光纤与光缆电子通信专业

光纤与光缆电子通信专业第一页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.1光纤结构和类型2.2光纤传输原理2.3光纤传输特性2.4光纤光缆的设计与制造2.5光纤特性测量方法

第二章光纤与光缆第二页，共一百二十一页，2022年，8月28日芯包层涂覆层结构:2.1光纤的结构和类型1.光纤的结构光纤（OpticalFiber）

:特点：芯(Core)＋包层(Cladding)＋涂覆层(Buffercoating)ncore>nclad

光在芯和包层之间的界面上反复进行全反射，并在光纤中传递下去。第三页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.1光纤的结构和类型2.光纤的类型光纤的分类按材料分:按折射率分布分:石英光纤;塑料光纤;液芯光纤阶跃型光纤;渐变型光纤；W型光纤石英光纤---般用于通信塑料光纤---价格低廉，用于短距离链路塑料包层石英芯光纤---用于终端第四页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.1光纤的结构和类型按传输波长分:多模光纤;单模光纤短波长光纤(0.85μm);长波长光纤(1.31μm/1.55μm)按传输模式分:圆柱形；带形；矩形按光纤的形状分:第五页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.1光纤的结构和类型实用光纤的基本类型阶跃型多模光纤单模光纤渐变型多模光纤(Step-IndexFiber,SIF)(Graded-IndexFiber,GIF)(Single-ModeFiber,SMF)按照芯径粗细、传播方式、折射率分布等因素分三类：第六页，共一百二十一页，2022年，8月28日SIFGIFSMF基本类型光纤的特征2.1光纤的结构和类型第七页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.1光纤结构和类型2.2光纤传输原理2.3光纤传输特性2.4光纤光缆的设计与制造2.5光纤特性测量方法

第二章光纤与光缆第八页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.2光纤传输原理光纤传输的波导理论：光线理论和波动理论光线理论—当光纤直径2a>>l,可认为l→0，光波→光线，用几何光学方法分析光线入射、传播、时延（色散）和光强分布。波动理论—从光波的本质(电磁波)出发，通过求解电磁波遵从的Maxwell方程组，导出电磁场的场分布，分析光纤的传输特性。波动理论没有近似，可适用于各种折射率分布的单模和多模光纤。第九页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法2.2.2Maxwell波动理论*几何光学波动理论使用条件λ<<2aλ∼2a适用光纤多模光纤单模等各种光纤基本方程射线方程波动方程研究内容光线轨迹模式分布几何光学与波动理论的比较第十页，共一百二十一页，2022年，8月28日子午光线(Meridionalrays),偏斜光线(Skewrays)子午光线：通过纤芯轴线的光线偏斜光线：与光轴轴线不相交仅考虑通过纤芯轴线的光线的全反射2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(1)--阶跃型光纤第十一页，共一百二十一页，2022年，8月28日1.相对折射率差2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(1)--阶跃型光纤通常第十二页，共一百二十一页，2022年，8月28日根据全反射原理，存在一个临界角(criticalangle)斯奈尔(Snell)定律:2.数值孔径(NumericalAperture,NA)2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(1)--阶跃型光纤第十三页，共一百二十一页，2022年，8月28日相对折射率差数值孔径(NumericalAperture,NA)代表光纤接收光的本领NA越大，纤芯对光能量的束缚越强;NA越大，产生的信号畸变越大，限制传输容量。

---选择适当的NA2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(1)--阶跃型光纤第十四页，共一百二十一页，2022年，8月28日模间色散所有f大于临界角fc的光线都被限制在纤芯内。High-orderMode(Longerpath)Low-orderMode(shorterpath)AxialMode(shortestpath)corecladding3.光线的传播路径---折线,多模传输以不同入射角进入光纤的光线将经历不同的途径，虽然在输入端同时入射并以相同的速度传播，但到达光纤输出端的时间却不同，出现了时间上的分散，导致脉冲严重展宽。2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(1)--阶跃型光纤第十五页，共一百二十一页，2022年，8月28日经历最短和最长路径的两束光线间的时差fccn1n2n0cf4.

