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光纤和光缆
第1页，共96页，2022年，5月20日，17点51分，星期一
光纤是一种玻璃丝，其材料是石英（SiO2），是通信网络的优良传输介质，得到广泛的应用。
和电缆相比，光纤具有信息传输容量大，中继距离长，不受电磁型光纤相似，只是纤芯直径比多模光纤小得多，模场直径只有（9~10）m
光线沿轴线直线传播, 色散使输出脉冲信号展宽最小。
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单模光纤结构
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阶跃多模光纤、渐变多模光纤和阶跃单模光纤的特性比较
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为调整工作波长或色散特性，改变折射率分布，可以设计出各种结构复杂的光纤。已经开发的有：
多模光纤() 普通单模光纤()
色散移位光纤() 非零色散移位光纤（）
色散补偿光纤 m衰减最小的光纤（）
全波光纤。
光 纤 种 类
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光纤传输原理
斯奈尔定律和全反射
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光波从折射率较大的介质入射进入折射率较小的介质，在边界反射和折射
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光纤波导传输光的原理---临界角
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 i <  c 的光线将有部分光能进入包层泄漏出去, (a)所示。
当  i =  c 时，光线在波导内以  c 入射到纤芯与包层交界面，并沿交界面向前传播 ( 折射角为 t )， (b)所示。
当入射角超过临界角（ i >  c ）时，没有透射光，只有反射光，这种现象叫做全反射 (TIR，Total Internal Reflection), (c) 所示，这就是多模光纤波导传输光的原理。
光波从折射率较大的介质以三种不同的入射角进入折射率较小的介质,出现三种不同的情况
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光纤传输--全反射条件
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传输条件
全反射条件
我们已经知道, 光波从折射率较大的介质入射进入折射率较小的介质时，在边界将发生反射和折射, 当入射角超过临界角时，将发生全反射。
相干加强条件
对于特定的光纤结构，只有满足一定条件的电磁波可以在光纤中进行有效的传输。这些特定的电磁波称为光纤模式。
光纤中可传导的模式数量取决于光纤的具体结构和折射率的径向分布。如果光纤中只支持一个传导模式，则称该光纤为单模光纤
相反，支持多个传导模式的光纤称为多模光纤
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光线在光纤端面以不同角度 从空气入射到纤芯，不是所有的光线能够在光纤内传输，只有一定角度范围内的光线，在射入光纤时，产生的折射光线才能在光纤中传输。
假如在光纤端面的入射角是 ，在波导内光线与垂直于光纤轴线的夹角是 。此时，  >  c(临界角)的光线将发生全反射，而 <  c的光线将进入包层泄漏出去。
于是，为了光能够在光纤中传输，入射角 必须要能够使进入光纤的光线在光纤内发生全发射而返回纤芯，并以曲折形状向前传播。
不同入射角的光线
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全反射条件
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数值孔径 (NA)
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NA表示光纤接收和传输光的能力
NA (或sinmax)越大，光纤接收光的能力越强。
从光源到光纤的耦合效率越高。对无损耗光纤，在 max 内的入射光都能在光纤中传输。NA 越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。
但 NA 越大，经光纤传输后产生的输出信号展宽越大，因而限制了信息传输容量。所以要根据使用场合，选择适当的 NA。
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相干加强条件在光纤