效率、较低的光学损耗以及良好的光学性能，因此在光学领域中具有广泛的应用。
光纤结构是指由光学纤维构成的一种传输系统，其主要功能是光信号的传输和分配。
光纤结构具有传输速度快、抗干扰性强、传输距离远等优点，因此在通信领域中具有重要的地位。
二、空间光结构和光纤结构的应用领域
空间光结构广泛应用于激光、光学投影、光学传感、光通信等领域，为这些领域提供高效的光学解决方案。
光纤结构主要应用于光纤通信、光纤网络、光纤传感器、光纤激光器等领域，为这些领域提供高速、稳定、远距离的传输能力。
三、空间光结构和光纤结构的优缺点比较
空间光结构具有光学效率高、光学损耗低、调制性能好等优点，但同时也
存在制作工艺复杂、体积较大等缺点。
光纤结构具有传输速度快、抗干扰性强、传输距离远等优点，但同时也存在制作成本较高、信号衰减较快等缺点。
四、空间光结构和光纤结构的发展前景
随着科学技术的发展，空间光结构和光纤结构在光学领域和通信领域中的应用将越来越广泛，未来发展前景十分广阔。
光纤-导光原理,结构与分类1
光纤的导光原理
光的反射与折射示意图
光的全反射示意图
n2
2
1
3
n1
n2
0
①②
n1 n2
4
阶跃光纤的导光原理示意图
阶跃型光纤折射率是沿径向呈阶跃分布，在轴向呈均匀 n2是包层折射率， n1是纤芯折射率。假设图中的阶跃 分布， 型光纤为理想的圆柱体，光线若垂直于光纤端面入射，并 与光纤轴线重合，或平行，这时光线将沿纤芯轴线方向向 前传播。若光线以某一角度入射到光纤端面时，光线进入 纤芯会发生折射。当光线到达纤芯与包层的界面上时，发 生全反射或折射现象。 若要使光线在光纤中实现长距离传输，必须使光线 在纤芯与包层的界面上发生全反射，即入射角大于临界角 。由前面分析已知光纤的临界角为 n2 c arcsin( ) n1
多模传输的模式数
• 对于阶跃型光纤，光纤中的传输模式数为
V2 Ns 2
• 对于渐变型光纤，光纤中的传输模式数为
V2 Ns 4
截止波长
• 截止波长是单模光纤特有的参数，是对应于第 一高阶模的归一化截止频率 Vc 2.405 时的 波长。即 2a
V
c
n1
2 2.405
故
2an1 2 c 2.405
阶跃型光纤中模式色散示意图
图中，沿光纤轴线传播的光线①传播路径最短，经过长度为L的 光纤传播时延t1最小,等于
Ln1 Ln1 t1 = C C
光纤中路径最长的是以端面临界角入射的光线②，它所产生的时 延t2是最大时延，等于：
L / sin 0 t2 = C / n1
Ln1 C sin 0
传播常数β
• 传播常数 β 是描述光纤中各模式传输特性的 一个参数，光纤中各模式的传输或截止都可以 由该参数决定。 • 光纤通信中信息就是由传导模传送的 。传导 模的传播常数是限制在到之间的，即 k0 n1 ＜β＜ k0 n2 。 • 当β＞ k0 n2时，包层中的电磁场不再衰减，而成 为振荡函数，这时传导模已不能集中于光纤纤 芯中传播，此时的模式称为辐射模，即传导模 截止。 2 • 当β= k0 n 时，传导模处于临界截止状态，光线 在纤芯和包层的界面掠射。
光纤的结构及分类
光纤的结构及分类光纤是由高折射率的核心和低折射率的包层组成的一种传输光信号的特殊导光材料。
其主要结构包括核心、包层和包层外的绝缘覆盖层。
光纤的分类可以根据其传输模式、纤芯直径和波长等不同因素进行划分。
一、光纤的结构1. 核心（Core）：光纤的核心是由高折射率的材料组成，其主要作用是传输光信号。
核心的直径通常在5-10微米之间，不同类型的光纤核心材料有不同的特性，如镀金、氧化硅、氮化硅、掺铒光纤等。
2. 包层（Cladding）：包层是由低折射率的材料包裹核心的外部层，其主要作用是限制光信号在核心中的传输，避免信号的丢失和衰减。
