光纤通信第二版刘增基第2章
《光纤通信》第二版刘增基课后习题答案
1-1光纤通信的优缺点各是什么？答与传统的金属电缆通信、微波无线电通信相比，光纤通信具有如下优点：(1) 通信容量大．首先，光载波的中心频率很高，约为2 X10^14Hz ，最大可用带宽一般取载波频率的10 %，则容许的最大信号带宽为20000 GHz( 20 THz ) ；如果微波的载波频率选择为20 GHz ，相应的最大可用带宽为2 GHz。
两者相差10000 倍．其次，单模光纤的色散几乎为零，其带宽距离（乘）积可达几十GH z·km ；采用波分复用（多载波传输）技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍．目前，单波长的典型传输速率是10Gb ／s。
，一个采用128个波长的波分复用系统的传输速率就是1 . 28 Tb / s .( 2 ）中继距离长。
中继距离受光纤损耗限制和色散限制，单模光纤的传输损耗可小千0 . 2 dB / km ，色散接近于零．( 3 ）抗电磁干扰．光纤由电绝缘的石英材料制成，因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰，包括闪电、火花、电力线、无线电波的千扰．同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。
这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。
( 4 ）传输误码率极低。
光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小，而且稳定，．噪声主要来源于t子噪声及光检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声．只要设计适当，在中继距离内传输的误码率可达10^-9甚至更低。
此外，光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。
当然光纤通信系统也存在一些不足：( 1 ）有些光器件（如激光器、光纤放大器）比较昂贵。
( 2 ）光纤的机械强度差，为了提高强度，实际使用时要构成包声多条光纤的光缆，光统中要有加强件和保护套。
( 3 ）不能传送电力．有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光纤显然不能胜任。
光纤通信总结西理工光信刘增基
第一章光纤通信的优点：容许频带很宽，传输容量很大损耗很小，中继距离很长且误码率很小重量轻、体积小抗电磁干扰性能好泄漏小，保密性能好节约金属材料(有色金属)，SiO2提高光纤容量方式：提高波长速率增加复用波数偏振复用加倍光纤通信应用：通信网数据网数据网有线电视网接入网AN光纤传感器光发射调制方式：内调制一一直接调制(简单、实用、低速)外调制--- 间接调制(高速)第二章纤芯和包层的相对折射率差△ = (n 1-n2) /n1光纤基本类型：突变型多模光纤(Step Index Fiber, SIF ) 渐变型多模光纤(Graded Index Fiber, GIF )单模光纤(Single Mode Fiber, SMF )W型光纤一一(色散平坦光、色散位移光纤、保偏光纤) 塑料光纤光子晶体光纤数值孔径_ NA_NA 二n； - n；:厲一2时间延迟2二皿二Msec—匹(1 玉)c c c 2时间延迟差.逬—(NA)^ niL :2|>。
2n ；c c° V Z> -V - 0麦克斯韦方程组：I 2浹黒.u (n2k2—Z) E z(r)=O dr r dr r其中:k=2 n / 入=2 n f/c= w /cu A 2=a A 2(n"2*kA2- 3 A 2) w A 2=a A2*( 3 A2-n2A2*kA2) vA2=uA2+wA2=aA2*kA2*( n"2-门人2)纤芯方程：2 2 2d E a (r) 1 dE z (r) (uv 、匚(r) (2 2)E z (r )dr r dr ar包层方程：光能量要在纤芯(0w r w a)中传输， 在r=0处，电磁场应为有限实数；在包层 (r > a),光能量沿径向r 迅速衰减，当r is 时，电磁场应消逝为零。
