光纤基本知识教程文件
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位光纤，使1300nm和1550nm处色散皆为零的色散 平坦光纤，或1550nm处具有负色散值的色散补偿 光纤
光纤材料的变化关系
D=DM+DW
17ps/nm.k m@1550nm
零色散 波长
43
偏振模色散
▪ 在理想的单模光纤中，基模是由两个相互垂
直的简并偏振模组成。如果由于某种因素使 这两个偏振模有不同的群速度，出纤后两偏 振模的迭加使得信号脉冲展宽，从而形成偏 振模色散(PMD) 。
36
光纤的色散
色散的基本概念 色散的种类及其产生原因
37
色散的基本概念
▪ 光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随传输距离增加，由于
不同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。
▪ 光纤的色散将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离
和容量。
▪ 色散的大小常用时延差表示，时延差是光脉冲中不同模式或不
33
模场直径MFD
对单模光纤，2a与处
于同一量级，由于衍射
效应，模场强度有相当
一部分处于包层中，不
易精确测出2a的精确值，
因而只有结构设计上的
意义，在应用中并无实
2w
际意义，实际应用中常
用模场直径2w，即光
斑尺寸表示，近似为：
2a
e=2.71828
电场强度 降到峰值 的1/e
E0/e
W a 0.69 1.1619V 3 2 2.879V 6
n1 n11 n12 n13 n2
14
光线理论
理论上，光在渐变光纤的传播轨迹：
(z) Asin
2 a1
Z
n 2 光在渐变光纤
以不同角度入
n1 射的光线族皆
光纤材料的变化关系
D=DM+DW
17ps/nm.k m@1550nm
零色散 波长
43
偏振模色散
▪ 在理想的单模光纤中，基模是由两个相互垂
直的简并偏振模组成。如果由于某种因素使 这两个偏振模有不同的群速度，出纤后两偏 振模的迭加使得信号脉冲展宽，从而形成偏 振模色散(PMD) 。
36
光纤的色散
色散的基本概念 色散的种类及其产生原因
37
色散的基本概念
▪ 光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随传输距离增加，由于
不同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。
▪ 光纤的色散将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离
和容量。
▪ 色散的大小常用时延差表示，时延差是光脉冲中不同模式或不
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模场直径MFD
对单模光纤，2a与处
于同一量级，由于衍射
效应，模场强度有相当
一部分处于包层中，不
易精确测出2a的精确值，
因而只有结构设计上的
意义，在应用中并无实
2w
际意义，实际应用中常
用模场直径2w，即光
斑尺寸表示，近似为：
2a
e=2.71828
电场强度 降到峰值 的1/e
E0/e
W a 0.69 1.1619V 3 2 2.879V 6
n1 n11 n12 n13 n2
14
光线理论
理论上，光在渐变光纤的传播轨迹：
(z) Asin
2 a1
Z
n 2 光在渐变光纤
以不同角度入
n1 射的光线族皆
(完整word版)光纤光缆的基础知识
光纤光缆的基础知识一、光纤1．光纤的定义光纤是光导纤维的简称，即用来通光传输的石英玻璃丝。
2．光纤的结构组成和作用1）光纤的构成：光纤是由光折射率较高的纤芯和折射率较低的包层组成，为了保护光纤不受外力和环境的影响，在包层的外面都加上一层塑料护套（也叫涂覆层）。