最大时间延迟2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(1)--阶跃型光纤第十六页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(1)--阶跃型光纤当n1，n2相差不大时应用相对折射率差第十七页，共一百二十一页，2022年，8月28日B--信号比特率,TB=1/B5.传输容量限制2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(1)--阶跃型光纤第十八页，共一百二十一页，2022年，8月28日---g为折射率分布指数---n1为中心轴线的折射率g=∞，阶跃型光纤

g=2，抛物线型渐变光纤1.折射率分布—“a分布”2.2.1几何光学方法(2)—渐变型光纤2.2光纤传输原理第十九页，共一百二十一页，2022年，8月28日---局部数值孔径NA(r)---最大数值孔径NAmax

2.数值孔径(NA)2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(2)—渐变型光纤第二十页，共一百二十一页，2022年，8月28日光线以正弦振荡形式向前传播，具有自聚焦效应。入射角大的光线：路径长，折射率小，速度快中心轴线的光线：路径短，折射率大，速度慢3.光线的传播路径—振荡曲线,多模传输2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(2)—渐变型光纤结论：合理设计折射率分布,可降低模间色散第二十一页，共一百二十一页，2022年，8月28日采用柱坐标r,f,z4.射线方程及其解*(x,y,z),(r,f,z)xyzrf径向轴向2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(2)—渐变型光纤第二十二页，共一百二十一页，2022年，8月28日边界条件：入射光线--出射光线--光线的轨迹：2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(2)—渐变型光纤rprqzO第二十三页，共一百二十一页，2022年，8月28日由入射光线-------正弦曲线5.自聚焦效应幅值周期--与入射角qi无关自聚焦(Self-Focusing)2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(2)—渐变型光纤第二十四页，共一百二十一页，2022年，8月28日经历最短和最长路径的两束光线间的时差n2n06.最大时间延迟2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(2)—渐变型光纤第二十五页，共一百二十一页，2022年，8月28日B--信号比特率,TB=1/B7.传输容量限制2.2光纤传输原理2.2.1几何光学方法(2)—渐变型光纤第二十六页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波动理论*2.2光纤传输原理Maxwell方程组波动方程组亥姆霍兹方程组射线方程光线轨迹传输特性波导场方程本征解(模式)电磁分量分离时、空分离光线理论波动理论边界条件边界条件纵、横分离第二十七页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波动理论*2.2光纤传输原理采用柱坐标(r,f,z)横向(r,f)纵向(z)径向(r)角向(f)轴向(z)第二十八页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波动理论*2.2光纤传输原理----横向传播常数其中----波导场方程-------------------------纵向传播常数波导场方程为一本征方程，其给定边界条件下的本征解定义为“模式”！光纤波导中，电磁波在纵向以行波形式存在，在横向以驻波形式存在第二十九页，共一百二十一页，2022年，8月28日轴向传播常数要求满足:2.2.2Maxwell波动理论*2.2光纤传输原理导波存在的条件为k0n2＜β＜k0n1

导波截止的临界条件为β=k0n2第三十页，共一百二十一页，2022年，8月28日电场:磁场:其中A,B,C,D待定.2.2.2Maxwell波动理论*2.2光纤传输原理m阶变形Bessel函数m阶Bessel函数第三十一页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波动理论*2.2光纤传输原理得出其他分量为：第三十二页，共一百二十一页，2022年，8月28日1.各种电磁场模式表示方位角模数径向模数2.2.2Maxwell波动理论*模式：能够独立存在的电磁场的场结构形式，简称“模”m:在纤芯沿方位角φ绕一圈电场变化的周期数n:从纤芯中心到纤芯与包层交界面电场变化的半周期数第三十三页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波动理论*TransverseElectric(TE)Mode，TransverseMagnetic(TM)Mode矢量模:根据纵向分量Ez，Hz是否存在，将矢量模分为横磁模