光纤传输模式的电磁场分布和性质取决于特征参数u 、w 和3的值。
横向传输常数：u 和w 决定纤芯和包层横向(r)电磁场的分布，称为横向传输常数； 纵向传输常数：3决定纵向(z)电磁场分布和传输性质，所以称为(纵向)传输常数。
光纤通信第二版刘增基第2章汇总
2 NA n1 n 2 2 n1 2
(2.3)
第2章
光纤和光缆
式中Δ=(n1－n2)/n1为纤芯与包层相对折射率差。设Δ=0.01，
n1=1.5，得到NA=0.21或θc=12.2° 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。对于 无损耗光纤，θ小于θc的入射光都能在光纤中传输。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。
1 sin( AZ ) An(0)
r1
cos(Az)
0
(2.13)
这个公式是第3 自聚焦效应 为观察方便，把光线入射点移到中心轴线 (z=0, ri=0)，由式(2.12)和式(2.13)得到
r
An(0)
sin( Az)
(2.14a)
θ*=θ0cos(Az)
解这个二阶微分方程，得到光线的轨迹为 r(z)=C1sin(Az)+C2cos(Az) 式中，A=
(2.9)
(2.10)
2 / a ，C1和C2是待定常数，由边界条件确定。
设光线以θ0从特定点(z=0, r=ri)入射到光纤，并在任意点(z, r) 以θ*从光纤射出。由方程(2.10)及其微分得到 C2=r(z=0)=ri
第2章
光纤和光缆
双包层光纤 如图2.3(a)所示，折射率分布像W形，又
称为W型光纤。这种光纤有两个包层，内包层外直径2a′与 纤芯直径2a的比值a′/a≤2。适当选取纤芯、外包层和内包层 的折射率n1、n2和n3，调整a值，可以得到在1.3～1.6 μm之 间色散变化很小的色散平坦光纤(DFF，Dispersion Flattened Fiber)，或把零色散波长移到1.55 μm的色散移位光纤(DSF， Dispersion Shifted Fiber)。
光纤通信(第二版)课件PPT(刘增基著)
第1章 概 论
为了克服气候对激光通信的影响，人们自然想到把激光束 限制在特定的空间内传输, 因而提出了透镜波导和反射镜波导的 光波传输系统。透镜波导是在金属管内每隔一定距离安装一个 透镜，每个透镜把经传输的光束会聚到下一个透镜而实现的。 反射镜波导和透镜波导相似，是用与光束传输方向成45°角的 两个平行反射镜代替透镜而构成的。这两种波导，从理论上讲 是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服的困难。首先，现 场施工中校准和安装十分复杂；其次，为了防止地面活动对波
由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的 研究曾一度走入了低谷。
第1章 概 论
1.1.2 现代光纤通信 1966 年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆
(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用 光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了 现代光通信——光纤通信的基础。当时石英纤维的损耗高达 1000 dB/km以上，高锟等人指出：这样大的损耗不是石英纤维 本身固有的特性，而是由于材料中的杂质，例如过渡金属(Fe、 Cu等)离子的吸收产生的。材料本身固有的损耗基本上由瑞利 (Rayleigh)散射决定，它随波长的四次方而下降，其损耗很小。 因此有可能通过原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的 低损耗光纤。如果把材料中金属离子含量的比重降低到10－6以 下，就可以使光纤损耗减小到10 dB/km。再通过改进制造工艺 的热处理提高材料的均匀性，可以进一步把损耗减小到几 dB/km。这个思想和预测受到世界各国极大的重视。
十一五 普通高等教育“十一五”国家级规划教材
光 纤 通 信(第二版)
刘增基 周洋溢 胡辽林 编著
