光纤通信第2章
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 有一段由多模阶跃折射率光纤构成的10km长， NA=0.30，如果纤芯的折射率n1=1.450。 • （1）求接收端模式之间的最大时延差 • （2）求由模式色散导致的均方根脉冲展宽σ • （3）假设最大比特率等于带宽，则此光纤的带 宽距离积是多少？（带宽距离积=带宽×光纤长 度）
色散的危害性 • 色散是光纤的传输特性之一。由于不同 波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速 度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传 播时的展宽。
由以上各式得： NA
上 式 中 Δ = ( n 1 - n 2 ) / n 1 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的意义：
1，NA表示光纤接收和传输光的能力。
2，NA(或θc)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的
• 2.多模光纤与单模光纤
• 1.多模光纤的纤芯大，入射光进入纤芯的 角度多,向前传播的路径也多，所以其电 磁场分布模式多种多样,可同时传播多种 模式。
• 2.单模光纤的纤芯小，光的入射角度小， 电磁场分布模式单纯，只允许一种最基 本的模式即基模的传播，其它高次模均 被淘汰 。
• 3.光在单模光纤中的传播
色散(Dispersion)
定义：是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光 的时间延迟不同而产生的一种物理效应。
包括：模式色散、材料色散和波导色散。 模式色散： 产生原因：不同模式的时间延迟不同 决定因素：光纤的折射率分布、光纤材料折射率的波 长特性
材料色散： • 产生原因：光纤的折射率随波长而改变、模式 内部不同波长成分的光时间延迟不同。 • 决定因素：光纤材料折射率的波长特性、光源 的谱线宽度。 • 波导色散：
1 z
2 3
o
1
图 2.4 突变型多模光纤的光线传播原理
根据斯奈尔(Snell)定律得到 由光线1得： n0 sinθ=n1 sinθ1=n1 cosψ1 (2.1）
当θ=θc时， 定义NA= n0 sinθc=n1 cosψc
因为 又因为 n1 sinψc=n2 sin90o n0=1
2 n12 n2 n1 2
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。
突变型多模光纤（Step Index Fiber, SIF）如图2.2(a)， 纤 芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。这种光纤一般纤 芯直径2a=50~80 μm，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传 播，特点是信号畸变大。
• 结论：光在单模光纤中的传播轨迹，简单地讲 是以平行于光纤轴线的形式以直线方式传播。 • 原因：在单模光纤中仅以一种模式（基模）进 行传播，而高次模全部截止，不存在模式色散。 平行于光轴直线传播的光线代表传播中的基模。
• 模式色散：不同模式的传播时间不同而产生。
总结
• 光纤的模式是能在光纤中传输的光，每 一个模式是满足亥姆霍兹方程的一个解。 • 单模光纤只能传输一种光，就是平行于 轴线的光（基模）。 • 多模光纤则可以传输多种波长的光，根 据波长不同，数值孔径不同，不同的模 式就是传输的路径不同。
单模光纤的模式特性
• 单模条件和截止波长从图2.8和表2.2可以看到，传输模 式数目随V值的增加而增多。当V值减小时，不断发生 模式截止， 模式数目逐渐减少。 • 特别值得注意的是当V<2.405时，只有HE11(LP01)一个 模式存在，其余模式全部截止。HE11称为基模，由两 个偏振态简并而成。 由此得到单模传输条件为 • V=
（2.4）
式中c为真空中的光速。由式(2.4)得到最大入射角(θ=θc) 和最小入射角(θ=0)的光线之间时间延迟差近似为
L 2 L n1L 2 c ( NA) 2n1c 2n1c c
时间延迟差会在时域产生脉冲展宽，或称为信号畸变。
由此可见，突变型多模光纤的信号畸变是由于不同入射角的
2 a
2 n12 n2 2.405
(2.36)
•
由式(2.36)可以看到，对于给定的光纤(n1、n2和a 确定)，存在一个临界波长λc，当λ<λc时，是多模传输， 当λ>λc时，是单模传输，这个临界波长λc称为截止波长。
例2
• 已知光纤的纤芯直径2a=50um， △=0.01， n1=1.45， λ=0.85um，若光纤的折射率分 布为阶跃型和渐变型， • （1）求它们各自的导模数量 • （2）若波长改为1.31um，导模数量如何 变化？
3dB带宽：就是指光纤带宽
• 3DB带宽就是指功率下降一半的带宽.对于光或者 电信号,表现在他们的幅值下降到0.707的位置. • 光纤的带宽指的是：在光纤的传递函数中，光功 率的幅值比零频率的幅值降低50%或3dB时的调 制频率。
