光纤通信材料ppt课件

输入 NA
输入 NA
低数值孔径NA 高数值孔径NA
输出 输出
4. 折射率分布函数
1
n(r
)
n1
1
2
r a
2
n(r) n11 212 n1(1 )
0ra
ra
阶跃光纤
2 渐变光纤
2 抛物型或平方律型
5. 归一化频率: 与参数、n1、a有关
1
1
Vk(a n1 2n2 2)2ka 1(2 n)2
光纤通信的特点
• 光纤损耗小，传输距离长 • 光纤的传输带宽宽、容量大 • 光纤不受电磁干扰 • 光纤的串音小、保密性好 • 光纤抗腐蚀 • 资源丰富
2.2 光在光纤中的传输原理 一、光纤结构及分类
光纤结构
纤芯
包层
缓冲涂覆层
光纤的典型结构
光纤的分类 按折射率：阶跃折射率型、梯度折射率型 按传输特性：单模、多模
2.3 光纤的传输特性
产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散，损 耗和色散是光纤最重要的传输特性：
损耗限制系统的传输距离 色散则限制系统的传输容量
(2)m：电场或磁场在圆周角方向分量的波节数，即光沿圆周角 方向出现的暗区的个数。 n：电场或磁场在半径方向分量的波节数，即光沿半径方向出现 的暗区的数。
(3)光以各种传导模沿光纤传输, 每种模具有自己的传输常数、 电场分布和与波长有关的群速度。模间色散
三、 梯度折射率光纤中光线的传播
梯度折射率光纤中光线的传播轨迹与纤芯 折射率分布有关。
•子午光线传播条件: 入射到 纤芯和包层分界面上的入
射角应满足全反射条件，
即 c
sin c
n2 n1
sinc
1
n2 n1
2
单位长度光纤中光线经过的路程长度
s子
1
cos
子
tan
2a
说明: 子午光线在光纤中传播的光路长度与纤芯直径无关, 仅取决于
光线在入射端面上的入射角、光纤所处媒质的折射率n0和光纤纤芯 的折射率n1; 全反射次数除与上述参数有关外, 还与纤芯直径成反比.
四、光纤的特性参数
1。相对折射率差:表征光被约束在光纤中的难易程度. 越大,越容易将传 播光束约束在纤芯中.
n2(0)n2(a)n1n2n1n2
2n2(0)
n1
n2
2.受光角: 把允许的最大入射角的2倍称为受光角.
2max2n1 2
3. 数值孔径: 相应于临界角的入射角反映了光纤集光能力 的大小,通常被称为孔径角.数值孔径与孔径角的大小相关. NA表示光纤接收和传输光的能力，NA(或θc)越大，光纤 接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。 NA 越大， 纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好; 但NA越大，经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限 制了信息传输容量。所以要根据实际使用场合，选择适 当的NA。
2.光纤中的传输模式是指其中光波场, 即电磁场的分布状态. 横电模：在横截面上有电场分量，在传输方向上没有电场分量，只有磁
场分量。TEmn波 横磁模：在横截面上有磁场分量，在传输方向上没有磁场分量，只有电
场分量。TMmn波 混合模：EHmn；HEmn
m：电场或磁场在圆周角方向分量的波节数，即光沿圆周角方向出现的暗区的个数。 n：电场或磁场在半径方向分量的波节数，即光沿半径方向出现的暗区的数。
3. 光以各种传导模沿光纤传输, 每种模具有自己的传输常数、电场 分布和与波长有关的群速度。模间色散
3.光纤传输模式的特性
(1)光波在光纤中的传播，是交变电磁场在光纤中的传播，电磁场 的各种不同分布形式称为模式。 横电模（TEmn模）：Hz≠0， Hr ≠ 0，H ≠ 0 ，Ez＝0，Er≠0，E≠0 横磁模（TMmn模）：Ez≠0， Er≠0，E≠0 ，Hz＝0，Hr ≠ 0，H ≠ 0 混合模（EHmn模，HEmn模）：具有全部六个电磁场分量
归一化频率说明光纤中允许传输的模式的数量。
0<V<2.405时，只传输基模。单模光纤
V>2.405时，多模光纤
6. 截止波长
截止波长是保证光纤实现单模传输的必要条件。
1
c
2an1(2)2
2.405
光纤中传输的波长大于c时，光纤为单模光纤。
(1.4.10) (1.4.11)
c 时,传输模式为多模.
阶跃折射率光纤 子午光线:
斜光线:
Nm A n 0sic n n 1 2 n 2 2 n 1 2
NcAn0si nc
n12n22
cos
渐变光纤: 需用局部数值孔径值NA(r)来表示其横截面不同点处的数值孔径.
N(rA )n2(r)n 2 2n (r)2 r
N (r)A m aN x(0 )A n 1 2 n 2 2 n 12
2b
2b
2b
2c
2a
2a
2a
n n1
n n1
n n1 n2
n2
n2
n3
0a b r （a）阶跃光纤
0 a br （b） 渐变光纤
0 a cbr （c）W型光纤
光纤的纤芯折射率剖面分布
单模和多模光纤结构示意图
二、 阶跃光纤中光束的传播
1.子午光线的传播
•子午面: 通过光纤中心轴的 任何平面.
•子午线: 位于子午面内的光 线.
P
P
n2 r
n1
n1
Q (a)
rt
P
r
n2 P
Q n1
Q
n2 Q (b)
图 阶跃折射率光纤纤芯内的光线路径 (a) 子午光线的锯齿路径 ；(b) 偏斜光线的螺旋路经及其在纤芯横截面上的投影。
3.光纤传输模式的特性
1. 光纤波导横截面是二维(r和尺寸),反射从所有表面, 即从与y轴成角的 任意半径方向所碰到的界面发生反射. 而任意方向的半径均可用x和y来表示, 所以波的相长干涉包括x和y方向的反射.用两个整数m和n来标记所有可能 在波导中存在的行波或导模.
2、斜光线的传播
斜光线: 光纤中不在子午面上的光线.
全反射条件
ห้องสมุดไป่ตู้
cos sin
1
n2 n1
2
单位长度光纤中斜光线的光路长度s斜和全反
射次数分别为
s斜
1 cos
s子
斜
tan 2a cos
子 cos
说明: 斜光线和子午光线在光纤中的光路长度相 同; 而斜光线的全反射次数总比子午光线的多, 它和轴倾角密切相关.
光纤的拉制过程
光缆
光纤的损耗特性
光纤损耗的改进
光纤的色散特性
• 波长色散 • 模式色散 • 材料色散
模式色散
第二章 光纤通信材料
2.1 概述 2.2 光在光纤中的传输原理 2.3 光纤的传输特性 2.4 石英通信光纤材料 2.5 特种光纤材料 2.6 光纤材料在光纤技术中 的主要应用
2.1 概述