任光亮 周绮丽
西 安 电 子西科 技 大 学 出 版 社
《光纤通信》第二版(刘增基)课后作业题
nm；两种，应用较多的是 980nm 泵
浦源，其优点是
。
（4）其泵浦方式按泵浦所在位置分为三种：①如图（a）为
；② 如图（b）为
；
③双向泵浦。
（5）双向泵浦对信号的放大特性与信号传输方向
。（填“有关”或“无关”）
。 的能量转换为信号光的结果。为提高放大器增益，
应提高对
的吸收。
阅读下图 EDFA 的结构，按要求完成各题。
掺铒光纤
输 输出
光隔离器
波分复用器
光隔离器
入 滤波器
光信号
光
信号
泵浦源
熔接点
输 输出
光信号 信号
光隔离器
掺铒光纤 熔接点
图（a）
波分复用器
光隔离器
泵浦源
入 滤波器
光
图（b）
（1） —
是 EDFA 的核心部件，它以石英光纤作为基质，在纤芯中掺入固体激光工作物质— 。
（2）掺铒光纤的模场直径为 3‐‐6µm，比常规光纤小很多，这是为了提高信号光和泵浦光的能量密度，从
而提高其
。但由于其芯径的减小其与常规光纤模场不匹配，解决方法有：①在纤芯中掺
入
；②在熔接时进行一定处理减小
（填英文缩写）的不匹配。
（3）实用的 EDFA 泵浦源都是 LD，其泵浦波长有 980nm 和
第七章 1.EDFA 工作原理是什么？有哪些应用方式？
阅读下图，按要求完成各掺铒光纤(EDF)中，铒离子(Er3+)有三个能级：能级 1 代表基态， 能量最低；能级 2 是
，处于
中间能级；能级 3 代表
， 能量最高。
（3）据图分析，请阐述该工作原理： （4）从该工作原理可以看出，光放大是由于
光纤通信课后习题解答-第2章习题参考答案
第二章 光纤和光缆1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。
纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。
2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？答：（1）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和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T 关于光纤类型的建议，可以将光纤分为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（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。
（2）阶跃型光纤的折射率分布 () 21⎩⎨⎧≥<=ar n ar n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121⎪⎩⎪⎨⎧≥<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=ar n a r a r n r n cm α 3．阶跃型光纤和渐变型光纤的数值孔径NA 是如何定义的？两者有何区别？它是用来衡量光纤什么的物理量？答：阶跃型光纤的数值孔径 2sin 10∆==n NA φ渐变型光纤的数值孔径 ()() 20-0s i n220∆===n n n NA c φ两者区别：阶跃型光纤的数值孔径是与纤芯和包层的折射率有关；而渐变型光纤的数值孔径只与纤芯内最大的折射率和包层的折射率有关。
数值孔径是衡量光纤的集光能力，即凡是入射到圆锥角φ0以内的所有光线都可以满足全反射条件，在芯包界面上发生全反射，从而将光线束缚在纤芯中沿轴向传播。
4．简述光纤的导光原理。
答：光纤之所以能够导光就是利用纤芯折射率略高于包层折射率的特点，使落于数值孔径角)内的光线都能收集在光纤中，并在芯包边界以内形成全反射，从而将光线限制在光纤中传播。
精品文档-光纤通信(第二版)(刘增基)-第6章
第6章 模拟光纤通信系统
上述光纤电视传输系统的传输距离和传输质量都达到了实 际应用的水平，而且技术比较简单，容易实现，价格也比较便 宜。尽管如此，这些传输方式都存在一个共同的问题：一根光 纤只能传输一路电视。这种情况，既满足不了现代社会对电视 频道日益增多的要求，也没有充分发挥光纤大带宽的独特优势。 因此，开发多路模拟电视光纤传输系统，就成为技术发展的必
