第2章光纤 口光纤结构 口光纤传输原理 口单模光纤 口多模光纤 口光纤使用特性和产品介绍
第2章 光纤 光纤结构 光纤传输原理 单模光纤 多模光纤 光纤使用特性和产品介绍
光纤是光纤通信系统的传输介质,它具有传输损耗低、传输容量大 的特点。对于光纤而言,其衰减和色散特性是影响系统性能的主要因素。 当入射到光纤内的光功率较大时,光纤呈现的非线性效应对系统的传输 会产生较大的影响。 随着技术的发展,光纤的性能也不断地得到改善,新的光纤品种不 断出现,其价格也逐年下降,应用范围得到了进一步的扩展。为了对光 纤通信系统有一个全面的了解,必须认识光纤的工作原理及其性能,以 便根据实际使用环境选择光纤产品,保证光纤性能稳定、系统可靠地运 行 本章用几何光学和波动方程两种方法阐述了光纤中光的传输机理 在此基础上,对单模光纤和多模光纤传输特性进行了分析,并介绍了光 纤制作工艺、光纤产品及其光纤的使用特性
光纤是光纤通信系统的传输介质，它具有传输损耗低、传输容量大 的特点。对于光纤而言，其衰减和色散特性是影响系统性能的主要因素。 当入射到光纤内的光功率较大时，光纤呈现的非线性效应对系统的传输 会产生较大的影响。 随着技术的发展，光纤的性能也不断地得到改善，新的光纤品种不 断出现，其价格也逐年下降，应用范围得到了进一步的扩展。为了对光 纤通信系统有一个全面的了解，必须认识光纤的工作原理及其性能，以 便根据实际使用环境选择光纤产品，保证光纤性能稳定、系统可靠地运 行。 本章用几何光学和波动方程两种方法阐述了光纤中光的传输机理， 在此基础上，对单模光纤和多模光纤传输特性进行了分析，并介绍了光 纤制作工艺、光纤产品及其光纤的使用特性
2.1光纤结构 按照光纤横截面上径向折射率的分布特点,我们把光纤分为阶跃折射率 光纤和渐变折射率光纤两大类 2.1.1阶跃折射率光纤 阶跃折射率光纤的折射率分布如图21.1所示。图(a)、(b)分别为单 模和多模阶跃折射率光纤示意图。 光线 :)(a)单模阶跃折射率光纤 光线 n1 (b)多模阶跃折射率光纤 图2.1.1阶跃折射率光纤示意图 图中,2a为纤芯直径,2b为包层直径,纤芯和包层的折射率都是常数, 分别为n1和n2。为了满足光在纤芯内的全内反射条件,要求。在纤芯和 包层分界面处,折射率呈阶跃式变化,用数学形式表示为 r<a H2,a≤r≤b (2.1.1) 多树价跃光纤时在着大的间色胶,使用受到国回
2.1 光纤结构 按照光纤横截面上径向折射率的分布特点，我们把光纤分为阶跃折射率 光纤和渐变折射率光纤两大类。 2.1.1 阶跃折射率光纤 阶跃折射率光纤的折射率分布如图2.1.1所示。图（a）、（b）分别为单 模和多模阶跃折射率光纤示意图。 图2.1.1 阶跃折射率光纤示意图 图中，2a为纤芯直径，2b为包层直径，纤芯和包层的折射率都是常数， 分别为n1和n2。为了满足光在纤芯内的全内反射条件，要求。在纤芯和 包层分界面处，折射率呈阶跃式变化，用数学形式表示为 （2.1.1） 多模阶跃光纤由于存在着较大的模间色散，使用受到了很大限制。 光线 n2 n1 n r 2b 2a (a) 单模阶跃折射率光纤 (b) 多模阶跃折射率光纤 r 光线 2b 2a n n1 n2 = n a r b n r a n , , 2 1
2.1.2渐变折射率光纤 渐变折射率光纤纤芯中折射率不是常数,而是在纤芯中心最大,为n1,沿径向 (「方向)按一定的规律逐渐减小至n2,包层中折射率不变仍为n2。其折射率分 布是: m()={n1-2△( r<a n, <r<6 (2.1.2) 式中,「是光纤的径向半径,参数决定折射率形式。Δ为相对折射率差。Δ值越大, 把能量束缚在纤芯中传输的能力越强,对渐变多模光纤而言,其典型值为0.015。 图2.1.2示出了多模渐变折射率光纤中折射率分布和光线传输示意图,与阶跃型 光纤不同的是,光线传播的路径是连续的弯曲线。 表2.1列出了阶跃型单模光纤、阶跃型多模光纤和渐变型多模光纤的典型参数。 光线 图212渐变折射率光纤
2.1.2 渐变折射率光纤 渐变折射率光纤纤芯中折射率不是常数，而是在纤芯中心最大，为n1，沿径向 （r方向）按一定的规律逐渐减小至n2，包层中折射率不变仍为 n2。其折射率分 布是： （2.1.2） 式中，r是光纤的径向半径，参数决定折射率形式。Δ为相对折射率差。Δ值越大， 把能量束缚在纤芯中传输的能力越强，对渐变多模光纤而言，其典型值为0.015。 图2.1.2示出了多模渐变折射率光纤中折射率分布和光线传输示意图，与阶跃型 光纤不同的是，光线传播的路径是连续的弯曲线。 表2.1列出了阶跃型单模光纤、阶跃型多模光纤和渐变型多模光纤的典型参数。 − = n a r b r a a r n n r , 1 2 ( ) , ( ) 2 1/ 2 1 图2.1.2 渐变折射率光纤 r 光线 2b 2a n n1 n2
表2.1光纤的典型参数 多数 阶跃雄核光纤 阶跃多糗光纤 渐变多糗光纤 0.003 0.02 0.015 芯径24(m) 了~10 100 50~62.5 包瓜直2b(ma) 125 140 125 可用光源 LD LED LED, LD 工作波长 1310,1550 0,1310130 850 850,1310.15 应用场合 长距腐,高速 低速,短距腐 中距腐,高速