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第2章 光纤
--光纤导光原理及其特性
精选课件
光纤的结构及分类
光纤导光原理
光纤的模式理论
光纤的损耗特性
光纤的色散
光纤的非线性效应
常用光纤
精选课件
纤芯
包层
光纤光缆
􀂆
按缆芯结构
􀂄 中心束管、层绞、骨架和带状
􀂆
按加强件和护层
􀂄 金属加强件、非金属加强、铠装
􀂆
按使用场合
􀂄 长途/室外、室内、水下/海底等
􀂆
按敷设方式
􀂄 架空、管道、直埋和水下
3、光缆的分类
精选课件
4、光缆的结构（成缆方式）
层绞式
骨架式
中心束管式
带状式
精选课件
光纤
油膏
加强件
护套
松套管
中心管式光缆
----套管式光缆是将数根一次涂覆的光纤放入同一根塑料管中，管中填冲油膏，光纤浮在油膏中。套管式光缆的结构合理、重量轻、体积小、价格便宜。
精选课件
层绞式结构光缆
加强芯
纤芯
套塑
填充料
防潮层
内护套
铠装
外护套
----层绞式光缆是将若干根光纤芯线以加强元件为中心绞合在一起的一种结构，这种结构适用于芯线数较少的的光缆。
精选课件
骨
架
式
结
构
光
缆
----沟槽式光缆是将单根或多根光纤放入沟槽中，骨架中心是加强元件。这种结构的光缆的抗侧压性能好，单制造工艺复杂。
精选课件
精选课件
§ 光纤导光原理
光纤导光原理的分析方法：
射线理论，几何光学法
波动理论、模式理论
1、内全反射
折射定律
一、SI光纤射线分析
精选课件
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Snell定律
临界角
临界角对应的捕光角
捕光角
内全反射
导光原理
内全反射的条件
精选课件
相对折射率差
精选课件
3、模式及时延差
传导模
辐射模
2、数值孔径NA(Numerical Aperture )
光源与光纤的耦合效率高
光纤里有很多条光线
和轴线夹角相同的一簇光线
称作一个模式
模式有两类：
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最大时延差
模式时延
两条路径
精选课件
脉冲展宽：
不引起码间干扰的脉冲间隔：
码元速率 （带宽）：
不同模式的时延差使光脉冲展宽
精选课件
提高带宽的方法：
例：
求光脉冲传1公里的扩展和最大比特率。
解：
1）减少模式的最大时延差-------采用GI光纤
2）只允许一个模式传输-------单模光纤
精选课件
二、 GI光纤射线分析
g=2 抛物线型
精选课件
n3
n2
n1
n1
n4
n2
n4
n3
n5
n5
a
精选课件
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光线在介质中的传输轨迹应该用射线方程表示
式中： r是轨迹上某一点的位置矢量；s为射线的传输轨迹；ds是沿轨迹的距离单元，
∆n表示折射率的梯度。
将射线方程应用到光纤的圆柱坐标中，讨论平方律分布的光纤中的近轴子午光线，即和光纤轴线夹角很小，可近似认为平行于光纤轴线(z轴)的子午光线。由于光纤中的折射率仅以径向变化，沿圆周方向和z轴方向是不变的。因此，对于近轴子午光线，射线方程可简
化为：
式中，r是射线离开轴线的径向距离。
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对平方律分布，有
对近轴光线，
，
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§ 光纤的模式理论
精选课件
精选课件
精选课件
精选课件
谐方程
Bessel方程
当
令
当
令
指数增加
Bessel函数
虚宗量Bessel函数
精选课件
精选课件
当
当
精选课件
在纤芯中
在包层中
精选课件
精选课件
精选课件
精选课件
精选课件
求u、w、β的值
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先推导u、w、β满足的方程
归一化频率V
下面由边界条件得到u和w的另一关系
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弱导近似
给定V值，代入求u、w
分3种情况求解联立的超越方程：
1）
2）
3）
光纤中的模式：
混合模
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传导模和辐射模
满足以上条件的模式是传导模
当不满足
即
包层中的波和纤芯中的类似就是辐射波
传导模
辐射摸
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求
归一化截止频率
传导模
辐射摸
归一化截止频率
计算
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求
, , ,
传导模
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模式
Vc
HE11
0
TE01、TM01、HE21

HE12、HE31、EH1