包层的折射率通常比核心小0.1-0.5个百分点，以保证光信号在核心和包层之间产生全反射并得以传输。
3. 包层外的绝缘覆盖层（Buffer Coating）：为了保护光纤不受外界环境的影响，通常在包层外面再包裹一层绝缘覆盖层，用来防止光纤被损坏和保持其稳定的传输性能。
二、光纤的分类1.根据传输模式分：光纤可以分为单模光纤和多模光纤两种。
- 单模光纤（Single-mode Fiber）：单模光纤的核心直径较小，一般在8-10微米之间，适用于长距离、高速、高容量的通信传输。
由于其只允许一种光模式通过，并具有低损耗和高带宽等优点，因此在长距离通信系统中得到广泛应用。
- 多模光纤（Multimode Fiber）：多模光纤的核心直径较大，一般在50-62.5微米之间，适用于短距离、低速、低容量的数据传输。
由于其允许多个光模式通过，并具有较大的接口尺寸和低制造成本等优点，因此在局域网、数据中心和短距离通信系统中得到广泛应用。
2.根据纤芯直径分：光纤可以分为粗芯光纤和细芯光纤两种。
- 粗芯光纤（大芯径光纤，Large Core Fiber）：粗芯光纤的纤芯直径一般大于50微米，适用于低成本、简单安装和短距离通信。
由于其光损耗较大，带宽较小，主要用于家庭网络、CCTV监控等领域。
- 细芯光纤（小芯径光纤，Small Core Fiber）：细芯光纤的纤芯直径一般小于50微米，适用于高容量、高速、长距离通信。
简述光纤结构。
简述光纤结构。
光纤是一种用于传输光信号的通信线路，它由一系列的光纤单元组成。
光纤单元是由一根非常细的玻璃或塑料纤维制成的，其直径通常只有几个微米。
光纤的结构主要由三个部分组成：光纤芯、包层和外护层。
光纤芯是光纤的中心部分，它是由高折射率的材料制成的，通常是硅或玻璃。
光纤芯的直径通常只有几个微米，这使得光线可以在其中传输。
光纤芯的直径越小，光线的传输速度就越快。
包层是光纤芯的外层，它是由低折射率的材料制成的，通常是硅或玻璃。
包层的作用是将光线引导到光纤芯中，并防止光线从光纤芯中逸出。
包层的厚度通常是几个微米到几十个微米之间。
外护层是光纤的最外层，它是由塑料或其他材料制成的。
外护层的作用是保护光纤芯和包层，防止它们受到损坏。
外护层的厚度通常是几百微米到几毫米之间。
光纤的结构使得光线可以在其中传输，而且传输的速度非常快。
光线在光纤中的传输速度通常是光速的三分之二到四分之三。
这使得光纤成为一种非常重要的通信线路，被广泛应用于电话、互联网和电视等领域。
光纤与光缆的结构
光纤与光缆的光纤与光缆的结构结构一、一、光纤光纤1.1.定义定义定义::光纤是光导纤维的简称。
光纤是光导纤维的简称。
狭义的说，狭义的说，狭义的说，光纤是一种约束光光纤是一种约束光并传导光的多层同轴圆柱实体介质光波导，又称光介质传输线。
2.作用作用::光纤的主要作用是传导光光纤的主要作用是传导光，，将传输的光信号从一地如实地传到另一地，实现光信号的长距离异地传输。
3.3.光纤典型结构光纤典型结构光纤的典型结构是一种细长多层同轴圆柱形实体复合纤维光纤的典型结构是一种细长多层同轴圆柱形实体复合纤维。
自内向外为：纤芯纤芯（（芯层芯层））-→包层包层--→涂覆层涂覆层（（被覆层被覆层））。
核心部分为纤芯和包层包层，，二者共同构成介质光波导二者共同构成介质光波导，，形成对光信号的传导和约束形成对光信号的传导和约束，，实现光的传输光的传输，，所以又将二者构成的光纤称为裸光纤所以又将二者构成的光纤称为裸光纤。
涂覆层又称被覆层涂覆层又称被覆层，，主要对裸光纤提供机械保护主要对裸光纤提供机械保护，，可分为一次涂层和二次涂层可分为一次涂层和二次涂层，，图1-1-11-1-1。