2）光纤各组成部分的作用：纤芯：siO2+GeO2（作用是导光通信)包层：siO2(作用是使全反射成为可能)涂覆层：光固化丙烯酸环氧树脂或热固化的硅酮树脂（作用是防止光纤表面受损产生微裂纹，将光纤表面与环境中的水分、化学物质隔开,防止已有的微小裂纹逐步生长扩大)3．光纤的分类A：按组成光纤的材料分类：玻璃（石英）光纤、塑料光纤；B:按光纤横截面上折射率分布分类：有突变型光纤（普通单模光纤)、渐变型光纤(多模光纤）、阶跃型光纤等；C:按光纤传输模式分类：多模光纤、单模光纤等.单模光纤中光偏振状态要传输过程中是否保持不变，又可分为偏振模保持光纤和非偏振模保持光纤；D：按工作波长窗口分类：长波长光纤和短波长光纤等注：单模光纤是指只能传输一种模式（基模或最低阶模）的光纤，其信号畸变很小。
多模光纤是一种能承载多种模式的光纤，即能够允许多个传导模的通过。
模是指光在光纤中的传输方式（单模/多模）。
单模光纤具有很小的芯径，以确保其传输单模，但是其包层直径要比芯径在十多倍，以避免光的损耗。
单模光纤以其衰减小、频带宽、容量大、成本低和易于扩容等优点，作为一种理想的光通信媒介,在全世界得到及为广泛的应用。
4．光纤的特性A：几何特性和光学特性（主要针对单模光纤）纤芯直径：A、多模光纤（50um/62。
5um两种标称直径）B、单模光纤(8.3um）包层直径：125。
0±1.0um包层不圆度:≤1。
0％涂层外径：245±5.0um纤芯、包层同心度：≤0。
5um翘曲度：曲率半径≥4.0m模场直径：指光纤中基模场的电场强度随空间的分布。
它描述了单模光纤中光能集中程度的参量。
光纤光缆基础知识培训
外径（mm) 重量（kg/km) 可传输话路 12－19 150－200
200百万以上
47
6300
1900
10万
3000
光缆比电缆相比有如下优点
• • • • • 1、传输衰减低 2、传输带宽大 3、直径细 4、重量轻 5、传输信号本质不同，不受电磁干扰
• 6、构成传输线路的媒质不同，可节省有色金属
光纤光缆基础知识
汉中电信分公司传输线路维护部
冯 军
目 录
• 第一节 光纤的基础知识
• • • • • • 一、光线的传播 二、光纤的结构 三、光纤的导光原理 一、光缆的结构 二、光缆的分类 三、光缆与电缆的主要区别
• 第二节 光缆的基础知识
第一节 光纤的基础知识
什么是光纤？ 光纤是光导纤维的简称，是光通信 系统传输光信号的介质。
• 1、普通光缆 • 2、阻燃光缆 • 3、防鼠、防蚁光缆
二、光缆的分类
根据光缆中光纤种类可分为：
• 1、单模光缆 • 2、多模光缆
三、光缆与电缆的主要区别
• 虽然都是通信系统的传输线路， 但它们所传输的信号和构成线路 的媒质有着本质的不同。
光缆与电缆的比较
线路类型
LAP护层光缆 标准同轴电缆 长途对称电缆 （200对）
用于制造各种类型的光缆
三、光纤的导光原理
包层n2
纤芯n1
光纤是利用光的全反射原理来 传导光能的。由于纤芯的折射率n1 大于包层的折射率n2，满足了光 线的全反射条件，所以光在光纤 纤芯与包层之间形成全反射而封 闭在纤芯中进行传播。
第二节 光缆的基础知识
什么是光缆？ 光缆是光缆通信系统中的传输线路。
一、光缆的结构
光纤通信原理-(全套)教程文件
图1.2 反射波导和透镜波导
1966年，英籍华人高锟(K.C.Kao，当 时工作于英国标准电信研究所)博士深入研 究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题， 发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因 是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属 离子和其他杂质，其次是拉制光纤时工艺 技术造成了芯、包层分界面不均匀及其所 引起的折射率不均匀，他还发现一些玻璃 纤维在红外光区的损耗较小。
根据光纤的传导模数量，光纤通信系 统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤 通信系统。
根据系统的工作波长，光纤通信系统 可分为短波长光纤通信系统、长波长光纤 通信系统和超长波长光纤通信系统。
第二章 光纤和光缆
光纤作为光纤通信系统的物理传输媒 介，有着巨大的优越性。
本章首先介绍光纤的结构与类型，然 后用射线光学理论和波动光学理论重点分 析光在阶跃型光纤中的传输情况，最后简 要介绍光缆的构造、典型结构与光缆的型 号。