横电模横电磁模混杂模第三十四页，共一百二十一页，2022年，8月28日四个最低阶模的横向电磁场分布图电场磁场Lowest-ordermodeFirstsetofhigher-ordermodes第三十五页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.归一化频率V(NormalizedFrequency)：也叫模式值，V参数，V数:2.2.2Maxwell波动理论*第三十六页，共一百二十一页，2022年，8月28日若干低阶模式归一化传输常数随归一化频率变化的曲线导波存在的条件为V＞Vc导波截止的临界条件为V=Vc第三十七页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波动理论*3.标量模

弱导波光纤中光线与轴线几乎平行，光纤中只有横向分量，即仅有线极化波，场的偏振状态可用标量描述，故称标量模或线偏振模LPjn线性偏振模（Linearlypolarizedmode):第三十八页，共一百二十一页，2022年，8月28日若干低阶LPjn模式归一化传输常数随归一化频率变化的曲线第三十九页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.2.2Maxwell波动理论*标量模与矢量模的关系:

弱导波光纤轴向传播常数相同的模可以认为是简并模，矢量模场型结构通过叠加关系导出相应的标量模的场型结构。如LP01

矢量模

标量模

光斑

LP11

LP21

HE11

HE21TE01TM01

EH11HE31第四十页，共一百二十一页，2022年，8月28日HE21HE21HM01TE01LP11LP11第四十一页，共一百二十一页，2022年，8月28日4.模式截止如果一个模式不再约束于纤芯内,则称这个模式被截止.截止条件:与截止条件相联系的参数是归一化频率V2.2.2Maxwell波动理论*2.2光纤传输原理第四十二页，共一百二十一页，2022年，8月28日若干低阶模式归一化传输常数随归一化频率变化的曲线2.2.2Maxwell波动理论*2.2光纤传输原理当某个模式曲线对应的b/k0=n2时,该模式截止!LP01模不会截止,除非纤芯直径为0;为使光纤单模传输,V<2.405第四十三页，共一百二十一页，2022年，8月28日LP01HE11LP11HE21TM01TE01

LP02HE12LP12HE22TM02TE02LP03HE13LP13HE23TM03TE030~2.4052.405~3.8323.832~5.5205.520~7.0167.016~8.6548.654~10.173低阶模式V值范围光纤中的低阶模式和相应的V值范围2.2.2Maxwell波动理论*2.2光纤传输原理第四十四页，共一百二十一页，2022年，8月28日5.光纤中传播的模式数目归一化频率V越大,光纤中传播的模式数目越多.突变多模光纤渐变多模光纤单模光纤2.2.2Maxwell波动理论*V值较高的光纤可以支持较多的模式，称为多模光纤。模式数目随V的减小快速减少。V=5，7个模式。当V小于某个值，除HE11模式外，所有模式被截止。只支持一个模式（基模）的光纤被称作单模光纤。2.2光纤传输原理第四十五页，共一百二十一页，2022年，8月28日6.单模光纤的截止波长单模光纤的工作原理:则除HE11模外,将截止所有其它的模式.适当选取a,n1,n2,使得给定a,n1,n2,则单模光纤中的波长应满足:-单模光纤的截止波长2.2.2Maxwell波动理论*2.2光纤传输原理第四十六页，共一百二十一页，2022年，8月28日7.单模光纤的光强分布和模场直径光强分布:

---Gaussian分布模场直径(2w):由于衍射效应，模场强度有相当一部分处于包层中，常用模场直径2w表示2.2.2Maxwell波动理论*2.2光纤传输原理单模光纤的光斑尺寸经验公式MFD:ModeFieldDiameter第四十七页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.1光纤结构和类型2.2光纤传输原理2.3光纤传输特性2.4光纤光缆的设计与制造2.5光纤特性测量方法

第二章光纤与光缆第四十八页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3光纤传输特性结构参数传输特性参数几何参数(2a,2b)折射率分布n(r)数值孔径NA模场直径2w截止波长lc损耗带宽色散光纤参数非线性特性参数(与光纤截面结构相关)(与光纤长度与传输状态相关)(与光强度等因素相关)第四十九页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3光纤传输特性2.3.1结构参数2.3.2光纤的损耗2.3.3光纤的色散2.3.4光纤的带宽2.3.5光纤的非线性特性2.3.6光纤标准及应用

