光纤通信-.ppt

光纤结构和类型
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。
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。
包层
纤芯
涂覆层
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
纤芯
包层
包层
位置:位于纤芯的周围
尺寸:直径d2 = 125 mm
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
涂覆层
1) 位置:位于光纤的最外层
2) 尺寸: 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
光纤拉丝装置
按传输的模式数目分
单模光纤
多模光纤
按折射率的变化分
阶跃光纤
梯度光纤
ITU-T官方定义
(渐变型多模光纤)
(常规单模光纤)
(色散位移光纤)
(衰减最小光纤)
(非零色散位移光纤)
光纤的分类
单模光纤和多模光纤
单模光纤(Signal Mode Fiber):仅允许一个模式传播的光纤
多模光纤(Multiple Mode Fiber):同时允许多个模式进行传播
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
单模光纤
优点:不存在模间色散,带宽大,用于长途传输
缺点:芯径小,较多模光纤而言不容易进行光耦合,需要使
用半导体激光器激励
多模光纤
优点:芯径大,容易注入光功率,可以使用LED作为光源
缺点:存在模间色散,只能用于短距离传输
单模光纤和多模光纤(续)
模间色散:每个模式在光纤中光程不同,导致光脉冲在不同模式下的能量到达目的的时间不同,造成脉冲展宽
光纤类型
光纤种类很多,这里只讨论作为信息传输波导用的由高纯度石英(SiO2)制成的光纤。
实用光纤主要有三种基本类型,
突变型多模光纤(Step-Index Fiber, SIF)
渐变型多模光纤(Graded-Index Fiber, GIF)
单模光纤(Single-Mode Fiber, SMF)
相对于单模光纤而言,突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直径都很大,可以容纳数百个模式,所以称为多模光纤