系统中光发送机的作用是将电信号转 换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。 光发送机一般由驱动电路、光源和调制器 构成，如果是直接强度调制可以省去调制 器，这些将在后续章节中详细介绍。
光接收机的作用是将光纤送来的光信 号还原成原始的电信号。它一般由光电检 测器和解调器组成，对于直接强度调制解 调器可以省略。
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载 波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)，因此光纤具有很大的通信 容量。
2. 损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其 他通信线路的损耗都低得多，因此，由其 组成的光纤通信系统的中继距离也较其它 介质构成的系统长得多。
光纤基础知识
光纤基础知识光纤是光导玻璃纤维的简称，就是用来导光的透明介质纤维，它是一种新型的光波导。
光纤外径一般为125 μm～140 μm，芯径一般为3 μm～100 μm。
1.光纤的结构一根实用化的光纤是由多层透明介质构成的，一般为同心圆柱形细丝，为轴对称结构，可以分为三部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层。
其外形如图2.1所示，其结构如图2.2所示。
图2.1 光纤外形示意图图2.2 光纤的结构示意图光纤的结构一般是双层或多层的同心圆柱体，如图2.2所示。
中心部分是纤芯，纤芯以外的部分称为包层。
纤芯的作用是传导光波，包层的作用是将光波封闭在光纤中传播。
为了达到传波的目的，需要使光纤材料的折射率n，大于包层1。
为了实现纤芯和包层的折射率差，必须使纤芯和包层材料有所材料的折射率n2不同。
目前实用的光纤主要是石英。
如果在石英中掺入折射率高于石英的掺杂剂，则就可作为纤芯材料。
同样如果在石英中掺入折射率比石英低的掺杂剂，则就可以作为包层材料，经过这样掺杂后，上述的目的就可达到了。
也就是说，光纤是由两种不同折射率的玻璃材料拉制而成的。
（1）纤芯位于光纤的中心部位，是光波的主要传输通道。
直径d1=4 μm～50 μm，单模光纤的纤芯为4 μm～10 μm，多模光纤的纤芯为50 μm。
纤芯的成分是高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂（如GeO2，P2O5），作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以传输光信号。
（2）包层位于纤芯的周围。
直径d2=125 μm，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。
而掺杂剂（如B2O3）的作用则是适当降低包层对光的折射率（n2），使之略低于纤芯的折射率，即n1＞n2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。
（3）涂覆层光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。
一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料；缓冲层一般为性能良好的填充油膏；二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。
《光纤基础知识》课件
数据
03 光纤的结构与原理
光纤的结构
光纤由纤芯和 包层组成
纤芯是光纤的 核心部分，用 于传输光信号
包层是光纤的 外层，用于保 护纤芯并减少 光信号的损失
光纤的横截面 可以是圆形、 方形或其他形
状
光纤的直径通 常在几微米到 几百微米之间
光纤的折射率 分布可以是均 匀的，也可以
是渐变的
光的全反射原理
测试：对 预制棒进 行性能测 试
切割：将 预制棒切 割成光纤
拉丝工艺
原料：高纯度石英砂 熔融：将石英砂熔融成玻璃棒 拉丝：将玻璃棒拉成细丝 涂覆：在细丝上涂覆一层保护膜 固化：将涂覆后的细丝固化 测试：对固化后的细丝进行测试，确保其性能符合要求