损耗导致脉冲幅度减小，限制系统的传输距离

色散导致脉冲展宽、畸变，限制系统的传输容量第五十页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.1结构参数2.3光纤传输特性NA越大，集光本领越强，但给制造工艺和损耗带来不利1.数值孔径(NA)(主要针对多模光纤）ITU-T建议：G.651光纤N.A.=0.18~0.24,即0.2左右ITU-T:InternationalTelecommunicationUnion-TelecommunicationStandardization国际电信联盟-电信标准部第五十一页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.1结构参数2.3光纤传输特性2.模场直径MFD(2w))(主要针对单模光纤）ITU-T建议：光强分布:

模场直径反映基模场强空间分布集中的程度，即基模光斑的大小fiberMFD(mm)G.652G.653G.654G.6558.6~9.57~8.3(in1310nmwindow)10.5(in1550nmwindow)8~11(in1310nmwindow)第五十二页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.1结构参数2.3光纤传输特性3.截止波长lc

(主要针对SIF单模光纤）理论截止波长迄今尚未找到一种实验方法可以准确地确定理论截止波长！第五十三页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.1结构参数2.3光纤传输特性ITU-T定义：长度不大于2m(或2~20m，22m）的跳线光缆中的一次涂覆光纤的截止波长lc。有效截止波长G.652G.653G.654G.655不大于2m跳线≤1250≤14702m~20m跳线≤1260≤1270≤148022m成缆光纤≤1260≤1270≤1530≤1480第五十四页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.2光纤的损耗光纤损耗(attenuation)是通信距离的固有限制，在很大程度上决定着传输系统的中继距离，损耗的降低依赖于工艺的提高和对石英材料的研究。2.3光纤传输特性第五十五页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.2光纤的损耗若Pin是入射光纤的功率，则传输功率Pout为：1.损耗定义2.3光纤传输特性PinPoutL功率损耗：对数表示：第五十六页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.2光纤的损耗习惯上损耗用dB/km表示：损耗系数2.3光纤传输特性PinPoutL第五十七页，共一百二十一页，2022年，8月28日材料吸收、瑞利散射和辐射损耗2.光纤的损耗谱机理及特性曲线2.3.2光纤的损耗材料吸收(absorption)本征吸收损耗:

石英材料本身的吸收紫外吸收(原子吸收,峰值在0.16μm)红外吸收(Si-O键因振动吸收,峰值在9.1μm、12.5μm及21μm)2.3光纤传输特性第五十八页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.2光纤的损耗杂质吸收损耗：光纤中的有害杂质的吸收OH离子:过渡金属离子:如V、Cr、Mn、Fe、Ni、Co等，O-H键振动在2.73μm，与Si-O键振动相互影响，产生在1.39μm、1.24μm及0.95μm吸收2.3光纤传输特性第五十九页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.2光纤的损耗瑞利散射(Rayleighscattering)石英材料密度的随机变化引起折射率的起伏，导致散射散射大小与4成反比，即()R＝C/4（dB/km）,因而主要作用在短波长区在1.55m波段，瑞利散射引起的损耗仍达0.12~0.16dB/km

，是该段损耗的主要原因。2.3光纤传输特性第六十页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.2光纤的损耗辐射损耗(Radiativelosses)又称弯曲损耗(Bendinglosses)光纤的弯曲会引起辐射损耗有两种情况的弯曲：一种是曲率半径比光纤直径大得多的弯曲；一种是微弯曲。2.3光纤传输特性第六十一页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.2光纤的损耗2.3光纤传输特性α=+B+CW(λ)+IR(λ)+UV(λ)A为瑞利散射系数

B为结构缺陷散射产生的损耗CW(λ)为杂质吸收产生的损耗IR(λ)为红外吸收产生的损耗UV(λ)为紫外吸收产生的损耗光纤总损耗α与波长λ的关系：第六十二页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.2光纤的损耗2.3光纤传输特性第六十三页，共一百二十一页，2022年，8月28日