例5
• 考虑1km长，NA=0.2，n1=1.5，计算光纤带宽
例6
应用：双折射、偏振保持光纤。
n1 n2
n3
2a ′ 2a
(a)
(b)
(b)
图 2.3
(a) 双包层； (b) 三角芯； (c) 椭圆芯
三种类型光纤的应用场合
1 ，突变型多模光纤：信号畸变大、带宽距离积短、适用小 容量、短距离光纤通信系统。
2，渐变性多模光纤：适用于中等容量的光纤通信系统。
3，单模光纤：适用于大容量、长距离光纤通信系统。
光纤带宽的计算：
f3 dB=
2 ln 2 1 187 ( MHZ ) 2
公式（1）
上式中，σ为信号通过光纤产生均方根脉冲宽度(ns) 又因为Δτ= =2.355σ， 2 ln 2
所以有
441 ( MHZ ) f3 dB=
公式（2）
上式中Δτ（ns）为时间延迟差（信号通过光纤后 脉冲展宽）
依据实际的需要可以制成几种新类型的光纤：
1，双包型光纤（W型光纤） 特点：折射率分布像W型 三层折射率：纤芯 n1 外包层n2 内包层n3
应用：色散小、甚至为0（零色散光纤） 2，三角形光纤 特点：折射率分布像三角形
应用：密集波分复用 光孤子传输 长距离 非零色散
3，椭圆形光纤
特点：折射率分布像椭圆形
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。
纤芯和包层的相对折射率差Δ=（n1-n2）/n1 的典型值，一般单模光纤为0.3%~0.6%， 多模 光纤为1%~2%。
包层 n2 纤芯 n1
图2.1 示出光纤的外形。
2.1.2光纤类型
实用光纤主要有三种基本类型， 图2.2示出其横截面的结
• • • • • •
1，多模光纤的模数计算： （1）对于突变型光纤，传输模数M=V2/2 （2）对于渐变性光纤，传输模数M=V2/4 2，模式截止 模式的数目决定于归一化频率的大小。 （1）当V<2.405的时候，仅有一个单模可以在 光纤波导中传播，这个模就是HE11 模或者是 弱导近似下的线偏振模LP01模，其它模式均 被截至。
渐变型多模光纤（Graded Index Fiber, GIF）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50μm，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。
单模光纤（Single Mode Fiber, SMF）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。其信号畸变很小。
横截面
折射率分布 r
输入脉冲 Ai 纤芯
光线传播路径 包层
输出脉冲 Ao
(a)
2b
2a n t r Ai Ao t
(b) 1 25 m
5 0 m
n t r Ai Ao t
Baidu Nhomakorabea
(c)
1 25 m
～10 m
n t t
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
例3
• 已知均匀光纤芯的折射率n1=1.50，相对 折射率差△=0.01,芯半径a=25um。 • 试求： • （1）LP02模的截止波长是多少？（已知 LP02的截止频率为3.832） • （2）若λ0=1um，计算光纤的归一化频率 V以及其中传输的模数量N各等于多少？
例4
• 均匀光纤，若n1=1.50，λ0=1.30um，试计 算： • （1）若△=0.25，为了保证单模传输，其 芯半径应取多大？ • （2）若取a=5um，为了保证单模传输， △应取多大？
光纤“模”的概念
• 1.模的概念 • 光导纤维传输中的一个重要性能就是模式分 布。 • 模式是指传输线横截面和纵截面的电磁场结 构图形，即电磁波的分布情况。
• 一般来说，不同的模式有不同的的场结 构，且每一种传输线都有一个与其对应 的基模或主模。 • 基模是截止波长最长的模式。除基模外， 截止波长较短的其它模式称为高次模。 • 根据光纤能传输的模式数目，可将其分 为单模光纤和多模光纤。
• 产生原因：波导结构参数与波长。
• 决定因素：波导尺寸和纤芯与包层的相对折射 率差。
色散影响： 1、时域（脉冲展宽 Δτ）、频域（限制传输信号带宽 3db） 2、模拟信号（限制带宽）、数字脉冲信号（脉冲展宽）
时域： 用脉冲展宽表示时， 光纤色散可以写成 Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)1/2 式中Δτn、Δτm、Δτw分别为模式色散、材料色散和波导色散所 引起的脉冲展宽的均方根值。
2.3光纤传输特性
1，损耗 影响：使信号幅度减小、限制传输距离。 2，色散 影响：使信号产生畸变（失真）——即使信号波形展宽 限制传输容量 总之：由于光纤的传输特性损耗和色散，使光信号经光纤传 输后要产生损耗和畸变(失真)，因而输出信号和输入信号不同。
2.3.1光纤色散
1. 色散、 带宽和脉冲展宽
耦合效率越高。 3 ，对于无损耗光纤，在 θc 内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。 4，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，时间延迟
