第二章光纤玻璃
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缺陷等造成的光纤能量的衰减，包括本身损耗和线路损耗。
线路损耗：由于在使用过程中，使用条件的限制和不当造成的。
散射损耗
瑞利散射 米氏散射
本身损耗
吸收损耗
固有吸收 杂质吸收
弯曲损耗
结构不完整 光纤弯曲
第二章光纤玻璃
15
散射损耗：主要是由光纤制备过程中杂质缺陷及结构 缺陷等引起的折射率的变化，主要包括瑞利散射和米 氏散射等。
单模光纤中传播模80%能量在纤芯 20%能量在包层
第二章光纤玻璃
模间色散
多模光纤中不同模式具有不同的传播路径导致了模间色散
对于子午光线，经过长度L后模间色散可能产生的最大脉冲展 宽为：
DL DL为两种模式的光程差 Tmod Tmax Tmin c / ncord
第二章光纤玻璃
光纤性能
光纤损耗：主要是由于传输过程中外部原因及玻璃光纤本身的
当光纤芯径的几何尺寸远大于光波波长时，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。
反之，当光纤的几何尺寸较小，与光波长在同一数量级时，光纤只允许 一种模式在其中传播，即单模传输。
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 μ m，而多模光纤芯径 > 50 μ m。
定的机械保护作用。 息传输容量却越小。
第二章光纤玻璃
3
纤芯 1) 位置：光纤的中心部位； 2) 尺寸：直径d1 = 4 mm ~ 50 mm； 3) 材料：高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂(GeO2，P2O5)， 作用是提
高纤芯对光的折射率(n1)，以传输光信号； 包层 1) 位置：位于纤芯的周围； 2) 尺寸：直径d2 = 125 mm； 3) 材料：其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。而掺杂剂(如
第2章 光功能玻璃
2.1 光学玻璃纤维 2.2 激光玻璃 2.3 光致变色玻璃 2.4 非线性光学玻璃 2.5 光伏玻璃
第二章光纤玻璃
1
2.1 光学玻璃纤维
概念
光学纤维：玻璃纤维中能以波导结构传输光者。 光通讯光纤：具有特别良好透光性（低损耗），长距 离传输后仍能识别信号（低色散）的光学纤维。 光纤通讯的特点： 中继间距离长，传输容量大—要 求光纤低损耗、低色散。
单模光纤： 由于其芯径小，只有几微米，是光波波长的几倍；电磁场分 布形式单一，所以只允许一种基本模式的光纤传输。
多模光纤：其芯径较大(40～100μm)，光束进入芯中的角度不同，向前传 播的路径也不同，形成较多电磁分布模式，允许多种模式同时传输。
第二章光纤玻璃
7
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。
第二章光纤玻璃
8
MULTIMODE
3mm OUTER JACKET
ARAMID STRENGTH MEMBERS (Kevlar)
900 MICRON BUFFER JACKET
250 MICRON COATING
多模光缆
125 MICRON CLADDING (SILICA) 50/62.5 MICRON CORE (SILICA)
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，它使得光信号能约束在纤芯中传输。
第二章光纤玻璃
4
涂覆层 1) 位置：位于光纤的最外层； 2) 尺寸：涂覆后的光纤外径约为1.5 mm； 3) 结构和材料：包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层
a) 一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料 b) 缓冲层一般为性能良好的填充油膏 (防水) c) 二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物 4) 作用：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，起着延长光纤寿命的作用。
其中n1为芯部折射率，n2为皮部折射率。
单模光纤
阶跃多模
多模光纤
梯度分布多模
第二章光纤玻璃
6
光纤性能
传输模式 传输带宽 光纤损耗
传输模式：是光在光纤中传播时载运光能的传播模式。在光纤的受光角 内，以某一角度射入光纤端面，并能在光纤纤芯-包层交界面上产生全反 射的传播光线，就可以称为入射光的一个传播模式。主要包括单模光纤 和多模光纤。