色散是由于不同光信号分量在光纤中传输时,由不同的频率成分和不同的模式成分传输速度不同而产生时延差不同，造成光信号脉冲展宽的一种物理效应。色散程度常用时延差来表示。2.3.3光纤的色散1.光纤色散(Dispersion)2.3光纤传输特性多模光纤:模间色散+模内色散单模光纤:模内色散第六十四页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.3光纤的色散2.3光纤传输特性模间色散:模内色散:模内色散最终可归因于材料色散、波导色散、偏振模色散等。不同模式的光波经历路径不同,传导时间存在延迟差,导致输入脉冲经光纤传输后输出脉冲展宽，适用多模光纤.也叫群速度色散(GVD:GroupVelocityDispersion)

色度色散(CD:ChromaticDispersion)单个模式中的不同频率分量具有不同的群速度,光纤输出时导致脉冲展宽。第六十五页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.3光纤的色散2.3光纤传输特性模内色散参数(or系数)D:常用单位:ps/(nm.km)or

单位光源谱宽和单位长度光纤的色度色散，即波长间隔为1nm的光波传输1km距离后的时延第六十六页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.3光纤的色散2.3光纤传输特性零色散波长l0:当材料色散Dm、波导色散Dw和折射率剖面色散在某个波长互相抵消，使总色散为零时，该波长称为零色散波长，单位nm。MaterialdispersionWaveguidedispersion第六十七页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.3光纤的色散2.3光纤传输特性色散对光纤传输系统的影响模拟信号:色散限制带宽(Bandwith),色散通常用3dB光带宽f3dB数字信号:色散产生脉冲展宽,脉冲展宽Δτ表示----模式色散引起脉冲展宽的均方根值----材料色散引起脉冲展宽的均方根值----波导色散引起脉冲展宽的均方根值第六十八页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.4光纤的带宽2.3光纤传输特性光纤的带宽模内带宽多模光纤---模畸变带宽+模内带宽单模光纤---模内带宽模畸变带宽各个模式间的传播路径和速度不同产生的不同模式间的时延差造成脉冲展宽机理与单模光纤类似，由于光源谱宽和光纤色散特性结合引起的时延差第六十九页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.4光纤的带宽2.3光纤传输特性模内带宽模畸变带宽计算公式Dt：单个光脉冲为高斯型时输入/输出脉冲的半幅值宽度，单位nsDl：光源的半幅值宽度，单位nm总带宽第七十页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.4光纤的带宽2.3光纤传输特性模内带宽用色散系数表示模畸变带宽分五个等级ITU-T规定：G.651多模光纤（1310nm）1310nm，D(l)≤6ps/(nm.km)850nm,D(l)≤120ps/(nm.km)≥200MHz；≥500MHz；≥800MHz；

