椭圆偏振光圆偏振光

光的折射定律 (Snell定律 )
折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和 入射光线位于法线的两侧，且满足：n1 sin1 = n2 sin2
空气 玻璃
光从光密媒质折射到光疏媒质 折射角大于入射角
n1 sin1 = n2 sin2
入射光线 法线
1
入射光线 法线
n1< n2 n1 n2
光纤的折射率分布
阶跃型光纤是由半径为a、折射率为常数n1的纤芯 和 折 射 率 为 常 数 n2 的 包 层 组 成 ， 并 且 n1>n2, n1=1.463~1.467, n2=1.45~1.46。
因此，对于给定波长，单模光纤的芯径要比多模光纤小。 例如，对于常用的通信波长 (1550 nm)，单模光纤芯径为 8～12 mm，而多模光纤芯径 > 50 mm。
2. 按光纤截面上折射率分布分类
按照截面上折射率分布的不同可以将光 纤分为阶跃型光纤 (Step-Index Fiber， SIF) 和渐变型光纤 (Graded-Index Fiber， GIF)，其折射率分布如图所示。
通常所说的光纤为此种光纤。
2.2.2 光纤的类型
光纤的分类方法很多，既可以按照光纤 截面折射率分布来分类，又可以按照光 纤中传输模式数的多少、光纤使用的材 料或传输的工作波长来分类。
1. 按传输模式的数量分类
按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分 为多模光纤(Multi-Mode Fiber，MMF)和单模光
1
n1> n2 n1 n2
2
2
折射光线
折射光线
全反射现象 ： 在某种条件下，光线被关在一种
介质中，不射到另一种介质中的现象。
2 1
法线
θ0
3 4
n1> n2 4 3 2 n1 n2
临界角θ0：折射角为90°时 的入射角
1
sinθo= n2 / n1
全反射条件： （1） n1> n2 （2）θ入 >θo
折射率大的媒介称为光密媒介，反之称为光疏媒介


光在不同的介质中传输速度不同
光的反射定律：
当一束光线按某一角度射向一块平面镜时，它会从镜面按另 一角度反跳出去。光的这种反跳现象叫做光的反射，射向镜 面的光叫入射光，从镜面反跳出去的光叫反射光 反射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，反射光线和 入射光线处于法线的两侧，且反射角等于入射角：qin = qr
纤(Single Mode Fiber，SMF)。
多模光纤和单模光纤是由光纤中传输的模
式数决定的，判断一根光纤是不是单模传输，
除了光纤自身的结构参数外，还与光纤中传输 的光波长有关。
高次模
基模
低次模
在光纤的受光角内，以某一角度射入光纤断面，并 能在光纤纤芯-包层交界面上产生全反射的传播光线， 就可以称为一个光的传播模式。
当光纤的几何尺寸（主要是芯径 d ）远大于光波波长时（约 1μ m），光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输 模式，即多模传输。
当光纤的几何尺寸（主要是芯径d）较小，与光波长在同一 数量级，如芯径d在4μ m～10μ m范围，这时，光纤只允许一 种模式（基模）在其中传播，即单模传输。其余的高次模全 部截止。
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。
与光纤有关的问题
1.
2.
3.
4.
5.
光纤具有何种结构？ 光在光纤中如何传播？ 光纤是由何种材料制作的？ 光纤是如何制造的？ 多根光纤是如何组装成光缆？
2.1 2.2
基本光学定义和定律 光纤的结构与类型
2.3
2.4 2.5
光纤的光学特性
光纤光缆制造技术 导波原理
2.1 基本光学定义和定律


光在均匀介质中是沿直线传播的，其传播速度为： v=c/n 式中：c＝2.997×105km/s，是光在真空中的传播速度；n是 介质的折射率。 常见物质的折射率： 空气 1.00027； 水 1.33； 玻璃 (SiO2) 1.47； 钻石 2.42； 硅 3.5
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 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。 涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤， 同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延
胶材料；
长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm。
2.2 光纤的结构与类型
wk.baidu.com
2.2.1 光纤的结构
光纤 (Optical Fiber，OF) 就是用来导光 的透明介质纤维，一根实用化的光纤是由 多层透明介质构成的，一般可以分为三部 分：折射率较高的纤芯、折射率较低的包 层和外面的涂覆层。
光纤结构示意图
纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。 直径d1=4μm～50μm，单模光纤的纤芯为4μm～ 10μm，多模光纤的纤芯为50μm。 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。 包层：包层位于纤芯的周围。 直径d2=125μm，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。


多模光纤：顾名思义，多模光纤就是允许多个模 式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤中允许 存在多个分离的传导模。 优点：芯径大，容易注入光功率，可以使用 LED 作为光源 缺点：存在模间色散，只能用于短距离传输
模间色散：每个模式在光纤中传播速度不同，导致光脉冲在 不同模式下的能量到达目的的时间不同，造成脉冲展宽

单模光纤：只能传输一种模式的光纤称为单模光纤。 优点：单模光纤只能传输基模(最低阶模)，它不存 在模间时延差，因此它具有比多模光纤大得多的带 宽，这对于高码速长途传输是非常重要的。

缺点：芯径小，较多模光纤而言不容易进行光耦合 ，需要使用半导体激光器激励。
单模光纤和多模光纤
一根光纤是不是单模传输，与 (1) 光纤自身的结构参数 和 (2) 光纤中传输的光波长有关。