第2章光纤2.1 光纤结构和类型 2.1.1 光纤结构 2.1.2 光纤类型2.2...
更新时间:2023-08-12 02:07:01 阅读量: 外语学习 文档下载
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第2章2.1.1 2.1.2 2.2
光纤光纤结构 光纤类型
2.1 光纤结构和类型
光纤传输原理 2.2.1 2.2.2 几何光学方法 光纤传输的波动理论
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2.3 光纤传输特性 2.3.1 2.3.2 2.3.3 光纤色散 光纤损耗 光纤标准和应用
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教学重点及难点 重点: 重点:分析光纤的导光原理; 一、分析光纤的导光原理; 理解光纤损耗和色散的概念 二、理解光纤损耗和色散的概念 ; 掌握光纤单模传输条件的计算公式。 三、掌握光纤单模传输条件的计算公式。
难点: 难点:光纤传输的波动理论
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2.1 光纤结构和类型2.1.1 光纤结构 光纤( 光纤(Optical Fiber)的典型结构是 ) 典型结构是 多层同轴圆柱体, 如图所示, 多层同轴圆柱体 , 如图所示 , 自内向外 由纤芯、包层和涂敷层三部分组成。 纤芯、包层和涂敷层三部分组成。 三部分组成
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光纤结构图 光纤结构
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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。 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。 涂覆层保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦 伤。
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2.1.2 光纤类型1、光纤的主要成分 目前通信用的光纤主要是石英系光纤, 目前通信用的光纤主要是 石英系光纤, 其 主要成分是高纯度石英玻璃,即二氧化硅 ( SiO2 ) 。 如果在石英中掺入折射率高于石英的掺杂 剂 , 就可以制作光纤的 纤芯。 同样 , 如果在石 就可以制作光纤的纤芯 。 同样, 英中掺入折射率低于石英的掺杂剂, 英中掺入折射率低于石英的掺杂剂 , 就可以作 为包层材料。 包层材料。
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2、光纤分类按照制造光纤所用的材料分类有 分类有: (1)按照制造光纤所用的材料分类有: 石英系光纤; 石英系光纤; 多组分玻璃光纤; 多组分玻璃光纤; 塑料包层石英芯光纤; 塑料包层石英芯光纤; 全塑料光纤。 全塑料光纤。
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按折射率分布情况分类 分类: (2) 按折射率分布情况分类:光纤主 要有三种基本类型: 要有三种基本类型:突变型多模光纤(多模阶跃折射率光纤 突变型多模光纤 多模阶跃折射率光纤) 多模阶跃折射率光纤 渐变型多模光纤(多模渐变射率光纤 渐变型多模光纤 多模渐变射率光纤) 多模渐变射率光纤 单模光纤
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突变型多模光纤(Step Index Fiber, SIF) 突变型多模光纤 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=50~80μm,光线 以 折线形状 光线以 光线 折线形状沿纤芯中 心轴线方向传播,特点是信号畸变大。
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突变型多模光纤 (多模阶跃折射率光纤 多模阶跃折射率光纤) 多模阶跃
折射率光纤
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渐变型多模光纤(Graded Index Fiber, GIF) 渐变型多模光纤 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 正弦形状 光线以正弦形状 光线 沿纤芯中心轴线方向传播,特点是信号畸变 小。
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渐变型多模光纤 (多模渐变射率光纤) 多模渐变射率光纤)
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单模光纤(Single Mode Fiber, SMF) 单模光纤 折射率分布和突变型光纤相似,纤芯直径 只有8~10 μm,光线 直线形状 光线以直线形状 光线 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 (只传输主模),所以称为单模光纤,其信号 畸变很小。
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单模光纤
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相对于单模光纤 单模光纤而言,突变型光纤 单模光纤 突变型光纤和 突变型光纤 渐变型光纤的纤芯直径都很大,可以容纳 渐变型光纤 数百个模式,所以称为多模光纤。 多模光纤。 多模光纤 渐变型多模光纤和单模光纤 渐变型多模光纤 单模光纤,包层外 单模光纤 径2b都选用125μm。
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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 构和折射率分布下图所示:n1 n2
n3
2a ′ 2a
(a)
(b)
(b)
(a) 双包层; (b) 三角芯; (c) 椭圆芯
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双包层光纤: 双包层光纤: 色散平坦光纤(DFF) 色散平坦光纤 色散移位光纤(DSF) 色散移位光纤 三角芯光纤: 三角芯光纤: 改进的色散移位光纤 椭圆芯光纤: 椭圆芯光纤: 双折射光纤或偏振保持光纤 双折射光纤 偏振保持光纤。 偏振保持光纤
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主要用途: 主要用途: 突变型多模光纤 只能用于小容量短距 离系统。 渐变型多模光纤 适用于中等容量中等 距离系统。 单模光纤 用在大容量长距离的系统。
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特种单模光纤大幅度提高光纤通信 系统的水平: 系统的水平: 1.55μm色散移位光纤实现了10Gb/s 容量的100km 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。
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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。
偏振保持光纤用在外差接收方式的相 干光系统,这种系统最大优点是提高接收 灵敏度,增加传输距离。
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- 2.1
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