假设系统除量子噪声外，没有其他噪声存在，在这种情况 下，灵敏度由平均信号电流决定，这样确定的灵敏度称为(最 高)
根据假设，式(6.10)分母后两项为零，利用式(3.14)响 应度ρ=ηe/(hf)，m=1, g=1, 式(6.10)简化为
S Pb
NP 4hfB
(6.12)
第6章 模拟光纤通信系统
第6章 模拟光纤通信系统
实现一根光纤传输多路电视有多种方法，目前现实的方法 是先对电信号复用，再对光源进行光强调制。对电信号的复用 可以是频分复用(FDM)，也可以是时分复用(TDM)。和TDM系统 相比，FDM系统具有电路结构简单、制造成本较低以及模拟和 数字兼容等优点。而且，FDM系统的传输容量只受光器件调制 带宽的限制，与所用电子器件的关系不大。这些明显的优点， 使FDM多路电视传输方式受到广泛的重视。
g为APD的倍增因子。若使用PIN-PD, 则g=1。
第6章 模拟光纤通信系统
由式(6.5)～式(6.7)得到均方信号电流
is2
＝ (mPb g)2
2
(6.8)
模拟信号直接光强调制系统的噪声主要来源于光检测器的
量子噪声、暗电流噪声、负载电阻RL的热噪声和前置放大器的 噪声，总均方噪声电流(参考3.2节)可写成
第6章 模拟光纤通信系统
6.1.2 模拟间接光强调制 模拟间接光强调制方式是先用承载信息的模拟基带信号进
工学光纤通信刘增基版PPT教案
EDFA的工作特性
光放大器的增益 光放大器的噪声 EDFA的多信道放大
特性 EDFA的大功率化
第27页/共80页
一、光放大器的增益
增益G是描述光放大器对信号放大能力的参数。定义为：
G(dB) 10log10
Ps,out Ps,in
输出信号光功率 输入信号光功率
G与光放大器的泵浦功率、掺杂光纤的参数和输入光信号 有很复杂的关系。
第32页/共80页
二、放大器的噪声
所有光放大器在放大过程中都会把自发辐射（或
散射）叠加到信号光上，导致被放大信号的信噪
比（SNR）下降，其降低程度通常用噪声指数Fn
来表示，其定义为：
Fn
( S NR) in ( S NR) out
主要噪声源：放大的自发辐射噪声（ASE），它
源于放大器介质中电子空穴对的自发复合。
光纤通信新技术
第1页/共80页
7.1 光放大器
光放大器概述 掺铒光纤放大器EDFA 半导体光放大器SOA 光纤拉曼放大器FRA
第2页/共80页
光放大器概述
第3页/共80页
光放大器概述
第4页/共80页
光放大器概述
光放大器的出现，可视为光纤通信发展史上的重 要里程碑。
光放大器出现之前，光纤通信的中继器采用光－ 电－光(O-E-O)变换方式。
半导体泵浦二极管：为信号放大提供足够的能量，使物质达到粒子数反转 。
波分复用耦合器：将信号光和泵浦光合路进入掺铒光纤中。
光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定工作
。
第23页/共80页
三种泵浦方式的EDFA
LD
EDF
in APC
光纤通信第二单元课件
按加强构件材料分类
分为金属加强构件光缆和无金属光缆。 按加强构件位置分类
集中型加强构件：又分为层绞式光缆、骨架式光缆。 分布型加强构件：又称为中心管式光缆。
有无铠装分类 简式光缆：主要用于架空光缆、管道光缆。
铠装光缆：主要用于长途干线直埋光缆。
第十四页，编辑于星期五：二点 二十七分。
2.1.5 光缆（光纤）型号命名方法
②光纤端面临界入射角为0(r) =
上入射点位置r有关。其中，0(r
=arc0s)in，称与为n12中光(r)心纤临端n22界面入
射角，0(r 0)称为非中心临界入射角。
可见，0(r = 0)＞0(r 0)，表明中心入射光线
最大角比非中心入射光线可以有大一些的入射角。
③光纤端面入射角in越小，则光纤纤芯内光线越靠近轴
周方向的投影是一段段搭接在纤芯边界圆上的等 长弦。
等长弦绕轴一周后不一定合成一个正多边形，而绕轴足 够多圈后，不同方位的弦互相交叠，将充满以纤芯边 界为外缘的环形区，环的内圆半径等于等长弦的弦心 距。
光纤中的斜光线是以此环形为底面的圆管壁中曲 折行进的，圆管内圆柱面又称内焦散面。
第二十三页，编辑于星期五：二点 二十七分。
第二十八页，编辑于星期五：二点 二十七分。
（2）在渐变光纤内（光线轨迹分析）
