3.2 光纤与光缆-高一《通信技术基础》同步教学课件 （电子工业出版社·第3版）

通信技术基础(第三版） 第二节光纤与光缆（第10课时） 第三章 光纤通信 1 3.2光纤与光缆 2 目录 Content 3.2.1 光纤的结构与分类 3.2.2 光纤的导光原理 3.2.3 多模光纤与单模光纤的概念 3.2.4 光缆的结构、光纤的连接 3.2.5 光纤的传输特性 3 光纤的结构与分类 3.2.1 4 3.2.1光纤的结构与分类 1.光纤的结构 光纤是用石英玻璃（SiO2) 制成的横截面积很小（D=0.1mm）的双层圆柱体。 3.2.1光纤的结构与分类 未经涂覆和套塑的光纤称为裸光纤，由纤芯和包层组成。折射率高的中心部分称为纤芯，其折射率为n1，直径为2a（对于多模光纤2a=50μm），其作用是导光。折射率低的中心部分称为包层，折射率为n2，直径为2b，约为125 μm，其作用是将光封闭在纤芯-包层界面内使光向前传输。 3.2.1光纤的结构与分类 2.光纤的分类 (1).按材料不同分： ·石英光纤，其衰耗约为0.2~6dB/Km; ·多组分玻璃光纤，其衰耗约为4~20dB/Km; ·全塑光纤，衰耗约为100~500dB/Km。 石英光纤衰耗最小，适用于长距离大容量传输。全塑光纤价格便宜，可用于某些特殊短距离场合。 2.按折射率不同分： ·阶跃光纤：其纤芯和包层的折射率呈突变的形式 ，带宽较窄，适合用于小容量短距离通信。 3.2.1光纤的结构与分类 2.光纤的分类 （2）.按折射率不同分： ·阶跃光纤：其纤芯和包层的折射率呈突变的形式 ，带宽较窄，适合用于小容量短距离通信。 ·渐变光纤：其纤芯折射率分布近似呈抛物线型，频带较宽，适合于中容量、中距离通信使用。 n1 n2 n1 n2 光纤的折射率分布示意图 3.2.1光纤的结构与分类 2.光纤的分类 （3）.按传输模式分类： 多模光纤：纤芯内可传输多个模式的光波，即允许多个传导模通过。其纤芯直径较大（50m--75 m),包层直径（100-200  m）。其传输性能较差，带宽较窄，传输容量小。 单模光纤：纤芯中只能传输光的基模。其芯径（4-10μm），外径是125μm，目前用得最多的1.31μm单模光纤。其传输性能较好，带宽很大，传输容量大，适于远距离的传输。 光纤的导光原理 3.2.2 10 3.2.2光纤的导光原理 1.光学原理 光是电磁波，具有粒子和波动两重性。电磁波波长愈短，其粒子性表现得愈明显。 光的特性主要有： （1）光沿直线前进，并且有一定的速度。真空中的光速C＝3×108m/s； （2）光在传播中碰到两种媒质的交界处时会发生反射，且反射角θ1′等于入射角 θ1 （3）光从第一种媒质进入第二种媒质时，传播方向会改变。从光疏到光密光线靠近法线，反之光线远离法线。入射角与折射角的关系服从折射定律。n1Sin θ1 = n2Sin θ2 （4）当入射角大于临界角时，入射光会产生全反射现象。 3.2.2光纤的导光原理 12 n1 n2 入射光 折射光 θ2 θ1 因为n1 >n2，所以θ2 >θ1，当入射角增加到某一角度θc时，则折射角θ2=900，此时光不再进入折射率n2的界面，而沿介质界面传播-------全反射。 Sin θc = n2 n1 θc = n2 n1 Sin-1 θc ----临界角 3.2.2光纤的导光原理 2.光在光纤中的传播 一般说来，光纤中传播的光可存在两种不同的形式。一种是光线在过轴心的平面内传播，这种光线称为子午光线，它是在一个平面内弯曲进行传播的光线，在一个周期内和光线的轴线相交两次，如图（a）所示。另一种是不交轴的光线，如图（b）所示。这种光线不在一个平面内，是不经过光纤轴线的空间折线。从光纤的端面观察，其光线的轨迹是一组构成多边型的折线，如图（c）所示。 3.2.2光纤的导光原理 （1）光在均匀光纤中的传播 均匀光纤是指纤芯的折射律n1为一常数的光纤，相当于光线在一均匀介质中传输。 当从光源输出的光通过光纤端面进入光纤时，入射在光纤端面上的光，其中一部分是不能进入光纤的，而能进入光纤端面的光，也不一定能在光纤中传播，只有符合某一特定条件的光才能在光纤内发生全反射而传播到远方，此时光从低折射率到高折射率介质传播，所以入射角θ1总是大于折射角θ2。要使光线在光纤中发生全反射而实现远距离传输，则在光纤中的最大折射角.θ2。要使光线在光纤中发生全反射而实现远距离传输，则在光纤中的最大折射角，根据折射定理： 3.2.2光纤的导光原理 因为从空气中射入光纤，所以, 所以得 将的正弦函数定义为光纤的数值孔径，用“NA”表示。则 其中 ， 称为相对折射率差。 数值孔径NA是用来计量光纤接收光能量的重要参数。 ， 3.2.2光纤的导光原理