涂覆工艺
涂覆材料：主要包括聚丙烯酸酯、聚氨酯等 涂覆方法：主要有浸涂、喷涂、刷涂等 涂覆目的：保护光纤不受外界环境的影响，提高光纤的传输性能 涂覆厚度：一般为25-50微米，具体根据光纤类型和用途而定
材料色散是由 于光纤材料对 不同频率的光 的折射率不同
导致的
色散会影响光 纤的传输性能， 如信号失真、 传输距离受限
等
带宽与色散的关系
带宽：光纤传输信号的频率范围 色散：光纤传输信号的频率与传输距离的关系 色散与带宽的关系：色散越大，带宽越小 色散与传输距离的关系：色散越大，传输距离越短 色散与信号质量的关系：色散越大，信号质量越差 色散与光纤类型的关系：不同光纤类型的色散特性不同
石英光纤：传输损 耗低，传输距离远 ，适用于长距离传 输
光纤的应用场景
电信网络：用 于传输语音、 数据和视频信
号
互联网：用于 连接服务器、 路由器和交换
机等设备
广播电视：用 于传输广播电
视信号
03 光纤的结构与原理
光纤的结构
光纤由纤芯和 包层组成
纤芯是光纤的 核心部分，用 于传输光信号
包层是光纤的 外层，用于保 护纤芯并减少 光信号的损失
光纤的横截面 可以是圆形、 方形或其他形
状
光纤的直径通 常在几微米到 几百微米之间
光纤的折射率 分布可以是均 匀的，也可以
是渐变的
光的全反射原理
测试：对 预制棒进 行性能测 试
切割：将 预制棒切 割成光纤
拉丝工艺
原料：高纯度石英砂 熔融：将石英砂熔融成玻璃棒 拉丝：将玻璃棒拉成细丝 涂覆：在细丝上涂覆一层保护膜 固化：将涂覆后的细丝固化 测试：对固化后的细丝进行测试，确保其性能符合要求
涂覆工艺
涂覆材料：主要包括聚丙烯酸酯、聚氨酯等 涂覆方法：主要有浸涂、喷涂、刷涂等 涂覆目的：保护光纤不受外界环境的影响，提高光纤的传输性能 涂覆厚度：一般为25-50微米，具体根据光纤类型和用途而定
材料色散是由 于光纤材料对 不同频率的光 的折射率不同
导致的
色散会影响光 纤的传输性能， 如信号失真、 传输距离受限
等
带宽与色散的关系
带宽：光纤传输信号的频率范围 色散：光纤传输信号的频率与传输距离的关系 色散与带宽的关系：色散越大，带宽越小 色散与传输距离的关系：色散越大，传输距离越短 色散与信号质量的关系：色散越大，信号质量越差 色散与光纤类型的关系：不同光纤类型的色散特性不同
石英光纤：传输损 耗低，传输距离远 ，适用于长距离传 输
光纤的应用场景
电信网络：用 于传输语音、 数据和视频信
号
互联网：用于 连接服务器、 路由器和交换
机等设备
广播电视：用 于传输广播电
视信号
光纤光缆基础知识培训
光子晶体光纤
光子晶体光纤在光通信、光学传感、激光雷达等领域 具有广泛的应用前景。例如，在光通信领域，可以实 现高保密性的光子加密传输；在光学传感领域，可以 实现高灵敏度的光学传感。
光子晶体光纤是一种新型的光纤，由于其特殊的结构 ，可以实现一些常规光纤无法实现的功能。例如，可 以实现无截止单模传输、高双折射等。
超高速率光纤通信系统的实现主要依赖于调制技术和信号处理技术的进 步。例如，采用更高速的调制格式、更先进的信号处理算法等，可以进
一步提高光纤通信系统的传输速率。
超大容量光纤通信系统的实现主要依赖于多信道复用技术和光子集成电 路技术的发展。例如，采用更高阶的复用技术、更紧凑的光子集成电路 等，可以进一步提高光纤通信系统的通信容量。
光纤光缆基础知识培训
目录
• 光纤光缆简介 • 光纤光缆的工作原理 • 光纤光缆的应用场景 • 光纤光缆的制造与维护 • 光纤光缆的发展趋势 • 案例分析
01 光纤光缆简介
光纤光缆的定义
总结词
光纤光缆是一种传输光信号的通信线缆，由光导纤维和保护 层组成。
详细描述
光纤光缆是利用光波在光导纤维中传输信息的通信线缆。它 由多根光导纤维和保护层组成，其中光导纤维是传输光信号 的核心部分，保护层则起到保护光导纤维的作用。
光纤光缆的分类
总结词
光纤光缆根据不同的分类标准可以分为多种类型，如 按传输模式可分为单模光纤和多模光纤；按折射率可 分为突变型和渐变型光纤。
详细描述
