第2章 光纤通信传输介质 ● 2.1 光纤结构和类型 2.2 光纤传光原理 ·2.3光纤传输特性 ·2.4光纤种类 ·2.5光纤制造工艺 2.6光缆的选择与结构 《光纤通信简明教程》原荣
《光纤通信简明教程》原 荣 1 第 2 章 光纤通信传输介质 • 2.1 光纤结构和类型 • 2.2 光纤传光原理 • 2.3 光纤传输特性 • 2.4 光纤种类 • 2.5 光纤制造工艺 • 2.6光缆的选择与结构
光纤和光缆 光纤是通信网络的优良传输介质，尤其以石英$O2光 纤得到的应用最为广泛。 和电缆相比，光纤具有信息传输容量大，中继距离长 不受电磁场干扰，保密性能好和使用轻便等优点。随 着技术的进步，光纤价格逐年下降，应用范围不断扩 展。光纤通信在高速率长距离干线网和用户接入网方 面的发展潜力都很大。为保证光纤性能稳定，系统运 行可靠，必须根据实际使用环境设计各种结构的光纤 和光缆。 本章从应用的观点概述光纤的传光原理、光纤和光缆 的类型和特性，以供设计光纤系统时选择。 《光纤通信简明教程》原荣
《光纤通信简明教程》原 荣 2 • 光纤是通信网络的优良传输介质，尤其以石英SiO2光 纤得到的应用最为广泛。 • 和电缆相比，光纤具有信息传输容量大，中继距离长， 不受电磁场干扰，保密性能好和使用轻便等优点。随 着技术的进步，光纤价格逐年下降，应用范围不断扩 展。光纤通信在高速率长距离干线网和用户接入网方 面的发展潜力都很大。为保证光纤性能稳定，系统运 行可靠，必须根据实际使用环境设计各种结构的光纤 和光缆。 • 本章从应用的观点概述光纤的传光原理、光纤和光缆 的类型和特性，以供设计光纤系统时选择。 光纤和光缆
2.1光纤结构和类型 尼龙外层 光纤 纤芯 缆芯填充物 套管填充物 松套管 聚乙烯护套 包层罐 涂塑钢带 钢丝 a b) 光纤由玻璃（石英$02）制成的纤芯和包层组成，为了保护光 纤 包层外面还增加尼龙外层。实际光纤通信系统使用的光纤都 包茬芜缆丙： 光缆有许多光纤组成，光纤外面是松套鶯，松套鶯内是填充物。 光缆的中心是一系增加强度用的钢丝，最尔面是深护用的护套。 《光纤通信简明教程》原荣
《光纤通信简明教程》原 荣 3 光纤由玻璃（石英SiO2）制成的纤芯和包层组成，为了保护光 纤，包层外面还增加尼龙外层。实际光纤通信系统使用的光纤都 是包在光缆内； 光缆有许多光纤组成，光纤外面是松套管，松套管内是填充物。 光缆的中心是一条增加强度用的钢丝，最外面是保护用的护套。 2.1 光纤结构和类型
光纤结构 光纤是一种纤芯折射率比息层折射擦2大的同轴 窗鞋乖电芥债菠導 纤芯材料主要成分为掺杂的红 杂品兰282等·桑 纯度99.999%其余成分为极 的折射率。 东茗房罪用纯限程容器9： 为了增强光红的柔韧性、机械强度和耐者化特性， 还在包层外增加，】 层途覆层 其主要成分 是环量树 脂和硅橡胶 料 光在纤芯写包层的界面 发生全到 温被限制往纤芯丙传播了 包层 为光的 传输提供发射面和光隔离，并起一定的机械保护作 《光纤通信简明教程》原荣
《光纤通信简明教程》原 荣 4 光纤结构 • 光纤是一种纤芯折射率n1比包层折射率n2大的同轴 圆柱形电介质波导。纤芯材料主要成分为掺杂的二 氧化硅（SiO2），纯度达99.999 %，其余成分为极 少量的掺杂剂如二氧化锗（GeO2）等，以提高纤芯 的折射率。 • 纤芯直径2a为8~100 m。包层材料一般也为SiO2， 外径2b为125 m，其作用是把光强限制在纤芯内。 • 为了增强光纤的柔韧性、机械强度和耐老化特性， 还在包层外增加一层涂覆层，其主要成分是环氧树 脂和硅橡胶等高分子材料。光在纤芯与包层的界面 上发生全反射而被限制在纤芯内传播，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