图1-1-1光纤典型结构纤芯（芯层）：光纤的纤芯主要由具有高折射率（记为记为n n 1）的导光材料制成的导光材料制成，，如：SiO 2光纤芯层材料多为光纤芯层材料多为SiO SiO 2----GG e O 2。
它的作用是传导光，使光信号在芯层内部沿轴向向前传输；包层：光纤的包层由低折射率光纤的包层由低折射率（（记为记为n n 2）导光材料制成导光材料制成（（折射率较纤芯低），如：低），如：SiO SiO 2光纤包层材料多为光纤包层材料多为SiOSiO 2—B 2O 3或SiO 2—P 2O 5。
它的作用是约束光。
由于纤芯和包层的折射率，满足是约束光。
由于纤芯和包层的折射率，满足nn 1>n 2光传导条件，光波在芯包界面上可发生全反射，使大部分的光能量被阻止在芯层中，从而导致光信号沿芯层轴向向前传输。
单模光纤结构和工作原理解析
单模光纤结构和工作原理解析光纤通信是一种将信息转化为光信号进行传输的技术，在现代通信领域中广泛应用。
而在光纤通信中，单模光纤是一种常见的光纤结构，具有较高的传输质量和传输距离。
本文将详细解析单模光纤的结构和工作原理。
单模光纤是一种特殊设计的光纤，它具有较小的纤芯直径，通常为几个微米。
与多模光纤相比，单模光纤能够将光信号传输得更加准确和高效。
单模光纤的结构主要由两个部分组成：纤芯（core）和包层（cladding）。
纤芯是光纤中心的一部分，是光信号传输的核心区域。
纤芯通常采用高折射率的材料制成，例如二氧化硅，用于限制光信号以一种称为单模传输的方式沿着光纤传播。
由于纤芯的小直径，单模光纤只允许光信号以一种单一的传播模式传输，这意味着光信号会紧密集中在一条路径上，减少了在传输过程中的色散效应。
包层是纤芯的外部保护层，用于降低光信号在光纤中的损耗和传播的散射。
包层一般由折射率较低的材料制成，例如硅氧化物。
由于包层的存在，光信号在纤芯中传输时会遵循全内反射的原理，即光信号会持续地在纤芯与包层之间来回传输，而不会发生外层的损耗和散射。
单模光纤的工作原理基于光的全内反射现象。
当光从一个折射率较高的介质（例如空气）射入一个折射率较低的介质（纤芯）时，光会发生折射。
当光的入射角小于临界角时，光会完全反射，并沿着纤芯传输。
由于单模光纤的纤芯直径较小，光信号被限制在单一模式传输，减少了信号的广义色散和互模色散。
除了纤芯和包层之外，单模光纤还包括一个外包层（outer cladding）和一个护套（jacket）。
外包层主要起到机械保护的作用，防止光纤受到物理损坏。
护套则用于保护整个光纤的完整性，并提供额外的机械强度和耐用性。
单模光纤的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：首先，通过光源产生光信号，通常使用激光器；然后，光信号通过一个调制器进行调制和调整；接下来，光信号通过耦合器进入单模光纤的纤芯中；在光纤中，光信号受到全内反射的影响，沿着光纤传播；最后，光信号到达接收器，通过解调器转化为原始信号。
光纤通信系统结构及各部分功能
光纤通信系统结构及各部分功能光纤通信系统结构及各部分功能引言光纤通信是一种利用光纤作为传输介质进行数据通信的技术。
它具有巨大的传输带宽和较低的传输损耗，因此被广泛应用于各个领域，包括互联网、电信和电视传输等。
光纤通信系统由多个部分组成，各部分协同工作，实现高效的数据传输。
本文将深入探讨光纤通信系统的结构和各部分的功能，并分享对该主题的一些观点和理解。
一、光纤通信系统的结构光纤通信系统主要由三个基本组成部分构成：光发射器、光纤传输介质和光接收器。
在这个简单的结构背后，有许多重要的辅助部分和功能组件来保证系统的正常运行和数据的有效传输。