根据传输模式的不同，光纤光缆可以分为单模光纤和 多模光纤。单模光纤只传输单一的模态，适用于长距 离传输；多模光纤则可以传输多个模态，适用于短距 离或低速率的传输。此外，根据折射率分布的不同， 光纤光缆还可以分为突变型光纤和渐变型光纤。突变 型光纤的折射率在纤芯中保持不变，而渐变型光纤的 折射率则从纤芯中心向外部逐渐减小。
《光纤光缆知识培训》PPT课件
2.5Gb/s
928km
4528km
6400km
10Gb/s
58km
283km
光波在光纤中是以全反射的形式传播的。光波在光纤中实现全反
射的条件是：
光纤纤芯的折射率一定(yīdìng)要大于光纤包层的折射率。 进入光纤的光线向纤芯-包层界面入射时，入射角应大于临界角。
第十一页，共68页。
2.光纤分类(fēn 标 lèi)
准
GB15972
IEC793
A1a
A1a
A1b
A1b
B1.1
第十二页，共68页。
多模光纤
定义：具有大的芯径(50或62.5μm) ，能够采用不同的传输路径（多个模式）来
传输的光纤。
优点：容易与光源以及其他光纤进行耦合，光源（发射机）成本低， 并且具有简单的连接与熔接特性。
缺点：具有相对(xiāngduì)较高的衰减、低带宽，使得光在多模光纤内的传输 被限制于短距离。
色散(sèsàn)（Dispersion）
反映脉冲展宽的特性 限制了传输容量的大小和传输距离(jùlí)的距离(jùlí) 原因： 不同的波长具有不同的速度
发射端
光纤
第三十四页，共68页。
接收端
受色散限制的无中继距离( jùlí)大致理论值
速 率 1550nm（G.652） 1550nm（G.655）1310nm（G.652）
第二十一页，共68页。
衰减系数
衰减系数 ＝10log(P0/PL)/L（dB/km）
这里； P0 输入光功率 PL 经过L长度的光纤后的输出光功率 L 传输距离
L
P0
PL
第二十二页，共68页。
单模光纤的典型(diǎnxíng)谱衰耗
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－－将光标A、B，分别置于始端反射脉冲和终端反射脉冲上升边缘的前一点；如果由于接续质量 非常反射峰不易分辨而难以确定A点，一般可以重新接续或在接续点的光纤上打一紧绷的小圈 ；如果末端无反射而不易确定光标B，则可以切割光纤末端，使其产生反射；
• 波长衰减系数： －－避开光纤的测试盲区（盲区长度一般100～200m），一般我们采用过渡光纤的办法来充分避
光纤培训资料
光纤事业部 教育培训资料
一、光纤测试部分 1.几何尺寸 2.传输性能 3.机械性能 4.环境性能
二、光纤标准部分
1. G.652单模光纤 2. 单模光纤检验规程 3. 光纤不合格品管理标准 4. 产品标识和可追溯性管
理标准
<光纤测试部分>
一、光纤的几何参数
• 光纤的几何参数是最基本的参数，它们除对光纤的传 输性能和机械性能有影响外，还对光纤的接续损耗产 生很大的影响；它们是光纤物理尺寸制造的依据，在 光纤制造过程中要严格控制光纤的几何尺寸，并进行 严格的测量；
A()10logP1()(dB) P2()
衰减系数 a(λ)＝ A(λ)/L (dB/km)
上式中：P1(λ)：在波长为λ时，通过横截面1的光功率； P2(λ)：在波长为λ时，通过横截面2的光功率； L ：横截面1和横截面2之间的距离；
P1(λ） 1
被测光纤
P2(λ）
L
2
1.1测试方法
• 截断法（基准测试方法） －－在不改变注入条件下，分别测出通过光纤两个点的光功率P1(λ)
5
XXXX YYYY
例外如因： 则当是光成纤缆和15敷50设nm时等的长②各波种长作上用出力现一，段即次差压时涂力，、层往弯往曲是、因扭为转排以纤U及不V光良固缆引连起化接的树都宏会弯脂引现起象P，M一D。般通过复绕重新排纤得到改善；
• 波长衰减系数： －－避开光纤的测试盲区（盲区长度一般100～200m），一般我们采用过渡光纤的办法来充分避
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光纤事业部 教育培训资料
一、光纤测试部分 1.几何尺寸 2.传输性能 3.机械性能 4.环境性能
二、光纤标准部分
1. G.652单模光纤 2. 单模光纤检验规程 3. 光纤不合格品管理标准 4. 产品标识和可追溯性管
理标准
<光纤测试部分>
一、光纤的几何参数