2.1 光纤类型 光纤是一种纤芯折射率比包层折射率 高的同轴圆柱形电介质波导； 根据光纤横截面上折射率的径向分布情 况，光纤分为阶跃型和渐变型两种； 作为信息传输波导，实用光纤有两种基 本类型，它们是多模光纤和单模光纤。 《光纤通信简明教程》原荣
《光纤通信简明教程》原 荣 5 2.1 光纤类型 光纤是一种纤芯折射率比包层折射率 高的同轴圆柱形电介质波导; • 根据光纤横截面上折射率的径向分布情 况，光纤分为阶跃型和渐变型两种; • 作为信息传输波导，实用光纤有两种基 本类型，它们是多模光纤和单模光纤
2.1.1 多模光纤 可以传播数百到上干个模式的光纤，称 为多模光纤。 根据折射率在纤芯和包层的径向分布情 况，又可分为阶跃多模光纤和渐变多模 光纤。 《光纤通信简明教程》原荣
《光纤通信简明教程》原 荣 6 2.1.1 多模光纤 • 可以传播数百到上千个模式的光纤，称 为多模光纤。 • 根据折射率在纤芯和包层的径向分布情 况，又可分为阶跃多模光纤和渐变多模 光纤
阶跃多模光纤结构 光纤是一种 SiO2+Ge02 SiO2 纤芯折射率 比包层折射 纤芯 包层 率高的同轴 圆柱形电介 质波导 阶跃(SD多 模光纤折射 率n1在纤芯 保持不变， 到包层突然 2a=100um 变为n2 2b=140um 《光纤通信简明教程》原荣
《光纤通信简明教程》原 荣 7 光纤是一种 纤芯折射率 比包层折射 率高的同轴 圆柱形电介 质波导 阶跃(SI)多 模光纤折射 率 n1在纤芯 保持不变， 到包层突然 变为 n2 阶跃多模光纤结构 n2 n1 n( )r r 纤芯 包层 2a 2a =100m 2 b =140 m 2 b SiO SiO 2 2 + GeO 2
渐变多模光纤 渐变(GD多 模光纤折射 n 率不像阶跃 2b 多模光纤是 个常数，而 是在纤芯中 20 心最大，沿 径向往外按 抛物线形状 2a=62.5m 逐渐变小， 直到包层变 2b=125um 为2 《光纤通信简明教程》原荣
《光纤通信简明教程》 原 荣 8 渐变(GI) 多 模光纤折射 率不像阶跃 多模光纤是 个常数，而 是在纤芯中 心最大，沿 径向往外按 抛物线形状 逐渐变小， 直到包层变 为 n2 渐变多模光纤 n 2 n 1n( )r r 2 a2 a =62.5 m 2 b 2 b =125 m 2 b
折射率分布光纤结构俞入光脉冲 光线在纤芯内的路径 输出光脉冲 纤芯 包层 光强 光强 .0 a)0 2a=100μm 2b-140um 光强 光强 1.0 b)o n(r 0.5 2a=8.3um 脉冲展宽△MMATSM 2b-125um △TSM ·图3.1.3多模光纤和单模光纤的比较 《光纤通信简明教程》原荣
《光纤通信简明教程》原 荣 9 • 图3.1.3 多模光纤和单模光纤的比较
2.2 光纤传光原理 从光线理论考虑，光纤传光原理是基于 光的反射和折射，所以我们首先回忆一 下光的反射和折射。 《光纤通信简明教程)原荣
《光纤通信简明教程》原 荣 10 2.2 光纤传光原理 • 从光线理论考虑，光纤传光原理是基于 光的反射和折射，所以我们首先回忆一 下光的反射和折射