1. 光发射器光发射器是一个关键组件，它将电信号转换为可传输的光信号。
主要包括激光器和调制器两个部分。
激光器负责产生高强度、单色性和方向性良好的光源，而调制器则负责将电信号调制到光信号上，以便在光纤中传输。
2. 光纤传输介质光纤传输介质作为光信号传输的通道，在系统中起到至关重要的作用。
光纤主要由二氧化硅等材料制成，能够实现光信号的高速传输和低损耗。
它具有高带宽、抗干扰性强和体积轻小等优点，适合长距离的信号传输。
3. 光接收器光接收器是将接收到的光信号转换为电信号的装置。
它由光探测器和解调器组成。
光探测器负责将光信号转换为电信号，解调器则负责将电信号恢复为原始的传输数据。
二、光纤通信系统各部分功能除了上述基本的组成部分，光纤通信系统还包括其他关键的部分，每个部分都有自己特定的功能。
1. 发送端处理和调制功能发送端的处理和调制功能确保原始电信号能够被正确地转换为可以传输的光信号。
这个过程包括信号的放大、调制和编码等步骤。
放大确保信号强度足够，调制使信号能够携带更多的信息，而编码则保证信号的可靠传输和解析。
2. 光纤传输和光信号放大功能光纤传输和光信号放大功能包括了一系列的步骤和设备，确保光信号在光纤中稳定传输和放大。
这些步骤包括选择适当的光纤类型、优化光纤布线和使用光纤放大器等。
光纤结构
光纤通信系统的基本组成光纤传输系统的组成部分和各部分功能 信息源：把用户信息转换为原始电信号电发射机：把基带信号转换为适合信道传输的信号光发射机：把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路 光纤线路：把来自光发射机的信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机光接收机：把光纤线路的输出光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复发射前电信号 电接收机：把接收电信号转换为基带信号 信息宿：恢复用户信息光纤结构：光纤（Optical Fiber 量主要在纤芯内传输。
包层为光的传输提供反射面和光隔离， 并起一定的机械保护作用。
突变型多模光纤：纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。
渐变型多模光纤：渐变型多模光纤具有自聚焦效应，不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上，而且这些光线的时间延迟也近似相等。
在纤芯中心折射率最大为n1，沿径向r 向外围逐渐变小，直到包层变为n2。
光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。
几何光学：用几何光学方法分析光纤传输原理，我们关注的问题主要是光束在光纤中传播的空间分布和时间分布，并由此得到数值孔径和时间延迟的概念。
射线方程：n dsdp n dsd ∇=)(ρ为特定光线的位置矢量， s 为从某一固定参考点起的光线长度波动光学：光波是电磁波，只有通过求解由麦克斯韦方程组导出的波动方程分析电磁场的分布(传输模式)的性质，才能更准确地获得光纤的传输特性。
光纤传输模式：一种是模式截止，另一种是模式远离截止。
由光纤的形状、折射率、入射光波长等条件决定波动方程：0)(22=+∇E cnw E 0)(22=+∇H cnw H边界条件：在两种介质交界面上电磁场矢量的E (r,φ,z)和H (r,φ,z)切向分量要连续模式的基本特征：每一个模式对应于沿光波导轴向传播的一种电磁波;每一个模式对应于某一本征值并满足全部边界条件;模式具有确定的相速群速和横场分布. 模式是波导结构的固有电磁共振属性的表征。