图2-8 子午光线在渐变光纤内的传播示意图 （光纤纵剖面图）
第二十九页，编辑于星期五：二点 二十七分。
子午光线在渐变光纤内传播的基本特点：
①光纤纤芯内传光路线是周期性连续曲线，与光纤轴心 线相交，并且传光路线与光纤轴心线共面。
第六页，编辑于星期五：二点 二十七分。
横截面
折射率分布 r
输入脉冲 Ai
光线传播路径
光纤通信第二章PPT课件
c v3 v2 v v1
(2.9)
因而有
c v3 v2 v v1
(2.10)
-
10
第2章光纤的传输特性
2. 垂直极化波(TM)与水平极化波(TE)
介质平板波导中可以存在两类传输模式：垂直极化波(又称横磁 波，缩写作TM波)与水平极化波(又称横电波，缩写作TE波)
E
k
H
横磁波（TM波）
-
2
第2章光纤的传输特性
两种不同折射率的介质之间的界
面A如图所示，界面上部介质１的
折 射 率 为 n1 ， 下 部 介 质 ２ 的 折 射
率为n2一根光线以入射角 i 从介质
1入射到该界面上，光线的能量将
部分反射回介质1，部分透射到介
质2。根据折射定律，反射角
折射角 t将满足
r
和
介质１
A
介质２
r i
的传播由波矢的 x 分量 k x 决定，即在 x 方向电磁波在两个界面上来回反
射（电磁波在上下界面上全反射），在一定的条件下形成稳定的驻波，即 稳定的横向振荡。此条件为
kx 2d 22 23 2m ， m =1,2,…
(2.11a)
因为 kx k0n cosi ，其中 n 为波导介质的折射率，所以(2.11a)式成为
-
6
第2章光纤的传输特性
设介质平板波导在y方向无限大， n1、 n2、 n3和k1、k2、 k3分
别是介质平板(1区)，基底（2区） 和敷层（3区）中的折射率和 波数，其相应的波矢为 k1 、k和2 k。3 一般有n1> n2> n3，则根据
折射定律，在1,2区界面和1,3区界面上存在全内反射临界角 c12和 c13
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第2章 光纤和光缆
2.2 光纤传输原理
要详细描述光纤传输原理，需要求解由麦克斯韦方程组 导出的波动方程。但在极限(波数k=2π/λ非常大，波长λ→0) 条件下，可以用几何光学的射线方程作近似分析。几何光学 的方法比较直观，容易理解，但并不十分严格。不管是射线 方程还是波动方程，数学推演都比较复杂，我们只选取其中
第2章 光纤和光缆
相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯 直径都很大，可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤。渐 变型多模光纤和单模光纤，包层外径2b都选用125 μm。实 际上，根据应用的需要，可以设计折射率介于SIF和GIF之 间的各种准渐变型光纤。为调整工作波长或改善色散特性， 可以在图2.2(c)常规单模光纤的基础上，设计许多结构复杂 的特种单模光纤。最有用的若干典型特种单模光纤的横截面 结构和折射率分布示于图2.3，这些光纤的特征如下。
第2章 光纤和光缆
三角芯光纤 如图2.3(b)所示，纤芯折射率分布呈三角 形，这是一种改进的色散移位光纤。这种光纤在1.55 μm有 微量色散，有效面积较大，适合于密集波分复用和孤子传输 的长距离系统使用，康宁公司称它为长距离系统光纤，这是
椭圆芯光纤 如图2.3(c)所示，纤芯折射率分布呈椭圆 形。这种光纤具有双折射特性，即两个正交偏振模的传输常 数不同。强双折射特性能使传输光保持其偏振状态，因而又 称为双折射光纤或偏振保持光纤。
第2章 光纤和光缆
双包层光纤 如图2.3(a)所示，折射率分布像W形，又 称为W型光纤。这种光纤有两个包层，内包层外直径2a′与 纤芯直径2a的比值a′/a≤2。适当选取纤芯、外包层和内包层 的折射率n1、n2和n3，调整a值，可以得到在1.3～1.6 μm之 间色散变化很小的色散平坦光纤(DFF，Dispersion Flattened Fiber)，或把零色散波长移到1.55 μm的色散移位光纤(DSF， Dispersion Shifted Fiber)。
第2章 光纤和光缆
第2章 光纤和光缆