n1l n1L n1 L 12 sec1 (1 ) c c c 2
• 光纤的色散现象对光纤通信极为不利。
• 在光纤数字通信传输的是一系列脉冲码， 光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与 脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从 而形成传输码的失误，造成差错。为避免 误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输 速率降低，从而减少了通信容量。 • 另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输 距离的增长而越来越严重。因此，为了避 免误码，光纤的传输距离也要缩短。
2.2 光纤传输原理
研究光纤传输原理的方法：
1，求解麦克斯韦方程组法
数学推演复杂
只记结论分析
2，几何光学法
推演直观易懂
不是十分严密
2.2.1几何光学方法
研究问题：光束在光纤中传播的空间分布和时间分布
由此得到两个概念： 数值孔径（NA）和时间延迟。
3 2 y
c
c
1
l L x 纤芯n 1 包层n 2
光线经光纤传输后， 其时间延迟不同而产生的。 设光纤NA=0.20，n1=1.5，L=1 km，根据式(2.5)得到脉冲展 宽Δτ=44ns，相当于10MHz· km左右的带宽。
例1
• 均匀光纤芯与包层的折射率分别为： n1=1.50，n2=1.45，试计算： • （1）光纤芯与包层的相对折射率△为多 少？ • （2）光纤的数值孔径NA为多少？ • （3）在1米长的光纤上，由子午线的光 程差所引起的最大时延差Δτmax为多少？
光纤传输的波动理论
• 由于波动理论的推导和计算求解十分复杂， 为此，我们略去其推导过程，直接给出结论 进行分析。 2a 2 2 v n n • 公式1： 1 2 • 其中V表示光的归一化频率，λ表示光的波长， a表示纤芯半径，n1表示内芯折射率，n2表示 外芯折射率。 • 该结论意义：可以通过V求出光纤中的传输模 数M。
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
返回主目录
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。
设纤芯和包层的折射率分别为 n 1 和 n 2 ，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Δ=（n1-n2）/n1的典型值，一般 单模光纤为0.3%~0.6%， 多模光纤为1%~2%。
色散的危害性 • 色散是光纤的传输特性之一。由于不同 波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速 度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传 播时的展宽。
由以上各式得： NA
上 式 中 Δ = ( n 1 - n 2 ) / n 1 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的意义：
1，NA表示光纤接收和传输光的能力。
2，NA(或θc)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的
• 2.多模光纤与单模光纤
• 1.多模光纤的纤芯大，入射光进入纤芯的 角度多,向前传播的路径也多，所以其电 磁场分布模式多种多样,可同时传播多种 模式。
• 2.单模光纤的纤芯小，光的入射角度小， 电磁场分布模式单纯，只允许一种最基 本的模式即基模的传播，其它高次模均 被淘汰 。
• 3.光在单模光纤中的传播
色散(Dispersion)
定义：是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光 的时间延迟不同而产生的一种物理效应。
包括：模式色散、材料色散和波导色散。 模式色散： 产生原因：不同模式的时间延迟不同 决定因素：光纤的折射率分布、光纤材料折射率的波 长特性
材料色散： • 产生原因：光纤的折射率随波长而改变、模式 内部不同波长成分的光时间延迟不同。 • 决定因素：光纤材料折射率的波长特性、光源 的谱线宽度。 • 波导色散：
1 z
2 3
o
1
图 2.4 突变型多模光纤的光线传播原理
根据斯奈尔(Snell)定律得到 由光线1得： n0 sinθ=n1 sinθ1=n1 cosψ1 (2.1）
当θ=θc时， 定义NA= n0 sinθc=n1 cosψc
因为 又因为 n1 sinψc=n2 sin90o n0=1
2 n12 n2 n1 2
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。