• 光纤的几何参数是最基本的参数，它们除对光纤的传 输性能和机械性能有影响外，还对光纤的接续损耗产 生很大的影响；它们是光纤物理尺寸制造的依据，在 光纤制造过程中要严格控制光纤的几何尺寸，并进行 严格的测量；
A()10logP1()(dB) P2()
衰减系数 a(λ)＝ A(λ)/L (dB/km)
上式中：P1(λ)：在波长为λ时，通过横截面1的光功率； P2(λ)：在波长为λ时，通过横截面2的光功率； L ：横截面1和横截面2之间的距离；
P1(λ） 1
被测光纤
P2(λ）
L
2
1.1测试方法
• 截断法（基准测试方法） －－在不改变注入条件下，分别测出通过光纤两个点的光功率P1(λ)
5
XXXX YYYY
例外如因： 则当是光成纤缆和15敷50设nm时等的长②各波种长作上用出力现一，段即次差压时涂力，、层往弯往曲是、因扭为转排以纤U及不V光良固缆引连起化接的树都宏会弯脂引现起象P，M一D。般通过复绕重新排纤得到改善；
光纤(FIBER)教程
第 7 页
3. 1 光纤的结构
纤芯N1
包层N2
涂敷层
第 8 页
3.2
光纤的结构
纤芯位于光纤中心，直径为5～75μm, 作用是传输光波。 包层位于纤芯外层，直径为100～150μm,作用是将光波限 制在纤芯中。 纤 芯 和 包 层 即 组 成 裸 光 纤 ， 两 者 采 用 高 纯 度 二 氧 化 硅 （SiO2）制成，但为了使光波在纤芯中传送，应对材料进行 不同掺杂，使包层材料折射率n2比纤芯材料折射率n1小，即 光纤导光的条件是n1＞n2。 涂敷层分为： 一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基 甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为 30～150μm。 套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚 丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯 线。
第 9 页
4.
光纤通讯的原理
光纤由纤芯和包层组成 纤芯折射率n1>包层折射率n2 光纤利用全反射原理导光
包层 出射 纤芯
(n2) n1>n2
(n1)
入射
第 10 页
5. 光纤通讯的优点
传输频带宽、通讯容量大：光载波频率为5×1014MHz，光纤的带 宽为几千兆赫兹甚至更高。 信号损耗低：目前的实用光纤均采用纯净度很高的石英（SiO2）材 料，在光波长为1550nm附近，衰减可减至0.2dB/KM,已接近理论极 限。因此，它的中继距离可以很远。 不受电磁波干扰：因为光纤为非金属的介质材料，因此它不受电磁波 的干扰。 线径细、重量轻：由于光纤的直径很小，只有0.1mm左右,因此制成 光缆后,直径要比电缆细,而且重量也轻。因此，便于制造多芯光缆。 资源丰富:光纤通讯除了上述优点之外，还有抗化学腐蚀等特点。当 然，光纤本身也有缺点，如光纤质地脆、机械强度低；要求比较好的切 断、连接技术；分路、耦合比较麻烦等。
3. 1 光纤的结构
纤芯N1
包层N2
涂敷层
第 8 页
3.2
光纤的结构
纤芯位于光纤中心，直径为5～75μm, 作用是传输光波。 包层位于纤芯外层，直径为100～150μm,作用是将光波限 制在纤芯中。 纤 芯 和 包 层 即 组 成 裸 光 纤 ， 两 者 采 用 高 纯 度 二 氧 化 硅 （SiO2）制成，但为了使光波在纤芯中传送，应对材料进行 不同掺杂，使包层材料折射率n2比纤芯材料折射率n1小，即 光纤导光的条件是n1＞n2。 涂敷层分为： 一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基 甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为 30～150μm。 套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚 丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯 线。
第 9 页
4.
