光纤通信原理第2章光纤1--36课时

图2.6 子午光线在阶跃型光纤中的传播
☆数值孔径N.A和相对折射率差△
n0
1,
Biblioteka Baidu
2
① 临界全反射光线--=0 0 入射临界角
③ 全反射光线 --< 0 ② 泄露光线--> 0 1 全反射角
2
n 0sin0 n 1sin n 1c o s1 n 11 sin 21 n 11 n n 1 2 sin 22
2
NA 越大进入光纤并可传输的 光能量越多
光线在光纤中传输的必要条件
例题后转到光纤2波导讲充分条件
例题2.2.1 （p16）
单模石英光纤n1=1.465，n2=1.46；多模塑料光纤的 n1=1.495，n2=1.40，计算其数值孔径和接收角
答： N Asincn1 2n2 2n1 2
NA=0.121 carcsin(N A )6.950
平方率
n(r)
n n
1 2
r r
a a
n(r)
n1
12ar
1/2
n1121/2 n2
SIF
r a
GIF
r>a
图2.1.3 梯度光纤纤芯中的折射率分布
n12 n22 n1 n2
2n12
n1
2. 按传输模式的数量分
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)和单模光纤(Single Mode
第二章 光纤(1)
深圳大学光电工程学院
知识地图
光纤
光纤结构、种类 光纤传输理论
光纤传输特性
光缆 几何光学法 波动光学法
衰减 色散 非线性效应
NA、延时 传输模式
2.1 光纤技术概述—光纤与光缆
光纤结构示意图
单芯光缆示意图
多芯光缆示意图
光纤横截面照片
光纤传光照片
带状光缆示意图
--光纤的分类
光纤的分类方法很多
5、按二次涂覆层(jacket)
• 松套光纤 • 紧套光纤
6、最常用的光纤
• 阶跃型多模光纤（能量光纤） • 阶跃型单模光纤 （通信光纤）
二、光纤制造技术和光缆
包层（紧包~1mm） 光纤结构
125m
单模：5~10m 多模：50m
工艺流程
低折射率材料 高折射率材料
制棒
拉丝
成缆
制棒
——改善的化学气相淀积
阶跃光纤的斜射线
光线在光纤子午面内传输（子午射线）推导出的结果同样适用于非子午面内 传输（斜射线）
1.子午射线在多模阶跃型光纤中的传播
多模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， 如图2.6所示。
演示光线在多模阶跃光纤中的传输过程
0
3 2
2a 50m
预制棒芯材生长：
高温
调整GeO2含量，调整芯层的折射率！
包层材料
光纤预制棒成品
光子晶体光纤预制棒成品
光纤预制棒车床
拉丝
光纤
拉制后的成品光纤
成缆
理论学习要掌握的几个问题：
何种光可以方可在光纤中传输 （纵模）？ 光场在光纤中的分布（横模）？ 分布对光纤性能的影响？ 模式之间的关系？
反射定律：
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，并且反射角等于入 射角，即：θ1′＝θ1。 折射定律 ：
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： n1sinθ1=n2sinθ2
全反射现象！
全反射角
c
arcsn2in n1
n1n2
2.2.2 光纤中光的传播
一种情形是光线始终在一个包含光纤中心轴线的平 面内传播，并且一个传播周期与光纤轴线相交两次，这种光 线称为子午射线
子午面：
那个包含光纤轴线的 固定平面称为子午面
阶跃光纤的子午射线
另一种情形是光线在传播过程中不在一个固定的平面 内，并且不与光纤的轴线相交，这种光线称为斜射线。
Fiber，SMF) 模式:光纤中可以存在光波场的能量分布状态
在一定的工作波上，当有多个 模式在光纤中传输时，则这种 光纤称为多模光纤 优点：可传输的光能量大 缺点：色散大（带宽小）
图2.1.4 阶跃多模光纤 (a)梯度多模光纤 (b)及单模光纤(c)的分类特点
单模光纤是只能传输一种模式 的光纤，单模光纤只能传输基 模(最低阶模) 优点：色散小（带宽宽） 缺点：可传输的光能量少
2.2 光纤的几何光学理论
学习：
光在光纤中传输的 原理
传导模条件
光纤几个重要参数
数值孔径NA 相对折射率差△ 模式色散
缺陷：
光在光纤中的能量分布 单模光纤的主要参数
2.2.1 基本光学定义和定律
光在均匀介质中的传输
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(空气的折射率为 1.00027，近似为1；玻璃的折射率为1.45左右)。要 点：光在不同折射率的介质中传输的速率不同！
按照光纤截面折射率分布 按照光纤中传输模式数的多少 按照光纤材料 按照传输的工作波长来分类 按照ITU-T建议分类 按照二次涂覆层
1. 按光纤截面上折射率分布分类
光纤的折 射率分布
光纤的折射率变化可以用折射率 沿半径的分布函数n(r)来表示
阶跃
0a
0a
(Step-Index Fiber，SIF) (Graded-Index Fiber，GIF)
2 2 ,s in0 n n 1 0 1 n n 1 2 2 n 1n 1 2 n 1 2 n 2 2 n 1 2 (n 1 n 1n 2 ) n 12
N.A和△意义
定义：
n12 n22 2n12
n1 n2 n1
相对折射率差 光纤对光场的约束能力
光纤端面最大接收半角的正弦，
N Asin0n1 2n2 2n1
单模石英光纤
NA=0.52 c 31.60
塑料光纤
☆多模阶跃光纤模式色散（延时）
★模式：在纤芯中传输的某个电磁场分布
3. 按光纤的工作波长分类
• 光纤分为短波长光纤(850nm)
• 长波长光纤(1310~1550nm)
• 超长波长光纤(>1600nm)
4. 按ITU-T建议分类
按照ITU-T关于光纤类型的建议 • G.651光纤(渐变型多模光纤) • G.652光纤(常规单模光纤)---通用 • G.653光纤(色散位移光纤)---1550nm专用 • G.654光纤(截止波长光纤) • G.655光纤(非零色散位移光纤)---1550nm WDM用