光纤光缆21条基础知识
光纤光缆基础知识1. 光纤的结构是怎么样的？光纤裸纤一般分为三层：纤芯、包层和涂覆层。
光纤的结构：光纤纤芯和包层是由不同折射率的玻璃组成，中心为高折射率玻璃纤芯(掺锗二氧化硅)，中间为低折射率硅玻璃包层(纯二氧化硅)。
光以一特定的入射角度射入光纤，在光纤和包层间发生全发射（由于包层的折射率稍低于纤芯），从而可以在光纤中传播。
涂覆层的主要作用是保护光纤不受外界的损伤，同时又增加光纤的柔韧性。
正如前面所述，纤芯和包层都是玻璃材质，不能弯曲易碎，涂覆层的使用则起到保护并延长光纤寿命的作用。
2.光缆的组成光纤由纯石英以特别的工艺拉丝成比头发还细中间有几介质的玻璃管，它的质地脆易断，因此需要外加一层保护层。
光纤外层加上塑料保护套管及塑料外皮就成了光缆。
光缆包含光纤，光纤就是光缆内的玻璃纤维，广泛上来说光纤是光缆，都是一种传输介质。
但严格意义上讲，两者是不相同的产品，光纤和光缆的区别：光纤是一种传输光束的细而柔软的媒质。
多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。
所以光纤是光缆的核心部分，光纤经过一些构件极其附属保护层的保护就构成了光缆。
3.光纤的工作波长？光是由它的波长来定义，在光纤通信中，使用的光是在红外区域中的光，此处光的波长大于可见光。
在光纤通信中，典型的波长是800到1600nm，其中最常用的波长是850nm、1310nm和1550nm。
在选择传输波长时，主要综合考虑光纤损耗和散射。
目的是通过向最远的距离、以最小的光纤损耗来传输最多的数据。
在传输中信号强度的损耗就是衰减。
衰减度与波形的长度有关，波形越长，衰减越小。
光纤中使用的光在850、1310、1550nm处的波长较长，故此光纤的衰减较小，这也导致较少的光纤损耗。
并且这三个波长几乎具有零吸收，最为适合作为可用光源在光纤中传输。
4.最小色散波长和最小损耗波长在目前商用光纤中，什么波长的光具有最小色散？什么波长的光具有具有最小损耗？1310nm波长的光具有最小色散，1550nm波长的光具有最小损耗。
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第一章绪论重点内容:光纤光缆基本结构,各部分的作用,所用原料的科学性,七种常用护套的形式,光纤的发展历史与水平(自查资料,写出报告)难点:光纤结构胶各部分作用的理解主要内容:1.1 概述1.1.1 光纤1.定义:光纤是光导纤维的简称。
狭义的说，光纤是一种约束光并传导光的多层同轴圆柱实体介质光波导，又称光介质传输线。
2. 作用:光纤的主要作用是传导光，将传输的光信号从一地如实地传到另一地，实现光信号的长距离异地传输。
3.光纤典型结构光纤的典型结构是一种细长多层同轴圆柱形实体复合纤维。
自内向外为：纤芯（芯层）-→包层-→涂覆层（被覆层）。
核心部分为纤芯和包层，二者共同构成介质光波导，形成对光信号的传导和约束，实现光的传输，所以又将二者构成的光纤称为裸光纤。
涂覆层又称被覆层，主要对裸光纤提供机械保护，可分为一次涂层和二次涂层，图1-1-1。
纤芯（芯层）：光纤的纤芯主要由具有高折射率（记为n1）的导光材料制成，如：SiO2光纤芯层材料多为SiO2--GeO2。
它的作用是传导光，使光信号在芯层内部沿轴向向前传输；包层：光纤的包层由低折射率（记为n2）导光材料制成（折射率较纤芯低），如：SiO2光纤包层材料多为SiO2—B2O3或SiO2—P2O5。
它的作用是约束光。
由于纤芯和包层的折射率，满足n1>n2光传导条件，光波在芯包界面上可发生全反射，使大部分的光能量被阻止在芯层中，从而导致光信号沿芯层轴向向前传输。