光纤通讯的原理
光纤由纤芯和包层组成 纤芯折射率n1>包层折射率n2 光纤利用全反射原理导光
包层 出射 纤芯
(n2) n1>n2
(n1)
入射
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5. 光纤通讯的优点
传输频带宽、通讯容量大：光载波频率为5×1014MHz，光纤的带 宽为几千兆赫兹甚至更高。 信号损耗低：目前的实用光纤均采用纯净度很高的石英（SiO2）材 料，在光波长为1550nm附近，衰减可减至0.2dB/KM,已接近理论极 限。因此，它的中继距离可以很远。 不受电磁波干扰：因为光纤为非金属的介质材料，因此它不受电磁波 的干扰。 线径细、重量轻：由于光纤的直径很小，只有0.1mm左右,因此制成 光缆后,直径要比电缆细,而且重量也轻。因此，便于制造多芯光缆。 资源丰富:光纤通讯除了上述优点之外，还有抗化学腐蚀等特点。当 然，光纤本身也有缺点，如光纤质地脆、机械强度低；要求比较好的切 断、连接技术；分路、耦合比较麻烦等。
44光纤传感器基本概念和知识点教程文件
阶跃折射率光纤:图 (a)表示阶跃折射率光纤的折射率从纤芯
中央到包层外侧随距离而变化的曲线。在纤芯内折射率不随半
径变化而变化,有一恒定值n1。在纤芯-包层界面折射率突然从 n1减小到n2,而在整个包层中折射率保持恒定。
渐变折射率光纤:图 (b)表示渐变折射率光纤的折射率从纤
芯中央到包层外侧随距离的分布。这种类型光纤的折射率从纤
3. 传播损耗
损耗原因：光纤纤芯材料的吸收、散射，光纤弯曲处的 辐射损耗等的影响。传播损耗（单位为dB）
Aal10g1I0 I
l—光纤长度； a—单位长度的衰减； I0—光导纤维输入端光强； I—光导纤维输出端光强。
与光纤耦合的电光与光电转换器件
实现电光转换的元件通常是发光二 极管或激光二极管。
1. 数值孔径（NA）
n0 OB
θi
E
C θr
θj
θk D
A
n0sinθi=n1sinθj； n1sinθk=n2sinθr ，又θj=90º－θk
K G n2
F
O
n1
sii n n n 1 0si9 n 0( k) n n 1 0co K s n n 1 0 1 s2 iK n
2
sin in n1 0
（2） 按传播模式的多少分类
单模光纤:通常是指阶跃型光纤中的纤芯尺寸很小(通常仅 几微米)、光纤传播的模式很少、原则上只能传送一种模式 的光纤(通常是芯径很小的低损耗光纤)。这类光纤传输性能 好(常用于干涉型传感器),制成的传感器较多模传感器有更好 的线性、更高的灵敏度和动态测量范围。但单模光纤由于纤 芯太小、制造、连接和耦合都很困难。
应用：磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、 转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。
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4b/5b编码——光纤应用，降低成本
用5位(5b)的符号表示4位(4b)的信息(数据)
采用不归0交替编码(NRZI)表示这5位符号。 要求每个符号中至少应有2个以上的“1”比特
（跃变）出现， 例：0010-->01001，0110-->01110 ， 1100->11010
1000--> 10010, 0000--> 11110
外环 内环
FDDI
光纤 集中器 结点
FDDI具有高速的特征： 传输媒体：多模光纤或单模光纤（数字信道）； 传输编码：4b/5b + NRZI（交替不归0）
编码中携带同步信号； 降低组建网络的成本； 传输速率：100Mbps 传输距离：单段小于2km（多模）或100km（单模） 环路长度：小于200km； 附接站点数：小于1000个
• 1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线 路。
为什么要使用光缆？
抑制噪声
光纤是绝缘体
• 不受下列因素影响：
– 电磁波 – 闪电 – 辐射噪声 – 相邻电缆
体积小
光缆与铜导线相比 • 光缆： 0.9厘米 (12芯光纤) • 铜导线： 2.5厘米 (900芯双绞线)
重量轻
• 光缆比铜缆 • 12芯光缆
故障检测容易
• 光缆很容易检测 • 光缆很容易隔离故障源
–电 – 光缆
安全
光缆属于玻璃 • 不携带电流 • 不产生
–热 – 火花
• 在爆炸危险场合十分理想
缺点
• 人们认为光缆太新 • 人们对不知道的东西总有些担心 • 人们不熟悉技术 • 成本问题