125 μm 62.5μm
Clad
Core
125 μm
8μm
SINGLEBiblioteka BaiduODE
9 MICRON CORE (SILICA)
单模光缆
Core
Clad
85μm
人的头发
第二章光纤玻璃
9
光纤性能
传输带宽：表示光纤传输信号的能力，影响因素主要为色散
（材料色散、结构色散和模式色散）。
材料色散：由于光纤玻璃的折射率随波长变化，所以光源的光谱 变宽时，光纤中传输的脉冲信号就变宽。 波导色散：由光纤的几何结构决定的色散。由于包层中光速大于 纤芯中光速，在包层中光脉冲传播速度加快，从而脉冲就展宽。
第二章光纤玻璃
5
光纤特点
单模光纤：具有色散特性最优的结构，其衰减小、频带宽、容量大、成本低 光纤分类和易于扩容等优点。
多模光纤：可以传输多种波型的光信号，当传输方向光线的角度小时得以全
光反算纤射公根而式据无：传损输失；模当式角的度不过同大分时为，单光模就光可能纤折和射多出模芯光部纤以外， θ计
按折射率n1的si变n化θ分(阶n跃12 光 纤n2和2 )梯12 度光纤
模间色散：由于传输模式不同引起的色散。
第二章光纤玻璃
10
光纤色散的影响
色散使信号不同的成分传播速度不同，使信号在目的端产生 码间干扰，给信号的最后判决造成困难
第二章光纤玻璃
材料色散
光纤材料对不同的频率成 份折射率(传播速率)不同
l1
l1
l2
l2
l3
l3
第二章光纤玻璃
波导色散
信号光处于纤芯的部分和处于包层的部分具有不同的传播速度
瑞利散射：不规则分子结构引起的微观折射率的波动造成。多组 分玻璃包，层成分变化会引起折射率的变化，单组分玻璃，冷却温度 波动会引起折射率变化。 米氏散射：材料的不均匀性尺寸和光波波长相近时造成，如小晶 粒、小气泡等。
第二章光纤玻璃
2
设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，
光纤结构
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
光形纤细(丝Op。ti纤ca芯l Fi的be折r)是射由率中比△心包=的层( n纤稍1-芯高n2和，)/n外损1的围耗典的比型包包层值层同更，轴低△组，越成光大的能，圆量把柱主 要在纤芯内传输。包层为光光能的量传束输缚提在供纤反射芯面的和能光力隔越离强，，并但起信一
线路损耗：由于在使用过程中，使用条件的限制和不当造成的。
散射损耗
瑞利散射 米氏散射
本身损耗
吸收损耗
固有吸收 杂质吸收
弯曲损耗
结构不完整 光纤弯曲
第二章光纤玻璃
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散射损耗：主要是由光纤制备过程中杂质缺陷及结构 缺陷等引起的折射率的变化，主要包括瑞利散射和米 氏散射等。
单模光纤中传播模80%能量在纤芯 20%能量在包层
第二章光纤玻璃
模间色散
多模光纤中不同模式具有不同的传播路径导致了模间色散
对于子午光线，经过长度L后模间色散可能产生的最大脉冲展 宽为：
DL DL为两种模式的光程差 Tmod Tmax Tmin c / ncord
第二章光纤玻璃
光纤性能
光纤损耗：主要是由于传输过程中外部原因及玻璃光纤本身的
当光纤芯径的几何尺寸远大于光波波长时，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。
反之，当光纤的几何尺寸较小，与光波长在同一数量级时，光纤只允许 一种模式在其中传播，即单模传输。
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 μ m，而多模光纤芯径 > 50 μ m。
定的机械保护作用。 息传输容量却越小。
第二章光纤玻璃
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纤芯 1) 位置：光纤的中心部位； 2) 尺寸：直径d1 = 4 mm ~ 50 mm； 3) 材料：高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂(GeO2，P2O5)， 作用是提
高纤芯对光的折射率(n1)，以传输光信号； 包层 1) 位置：位于纤芯的周围； 2) 尺寸：直径d2 = 125 mm； 3) 材料：其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。而掺杂剂(如
第2章 光功能玻璃
2.1 光学玻璃纤维 2.2 激光玻璃 2.3 光致变色玻璃 2.4 非线性光学玻璃 2.5 光伏玻璃
第二章光纤玻璃
1
2.1 光学玻璃纤维
概念