涂覆层（被覆层）：光纤涂覆层是为保护裸光纤、提高光纤机械强度和抗微弯强度并降低衰减而涂覆的高分子材料层。
一般情况下涂覆层有二层，内层为低模量高分子材料，称为一次涂层；外层为高模量高分子材料，称为二次涂层：一次涂层：又分预涂层和缓冲层两层，常用材料有硅酮树脂、紫外固化炳烯酸酯UV等；二次涂层：其结构有三种，它们是紧套结构、松套结构、带状结构。
常用材料有尼龙PA12、聚乙烯PE、硅橡胶、聚酰胺塑料、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT，聚丙烯，聚脂等。
裸光纤涂覆高分子材料的原因：（1）裸光纤的主要成分为二氧化硅，它是一种脆性易碎材料，抗弯曲性能差，韧性差，为提高光纤的微弯性能，涂覆一层高分子涂层。
（2）光纤拉丝成形时，表面存在缺陷微裂纹的几率很小，但如遇到空气中的水，将会发生水合反应使Si-O键断裂，产生Si-OH基，会引起光纤出现裂纹，如本身已存在微裂纹，则使裂纹发生扩展，最终使光纤强度降低或断裂。
克服的方法是在裸光纤表面涂一层高分子材料阻止水分子与Si—O键接触。
O╱╲H H≡Si—O—Si≡→≡Si- -O-Si≡────→≡Si-OH+ O-Si≡→≡Si—OH∣H （1-1-3）（3）裸光纤与空气中的水分子发生反应生成羟基，羟基是光纤固有吸收衰减的主要成因。
为降低光纤的吸收衰减必须涂高分子材料阻止水份的侵入。
（4）二氧化硅是一种脆性易碎材料，如将若干根这样的裸光纤集束成一捆，相互间极易产生磨损，导致光纤表面损伤而影响光纤的传输性能。
为防止这种损伤采取的有效措施就是在裸光纤表面涂一层高分子材料。
4.光纤的基本结构光纤的基本结构主要根据一次涂层与二次涂层的相对位置划分。
通常有三种：紧套结构、松套结构、带状结构。
紧套光纤：紧套光纤基本结构为二次涂层与一次涂层紧密相贴，两层间无空隙，一次涂覆光纤在二次涂层内不能自由移动，二层挤在一起且各层同心。
紧套光纤具有体积小和较好的机械强度特点，但外界环境变化时，易受影响，即温度特性差。
这种结构的光纤使用场合较少。
常用涂覆材料有硅酮树脂，紫外固化炳烯酸酯UV等；松套光纤（光纤松套缓冲管）：松套光纤基本结构为二次涂层与一次涂层间有一定的空隙，一次涂覆光纤在充有光纤防水油膏的二次涂层内可自由移动。
二次涂层为一松套塑料管，常用涂覆材料：PBT聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚乙烯等。
光纤松套管内含有2－12根一次涂覆光纤，松套缓冲管隔离外部应力及温度变化对光纤的作用，松套管内填充的光纤防水油膏对光纤起机构保护和阻水两方面的作用，松套光纤具有更好的机械特性和温度特性，但直径较粗，其所占空间相对较大，光纤光缆原料使用量增加。
带状光纤（光纤带）：将若干根一次涂覆光纤（4－24）有规则的平行排列并用聚乙烯或聚酯等高分子树脂涂覆成二次涂层，粘接成带状后叠带而成的光纤，这种光纤称之为带状光纤。
带状光纤有二种结构：包封型和边缘粘结型，图1-1-2。
适合作高密度光缆的缆芯，可减小缆芯尺寸，又增加纤芯数，是用户光缆首选结构。
包封型光纤带的结构特点包封型结构采用杨氏模量较低的树脂作内层，模量较高的树脂作外层，因此它具有较好的抗微弯作用和抗侧压作用，二者可兼顾，机械性能优越，但叠带后，占据的体积大，对下道工序有一定的要求，套塑时松套管的外径增大，高分子原材料用料增加，使产品成本有所增长。
边缘粘结型光纤带结构特点这种结构的光纤带高分子原料用料少，叠带后体积小，套塑松套管外径相应减小，节约用料，降低光缆的生产成本。
1.1.2光缆1.定义: 光缆是由若干根这样的光纤经一定方式绞合、成缆并外挤保护层构成的实用导光线缆制品。