光
• 光是一种电磁能量 • 光以每秒30万公里的速度穿行 • 光在光缆中额定穿行速度为
（FDDI—Fiber Distributed Data Interface）
类似802.5，一种典型的高速环行网络。
1982年10月，美国国家标准化协会（ANSI）成立X397.5委员会制定 标准，93年为ISO采纳（ISO 9314系列）
为获得方便、高速、可靠的效果，FDDI借鉴802.5标准，采用双环 光纤构建。
– 每秒20万公里 • 人们以波长来描述光
可见光350nm—750nm • 光纤通信所用的波长 800——1600nm
光的基本知识
入
反射பைடு நூலகம்
射 θ1 θ3
θ2 折
射
n1 n2 n1<n2
空气 水
视觉位置
实际位置
光的基本知识
n1 n2
n1 > n2
临界角
n1 n2
入射角=反射角
θ1 θ2
n1
900
n2
临界角
全反射
产生全反射的两个条件：
一、光必须从折射率大的介质射入折射率小的介质； 二、入射角必须大于临界角。
光纤的结构
纤芯 包层
保护套
多模光缆
• 62.5微米最为常用 • 典型距离为8公里 • 用于:
– 闭路电视 – 广播 – 数据传输
• 带宽为50-500 MHz-km
单模光缆
• 无限带宽 • 8 至 10 微米 • 典型距离超过8公里 • 用于:
• 机械接合
– 使用机械工具接合
施工要求
• 建筑与建筑群综合布线系统工程设计与 验收规范（GB/T50311,GB/T50312）要求：
• “光缆的弯曲半径应至少为光缆外径的15倍”
未清洁的 连接头
用手指“清洁” 的
连接头
用衣服袖子“清 洁”的连接头
使用IDEAL清洁工 具清洁后的连接头
光纤分布式数字接口—环形网特例
光纤基本知识
光通信发展简史
2000多年前 烽火台——灯光、旗语 1880年 光电话——无线光通信 1970年 光纤通信
光纤通信发展史
• 1966年“光纤之父”高锟博士首次提出 光纤通信的想法。
• 1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连 续工作的半导体激光器。
• 1970年康宁公司的卡普隆(Kapron) 之作 出损耗为20dB/km光纤。
散射损耗
• 由于下列原因，光信号会损耗:
– 光缆中的分子不均匀 – 光缆的光学纯度不高
吸收损耗
• 光缆中的杂质会吸收光的能量
弯曲损耗
• 光缆内核与覆层之间的不均匀会引起如 图所示的损耗
弯曲损耗
• 光纤的弯曲会造成损耗 • 光穿越叠层
接合类型
• 耦合接合
– 2个连接器配对
• 溶化接合
– 以溶化处理方式接合
– 60公斤/公里
• 900芯双绞线铜缆
– 726公斤/公里
高带宽
• 光纤带宽：
– 无限
• 理论传输率：
– 50,000,000,000 bps（500亿位/秒）
长距离传输
• 很少或不需要中继器 • 传输性能好 • 长距离传输
不会报废
• 扩充能力 • 无需更换光缆
– 系统可以升级光学性能或电性能
玻璃内芯
外壳
多芯光缆
玻璃内芯
常见规格：玻璃内芯——50um缓变型MMF 62.5um缓变/增强型MMF 8.3um突变型SMF
玻璃包层——125um
塑料外套 玻璃封套
常用连接器类型
SC
LC
MT-RJ
DSC
VF-45
Opti-Jack
常用连接器类型
FC Type SC2 Type
SC Type FDD Type
光纤的分类
• 按材料分类：
– 玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输 距离长，成本高；
– 胶套硅光纤：纤芯是玻璃，包层为塑料，特性同 玻璃光纤差不多，成本较低；
– 塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损耗大，传输 距离很短，价格很低。多用于家电、音响，以及 短距的图像传输。
●典型的光缆
单芯光缆
玻璃封套 塑料外套
码转换
通信编码
信息输入 0100 （高位在先）
10010
4b/5b
NRZI
发往信道 1 0 0 1 0
– 长途通讯 – 长途电视信号传输 – 长途多路广播 – 长途数据传输 • 比电传输更便宜
光纤的尺寸
外径一般为125um(一根头发平均100um) 内径：单模9um
多模50/62.5um
125 9
125 50
125 62.5
光纤通信中常用单位的定义：
dB = 10 log10 ( Pout / Pin ) Pout :输出功率 ; Pin :输入功率