突变型多模光纤（Step Index Fiber, SIF）如图2.2(a)， 纤 芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。这种光纤一般纤 芯直径2a=50~80 μm，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传 播，特点是信号畸变大。
• 结论：光在单模光纤中的传播轨迹，简单地讲 是以平行于光纤轴线的形式以直线方式传播。 • 原因：在单模光纤中仅以一种模式（基模）进 行传播，而高次模全部截止，不存在模式色散。 平行于光轴直线传播的光线代表传播中的基模。
• 模式色散：不同模式的传播时间不同而产生。
总结
• 光纤的模式是能在光纤中传输的光，每 一个模式是满足亥姆霍兹方程的一个解。 • 单模光纤只能传输一种光，就是平行于 轴线的光（基模）。 • 多模光纤则可以传输多种波长的光，根 据波长不同，数值孔径不同，不同的模 式就是传输的路径不同。
单模光纤的模式特性
• 单模条件和截止波长从图2.8和表2.2可以看到，传输模 式数目随V值的增加而增多。当V值减小时，不断发生 模式截止， 模式数目逐渐减少。 • 特别值得注意的是当V<2.405时，只有HE11(LP01)一个 模式存在，其余模式全部截止。HE11称为基模，由两 个偏振态简并而成。 由此得到单模传输条件为 • V=
（2.4）
式中c为真空中的光速。由式(2.4)得到最大入射角(θ=θc) 和最小入射角(θ=0)的光线之间时间延迟差近似为
L 2 L n1L 2 c ( NA) 2n1c 2n1c c
时间延迟差会在时域产生脉冲展宽，或称为信号畸变。
由此可见，突变型多模光纤的信号畸变是由于不同入射角的
2 a
2 n12 n2 2.405
(2.36)
•
由式(2.36)可以看到，对于给定的光纤(n1、n2和a 确定)，存在一个临界波长λc，当λ<λc时，是多模传输， 当λ>λc时，是单模传输，这个临界波长λc称为截止波长。
例2
• 已知光纤的纤芯直径2a=50um， △=0.01， n1=1.45， λ=0.85um，若光纤的折射率分 布为阶跃型和渐变型， • （1）求它们各自的导模数量 • （2）若波长改为1.31um，导模数量如何 变化？
3dB带宽：就是指光纤带宽
• 3DB带宽就是指功率下降一半的带宽.对于光或者 电信号,表现在他们的幅值下降到0.707的位置. • 光纤的带宽指的是：在光纤的传递函数中，光功 率的幅值比零频率的幅值降低50%或3dB时的调 制频率。
例5
• 考虑1km长，NA=0.2，n1=1.5，计算光纤带宽
例6
应用：双折射、偏振保持光纤。
n1 n2
n3
2a ′ 2a
(a)
(b)
(b)
图 2.3
(a) 双包层； (b) 三角芯； (c) 椭圆芯
三种类型光纤的应用场合
1 ，突变型多模光纤：信号畸变大、带宽距离积短、适用小 容量、短距离光纤通信系统。
2，渐变性多模光纤：适用于中等容量的光纤通信系统。
3，单模光纤：适用于大容量、长距离光纤通信系统。
光纤带宽的计算：
f3 dB=
2 ln 2 1 187 ( MHZ ) 2
公式（1）
上式中，σ为信号通过光纤产生均方根脉冲宽度(ns) 又因为Δτ= =2.355σ， 2 ln 2
所以有
441 ( MHZ ) f3 dB=
公式（2）
上式中Δτ（ns）为时间延迟差（信号通过光纤后 脉冲展宽）
依据实际的需要可以制成几种新类型的光纤：
1，双包型光纤（W型光纤） 特点：折射率分布像W型 三层折射率：纤芯 n1 外包层n2 内包层n3
应用：色散小、甚至为0（零色散光纤） 2，三角形光纤 特点：折射率分布像三角形
应用：密集波分复用 光孤子传输 长距离 非零色散
3，椭圆形光纤
特点：折射率分布像椭圆形
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。
纤芯和包层的相对折射率差Δ=（n1-n2）/n1 的典型值，一般单模光纤为0.3%~0.6%， 多模 光纤为1%~2%。
包层 n2 纤芯 n1
图2.1 示出光纤的外形。
2.1.2光纤类型
实用光纤主要有三种基本类型， 图2.2示出其横截面的结
• • • • • •
1，多模光纤的模数计算： （1）对于突变型光纤，传输模数M=V2/2 （2）对于渐变性光纤，传输模数M=V2/4 2，模式截止 模式的数目决定于归一化频率的大小。 （1）当V<2.405的时候，仅有一个单模可以在 光纤波导中传播，这个模就是HE11 模或者是 弱导近似下的线偏振模LP01模，其它模式均 被截至。
渐变型多模光纤（Graded Index Fiber, GIF）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50μm，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。
单模光纤（Single Mode Fiber, SMF）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。其信号畸变很小。
横截面
折射率分布 r
输入脉冲 Ai 纤芯
光线传播路径 包层
输出脉冲 Ao
(a)
2b
2a n t r Ai Ao t
(b) 1 25 m