2.作用:光缆内的加强件及外保护层等附属材料的作用主要是保护光纤并提供承缆、敷设、储存、运输和使用要求的机械强度、防止潮气及水的侵入及环境、化学的侵蚀和生物体啃咬等。
3.光缆的基本组成光缆主要由二部分构成：缆芯和护套。
缆芯：由涂覆光纤和加强件构成，有时加强件分布在护套中，这时缆芯只有涂覆光纤。
涂覆光纤又称芯线，主要有紧套光纤，松套光纤，带状光纤三种。
它们是光缆的核心部分，决定着光缆的传输特性。
加强件的作用是承受光缆所受的张力载荷，一般采用杨氏模量大的镀锌或镀磷钢絲或芳纶纤维，或经处理的复合玻璃纤维棒等材料。
护套：护套的作用是保护缆芯、防止机械损伤和有害物质的侵蚀，对抗侧压能力、防潮密封、耐腐蚀等性能有严格要求。
其结构一般为：内护套→铠装层→外护层三层。
内护套：位于铠装层与缆芯之间的同心层，起机构保护与铠装衬垫作用。
常用的内护套有PE、PVC护套；铠装层：在内护套与外护层之间的同心层，主要起抗压或抗张的机构保护作用。
铠装层通常由钢絲或钢带构成。
钢带铠装层的主要作用是抗压，适用于地下埋设的场合。
钢絲铠装层的主要作用是抗拉，主要用于水下或垂直敷设的场合。
在海底光缆中，为防止渔具及鱼类对光缆的损伤，也有采用钢带和钢丝联合构成铠装层的情况。
常用钢带和钢丝的材料都是由低碳钢冷轧制成。
为防止腐蚀，要求铠装钢带必须有防蚀措施，如预涂防蚀漆或镀锌或镀磷等，而铠装钢丝则使用镀锌或镀磷钢丝、涂塑钢丝、挤塑钢丝等。
外护层：在铠装层外面的同心层，主要对铠装层起防蚀保护作用。
常用的外护层有PE、PVC和硅橡胶护套。
护套的类型有四种：金属护套，橡塑护套，综合护套（组合护套）及特种护套。
（1）.金属护套：铅、铝、钢絲、钢带护套。
具有完全不透水性，可以防止水份及其他有害物质进入缆芯。
（2）.橡塑护套：具有一定的透水性，但具有较好的柔软性，特别适合敷设在移动频繁的场合，常用材料有橡胶、聚乙烯、聚氯乙稀等。
（3）.组合护套：是由金属护套和橡塑护套组合而成，兼有二者的优点，不透水性最佳，一般由铝带或钢带粘结聚乙烯材料制成。
（4）.特种护套：为满足某种特殊要求而设计，如耐辐射，防生物，阻燃，防鼠咬，防白蚁等特殊功能护套，常用材料有PE、XLPE、PVC与各种添加剂混合物。
光缆常用七种护套类型：（1）PE护套；（2）PVC护套；（3）铝/聚乙烯综合护套（LAP）；（4）皱纹钢带纵包护套；（5）LAP＋钢带绕包护套；（6）LAP＋钢带铠装护套；（7）LAP＋钢絲铠装护套。
4.光缆的基本结构按照光缆缆芯结构的不同可将光缆分为三种：（1）层绞式光缆将松套光纤绕在中心加强件周围绞合而成缆芯并外挤护套构成的光缆被称为层绞式光缆，图1-1-3。
这种结构光缆的优点是采用松套光纤可以增加光纤的抗拉，抗压强度，并可改善光缆的温度特性。
且光缆制造设备简单，工艺成熟，应用最为广泛。
（2）骨架式光缆将紧套光纤或一次被覆（着色）光纤或光纤带置入中心加强件周围的螺旋形塑料V型骨架凹槽内且外挤护套而成的光缆称为骨架式光缆，图1--3。
这种结构的光缆具有非常好的抗侧压性能，特别利于对光纤的保护，当光缆受外力作用时，光纤在骨架凹槽内可径向移动，减轻外力对光纤的作用，同时，槽内充有光纤防水油膏，具有很好的吸水和缓冲作用。
（3）中心管式光缆将一次被覆光纤或光纤束，或光纤带放入中心大套管中，加强件分布在套管周围，套管内充有光纤防水油膏且外挤制护套，这种结构的光缆称为中心管式光缆，图1-1-3。
在这种结构中，加强件同时起到护套的作用，最大的特点是可以减轻光缆的重量。
图1-1-1 光纤典型结构图1-1-2 光纤三种基本结构（a）层绞式光缆 (b)骨架式光缆(C)中心管式光缆图1-1-3 光缆三种基本结构。