2.1 光纤结构和类型 2.2 光纤传输原理 2.3 光纤传输特性 2.4 光缆 2.5 光纤特性测量方法
第2章 光纤和光缆
2.1 光纤结构和类型
2.1.1 光纤结构 光纤(Optical Fiber）是由中心的纤芯和外围的包层同轴
组成的圆柱形细丝。纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层 更低，光能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。图2.1示出光纤的 外形。设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤 中传输的必要条件是n1>n2。纤芯和包层的相对折射率差典 型值Δ=(n1－n2)/n1，一般单模光纤为0.3%～0.6%，多模光纤 为1%～2%。Δ越大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，但 信息传输容量却越小。
第2章 光纤和光缆
特种单模光纤能大幅度提高光纤通信系统的水平。1.55 μm色散移位光纤实现了10 Gb/s 容量的100 km的超大容量超 长距离系统。色散平坦光纤适用于波分复用系统，这种系统 可以把传输容量提高几倍到几十倍。三角芯光纤有效面积较 大，有利于提高输入光纤的光功率，增加传输距离。外差接 收方式的相干光系统要用偏振保持光纤，这种系统最大优点 是提高接收灵敏度，增加传输距离。
突变型多模光纤 如图2.2(a)，纤芯折射率为n1保持 不变，到包层突然变为n2，故又称为阶跃折射率型光纤。这 种光纤一般纤芯直径2a =50～80μm，光线以折线形状沿纤
第2章 光纤和光缆
渐变型多模光纤 如图2.2(b)，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。这种光 纤一般纤芯直径2a为50 μm，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。
第2章 光纤和光缆
图 2.3
(a) 双包层； (b) 三角芯； (c) 椭圆芯
第2章 光纤和光缆
以上各种特征不同的光纤，其用途也不同。突变型多模 光纤信号畸变大，相应的带宽距离积只有10～20 MHz·km， 只能用于小容量(8 Mb/s以下)短距离(几千米以内)系统。渐 变型多模光纤的带宽距离积可达1～2 GHz·km，适用于中等 容量(34～140 Mb/s)中等距离(10～20 km)系统。大容量(622 Mb/s～2.5 Gb/s)长距离(30 km以上)系统要用单模光纤。
2.2.1 几何光学方法 用几何光学方法分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。
第2章 光纤和光缆
1.
数值孔径为简便起见，以突变型多模光纤的交轴(子午)光线
为例，进一步讨论光纤的传输条件。设纤芯和包层折射率分别为
n1和n2，空气的折射率n0=1，纤芯中心轴线与z轴一致，如图2.4。 光线在光纤端面以小角度θ从空气入射到纤芯(n0<n1)，折射角为θ1， 折射后的光线在纤芯直线传播，并在纤芯与包层交界面以角度ψ1 入射到包层(n1>n2)。改变角度θ，不同θ相应的光线将在纤芯与包 层交界面发生反射或折射。根据全反射原理，存在一个临界角θc， 当θ<θc时，相应的光线将在交界面发生全反射而返回纤芯，并以 折线的形状向前传播，如光线1。根据斯奈尔(Snell)定律得到
第2章 光纤和光缆 图 2.1 光纤的外形
第2章 光纤和光缆
2.1.2 光纤类型 光纤种类很多，这里只讨论作为信息传输波导用的由高
纯度石英(SiO2)制成的光纤。 实用光纤主要有三种基本类型，图2.2示出其横截面的
结构和折射率分布，光线在纤芯传播的路径以及由于色散引 起的输出脉冲相对于输入脉冲的畸变。这些光纤的主要特征 如下：
单模光纤 如图2.2 (c)，折射率分布和突变型光纤相似， 纤芯直径只有8～10 μm，光线以直线形状沿纤芯中心轴线 方向传播。因为这种光纤只能传输一个模式(两个偏振态简 并)，所以称为单模光纤，其信号畸变很小。
第2章 光纤和光缆
图 2.2 三种基本类型的光纤
(a) 突变型多模光纤； (b) 渐变型多模光纤； (c) 单模光纤