5 0 m
n t r Ai Ao t
Baidu Nhomakorabea
(c)
1 25 m
～10 m
n t t
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
例3
• 已知均匀光纤芯的折射率n1=1.50，相对 折射率差△=0.01,芯半径a=25um。 • 试求： • （1）LP02模的截止波长是多少？（已知 LP02的截止频率为3.832） • （2）若λ0=1um，计算光纤的归一化频率 V以及其中传输的模数量N各等于多少？
例4
• 均匀光纤，若n1=1.50，λ0=1.30um，试计 算： • （1）若△=0.25，为了保证单模传输，其 芯半径应取多大？ • （2）若取a=5um，为了保证单模传输， △应取多大？
光纤“模”的概念
• 1.模的概念 • 光导纤维传输中的一个重要性能就是模式分 布。 • 模式是指传输线横截面和纵截面的电磁场结 构图形，即电磁波的分布情况。
• 一般来说，不同的模式有不同的的场结 构，且每一种传输线都有一个与其对应 的基模或主模。 • 基模是截止波长最长的模式。除基模外， 截止波长较短的其它模式称为高次模。 • 根据光纤能传输的模式数目，可将其分 为单模光纤和多模光纤。
• 产生原因：波导结构参数与波长。
• 决定因素：波导尺寸和纤芯与包层的相对折射 率差。
色散影响： 1、时域（脉冲展宽 Δτ）、频域（限制传输信号带宽 3db） 2、模拟信号（限制带宽）、数字脉冲信号（脉冲展宽）
时域： 用脉冲展宽表示时， 光纤色散可以写成 Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)1/2 式中Δτn、Δτm、Δτw分别为模式色散、材料色散和波导色散所 引起的脉冲展宽的均方根值。
2.3光纤传输特性
1，损耗 影响：使信号幅度减小、限制传输距离。 2，色散 影响：使信号产生畸变（失真）——即使信号波形展宽 限制传输容量 总之：由于光纤的传输特性损耗和色散，使光信号经光纤传 输后要产生损耗和畸变(失真)，因而输出信号和输入信号不同。
2.3.1光纤色散
1. 色散、 带宽和脉冲展宽
耦合效率越高。 3 ，对于无损耗光纤，在 θc 内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。 4，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，时间延迟
n1l n1L n1 L 12 sec1 (1 ) c c c 2
• 光纤的色散现象对光纤通信极为不利。
• 在光纤数字通信传输的是一系列脉冲码， 光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与 脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从 而形成传输码的失误，造成差错。为避免 误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输 速率降低，从而减少了通信容量。 • 另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输 距离的增长而越来越严重。因此，为了避 免误码，光纤的传输距离也要缩短。
2.2 光纤传输原理
研究光纤传输原理的方法：
1，求解麦克斯韦方程组法
数学推演复杂
只记结论分析
2，几何光学法
推演直观易懂
不是十分严密
2.2.1几何光学方法
研究问题：光束在光纤中传播的空间分布和时间分布
由此得到两个概念： 数值孔径（NA）和时间延迟。
3 2 y
c
c
1
l L x 纤芯n 1 包层n 2
光线经光纤传输后， 其时间延迟不同而产生的。 设光纤NA=0.20，n1=1.5，L=1 km，根据式(2.5)得到脉冲展 宽Δτ=44ns，相当于10MHz· km左右的带宽。
例1
• 均匀光纤芯与包层的折射率分别为： n1=1.50，n2=1.45，试计算： • （1）光纤芯与包层的相对折射率△为多 少？ • （2）光纤的数值孔径NA为多少？ • （3）在1米长的光纤上，由子午线的光 程差所引起的最大时延差Δτmax为多少？
光纤传输的波动理论
• 由于波动理论的推导和计算求解十分复杂， 为此，我们略去其推导过程，直接给出结论 进行分析。 2a 2 2 v n n • 公式1： 1 2 • 其中V表示光的归一化频率，λ表示光的波长， a表示纤芯半径，n1表示内芯折射率，n2表示 外芯折射率。 • 该结论意义：可以通过V求出光纤中的传输模 数M。
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
返回主目录
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。
设纤芯和包层的折射率分别为 n 1 和 n 2 ，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Δ=（n1-n2）/n1的典型值，一般 单模光纤为0.3%~0.6%， 多模光纤为1%~2%。