激光技术第8章-激光传输技术讲解

1、离棍与光纤通信技术的发明第8章激光传输技术光纤通信发展史 1966年“光纤之父”高银博士首次提出光纤通信的想法。-1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连续工作的半导体激光器。-1970年康宁公司的卡普隆(Kapron)制作出 损耗为20dB/km光纤。 1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。高银英国华商科学家科学家高锂获得2009 年诺贝尔物理学奖。他 发明的光纤技术通信， 是继中国人发明印刷术、 造纸、指南针和火药之 后的“第五大发明"， 为今日生活中不可或缺 的互联网和电话带来方 便。涂敷层光纤的结构光纤结构图光纤(Optical Fiber)的典型结构是多层同轴圆柱体，

2、如图所示，自内向外由纤芯.包层和涂敷层三部分组成。°光纤的结构纤芯：位于光纤的中心部位。单模光纬的纤芯为4jim10pm,多模光纤 的纤芯为50um以上。纤芯的成分是高纯度 SiO2o包层：位于纤芯的周围。标准直径乩=125pm,其成分也是含有极少 量掺杂剂的高宛度SiO2。涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂 覆层，缓冲层和二次涂覆层。光纤的分类1. 按横截面上折射率分布情况分类:折射率分布包肚涂敷层 纤NbJ rrfl n2JrF 5突变熨光纤（阶跃折射率光纤渐变型光纤（渐变折射率光纤）光纤的分类2. 按传光原理分类:反射型光纤：光沿着直线传播折射型光纤：光沿着曲线传播光纤的

3、分类3. 按光纤传输的模式数分类：单模光纤：纤芯直径只有8-1 Opm,光线以直线 形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光纤只 能传输一个模式（只传输主模），所以称为单模 光纤，其信号畸变很小。用在大容量长距离的系 统。多模光纤：纤芯直径都很大（大于50pm）,可 以容纳数百个模式，所以称为多模光纤。只能用 于小容量短距离系统。多模光纤和单模光纤，包层外径2b都为 125pm。光纤的分类4按照制造光纤所用的材料分类有: 石英系光纤：损耗低，性能好，用于 通信；多组分玻璃光纤：损耗较大;塑料光纤：价格低，损耗大，更好的 韧性、更耐用，可用于环境恶劣的场合低成本、低续接成本损耗比玻璃纤维高,一般用

4、于短距离传输，主要用于接入网。光纤的结构参数光纤直径;数值孔径；相对折射率差; 规一化频率； 折射率分布由此可见，只有在半锥角为ei<emilx的 射的光束才能在光纤中传播。锥内入根据这个传播条件，定义最大接收角一入射临界角 的正弦为数值孔径(Numerical Aperture, NA) <>即 光纤的数值孔径为：NA= nsin (tfmax)NA= n()Sin Omax) = J®光纤的数值孔径NA仅决定于光纤的折射率 "|和"2 >与光纤的直径夫头。光纤的数值孔径NA表示光纤接收和传输 光的能力，N4(或0max)越大，光纤接收光

5、的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。 对于无號耗晃宋6 max内的入時光都能在光纤中传输。14相对折射卒差H|和也差值的大小直接影响着光纤的性能,为此引入相对折射率差这样一个物理量来表示 它们相差的程度，用A表示，即2® 2 2 弱导光纤，有nn2 ,此时:A =* 光纤的数值孔径可用相对折射率差表示为:NA = Jn： = n| a/2A规一化频率表示光纤中能传播模式多少的参数，定义为:17rav =NA = k(aA)! J屛-«2纤芯半径其中，平面波在真空中的传播常数：际2.405 :只有一种模式（基模）能够传输;v > 2.405 :多种模式可以传输。14

6、光纤的损耗机理1414光纤的损耗机理主要有三种，即:吸收损耗、散射损耗和弯曲辐射损耗口吸收损耗与光纤材料有关；散射损耗则与光纤材料及光纤中的结构缺陷有关；弯曲损耗与光纤的弯曲有关。光纤的色散 在光纤中，在光纤中，光信号是由很多不同 的成分组成的，的成 分组成的，由于信号的各频率成 分或各模式成分的传播速度不同， 分或各模式成 分的传播速度不同，经 过光纤传输一段距离后， 过光纤传输一段距离后，不同成 分之间出现时延差，间出现时延差，引起传输信号波形失 脉冲展宽，这种现象称 为光纤色 真，脉冲展宽，这种现象称为光纤色 散。16光纤的色散对光纤通信的影响 光纤的色散对光纤通信的影响 光纤色散的存在 使传输的信号脉冲畸变光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变展宽，从而产生码 间干扰。和展宽，从而产生码间干扰。为了保证通信 质量，必须增大码间间 隔，质量，必须增大码间间隔，即降低信号的传 输速率，输速率，这就限制 了光纤系统的通信容量和 传输距离。传输距离。