光学纤维：玻璃纤维中能以波导结构传输光者。 光通讯光纤：具有特别良好透光性（低损耗），长距 离传输后仍能识别信号（低色散）的光学纤维。 光纤通讯的特点： 中继间距离长，传输容量大—要 求光纤低损耗、低色散。
单模光纤： 由于其芯径小，只有几微米，是光波波长的几倍；电磁场分 布形式单一，所以只允许一种基本模式的光纤传输。
多模光纤：其芯径较大(40～100μm)，光束进入芯中的角度不同，向前传 播的路径也不同，形成较多电磁分布模式，允许多种模式同时传输。
第二章光纤玻璃
7
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。
第二章光纤玻璃
8
MULTIMODE
3mm OUTER JACKET
ARAMID STRENGTH MEMBERS (Kevlar)
900 MICRON BUFFER JACKET
250 MICRON COATING
多模光缆
125 MICRON CLADDING (SILICA) 50/62.5 MICRON CORE (SILICA)
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，它使得光信号能约束在纤芯中传输。
第二章光纤玻璃
4
涂覆层 1) 位置：位于光纤的最外层； 2) 尺寸：涂覆后的光纤外径约为1.5 mm； 3) 结构和材料：包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层
a) 一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料 b) 缓冲层一般为性能良好的填充油膏 (防水) c) 二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物 4) 作用：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，起着延长光纤寿命的作用。
其中n1为芯部折射率，n2为皮部折射率。
单模光纤
阶跃多模
多模光纤
梯度分布多模
第二章光纤玻璃
6
光纤性能
传输模式 传输带宽 光纤损耗
传输模式：是光在光纤中传播时载运光能的传播模式。在光纤的受光角 内，以某一角度射入光纤端面，并能在光纤纤芯-包层交界面上产生全反 射的传播光线，就可以称为入射光的一个传播模式。主要包括单模光纤 和多模光纤。
125 μm 62.5μm
Clad
Core
125 μm
8μm
SINGLEBiblioteka BaiduODE
9 MICRON CORE (SILICA)
单模光缆
Core
Clad
85μm
人的头发
第二章光纤玻璃
9
光纤性能
传输带宽：表示光纤传输信号的能力，影响因素主要为色散
（材料色散、结构色散和模式色散）。
材料色散：由于光纤玻璃的折射率随波长变化，所以光源的光谱 变宽时，光纤中传输的脉冲信号就变宽。 波导色散：由光纤的几何结构决定的色散。由于包层中光速大于 纤芯中光速，在包层中光脉冲传播速度加快，从而脉冲就展宽。
第二章光纤玻璃
5
光纤特点
单模光纤：具有色散特性最优的结构，其衰减小、频带宽、容量大、成本低 光纤分类和易于扩容等优点。
多模光纤：可以传输多种波型的光信号，当传输方向光线的角度小时得以全
光反算纤射公根而式据无：传损输失；模当式角的度不过同大分时为，单光模就光可能纤折和射多出模芯光部纤以外， θ计
按折射率n1的si变n化θ分(阶n跃12 光 纤n2和2 )梯12 度光纤
模间色散：由于传输模式不同引起的色散。
第二章光纤玻璃
10
光纤色散的影响
色散使信号不同的成分传播速度不同，使信号在目的端产生 码间干扰，给信号的最后判决造成困难
第二章光纤玻璃
材料色散
光纤材料对不同的频率成 份折射率(传播速率)不同
l1
l1
l2
l2
l3
l3
第二章光纤玻璃
波导色散
信号光处于纤芯的部分和处于包层的部分具有不同的传播速度
瑞利散射：不规则分子结构引起的微观折射率的波动造成。多组 分玻璃包，层成分变化会引起折射率的变化，单组分玻璃，冷却温度 波动会引起折射率变化。 米氏散射：材料的不均匀性尺寸和光波波长相近时造成，如小晶 粒、小气泡等。
第二章光纤玻璃
2
设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，
光纤结构
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
光形纤细(丝Op。ti纤ca芯l Fi的be折r)是射由率中比△心包=的层( n纤稍1-芯高n2和，)/n外损1的围耗典的比型包包层值层同更，轴低△组，越成光大的能，圆量把柱主 要在纤芯内传输。包层为光光能的量传束输缚提在供纤反射芯面的和能光力隔越离强，，并但起信一