≥1000MHz；≥1200MHz；第七十一页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.5光纤的非线性特性2.3光纤传输特性常规光纤系统中，光纤呈线性传输特性。当光功率增加到一定值，光纤开始出现非线性特性。非线性特性影响非线性特性的因素光波光强、介质的非线性系数、光波与非线性介质的有效作用长度。光纤的非线性分类受激散射(StimulatedScattering)克尔效应(Kerreffect)第七十二页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.5光纤的非线性特性2.3光纤传输特性受激散射(StimulatedScattering)受激拉曼散射(SRS：StimulatedRamanScattering)光信号与光纤材料的分子振动相互作用，进而调制入射光强，产生了恰好是分子振动频率的边带信号，即Stokes线(低频边带)和anti-Stokes线(高频边带)。受激布里渊拉曼散射(SBS：StimulatedBrillouinScattering)光信号与声波(由材料晶格振动产生)相互作用所引起的与SRS类似的非线性现象，但峰值SBS增益比SRS大2个数量级，SBS频移远小于SRS，SBS只出现在后向散射方向。第七十三页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.5光纤的非线性特性2.3光纤传输特性克尔效应(Kerreffect)光纤的折射率随光信号强度而变化的非线性现象，也称折射率扰动效应Aeff:光纤的有效面积(mm2)n2:光纤的非线性折射率(mm2/mW)n0:光纤的线性折射率(mm2/mW)P:入射到光纤中的平均光功率(mW)第七十四页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.5光纤的非线性特性2.3光纤传输特性克尔效应(Kerreffect)Kerr效应可引起以下5种非线性效应：自相位调制(SPM:Self-phasemodulation)折射率依赖强度，光信号强度随时间变化将对本身相位产生调制，相位的导数为频率，因而SPM导致光谱展宽。光脉冲的前后沿代表了时变的强度。交叉相位调制(XPM:Cross-phasemodulation)多波长系统中任一波长信号的相位受到其它波长信号强度起伏的调制作用，使脉冲光谱展宽。第七十五页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.5光纤的非线性特性2.3光纤传输特性四波混合(FWM:Four-wavemixing)两个或两个以上具有一定强度的不同波长的光波在光纤中同时存在时，入射光会改变光纤的折射率，从而在不同的波长处发生相位调制，导致产生其它新的波长的非线性效应。调制不稳定性(MI:Modulationinstability)光孤子形成(Solitonformation)第七十六页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.3.6光纤的标准及应用多模单模ITU-T编号特点应用G.651G.653G.652G.654渐变型多模光纤(GIF)常规单模光纤色散移位光纤(DSF)G.655截止位移光纤(CSF)非零色散光纤(NRDSF)中小容量、中短距离第一代单模光纤，可用于1.31μm和1.55μm第二代单模光纤，在1.55μm色散为零，适用大容量长距离在1.55μm损耗仅0.15dB/km,在1.31μm色散为零改进的色散移位光纤2.3光纤传输特性第七十七页，共一百二十一页，2022年，8月28日G.652标准(常规)单模光纤EDFA频带0.10.20.30.40.50.6衰减(dB/km)1600170014001300120015001100波长(nm)20100-10-20色散(ps/nm.km)G.65317ps/nm.kmG.652

标准单模光纤是第一代单模光纤,其零色散波长在1.3m窗口，国际电信联盟(ITU-T)把这种光纤规范为G.652光纤。2.3光纤传输特性第七十八页，共一百二十一页，2022年，8月28日G.653色散位移光纤(DSF)EDFA频带0.10.20.30.40.50.6衰减(dB/km)1600170014001300120015001100波长(nm)20100-10-20色散(ps/nm.km)G.65317ps/nm.kmG.652G.653属于第二代单模光纤,相对G.652光纤,其零色散波长从1.3m移到1.55m,ITU规范其为色散移位光纤(DSF,Dispersion-ShiftedFiber)2.3光纤传输特性第七十九页，共一百二十一页，2022年，8月28日G.654截止位移光纤(CSF)G.654光纤是一种应用于1.55m波长的纯石英芯单模光纤,其在1.55m衰减最小，仅为0.151dB/km,但在1.55m色散较大，约为17~20ps/(nmkm),该光纤用于海底光缆长距离通信.ITU规范其为截止位移光纤(CSF:Cut-offShiftedFiber)2.3光纤传输特性第八十页，共一百二十一页，2022年，8月28日G.655非零色散位移光纤(NRDSF)17ps/nm.kmEDFA频带0.10.20.30.40.50.6衰减(dB/km)1600170014001300120015001100波长(nm)20100-10-20色散(ps/nm.km)G.653G.652G.655非零色散光纤是一种改进的色散移位光纤,其零色散波长不在1.55m,而是在1.525m或1.585m处,其综合了标准光纤和色散移位光纤最好的传输特性,消除了色散效应和四波混频效应,适合于高密度WDM系统的传输.2.3光纤传输特性第八十一页，共一百二十一页，2022年，8月28日G.656宽带全波光纤全波光纤,顾名思义,就是在光纤的整个波段，从1280nm开始到1675nm终止，都可以用来通信，与常规光纤相比，全波光纤应用于DWDM，可使信道数增加50%，这就为DWDM系统应用于城域网创造了条件2.3光纤传输特性第八十二页，共一百二十一页，2022年，8月28日G.657接入网用光纤2.3光纤传输特性

在光纤到户(FTTH:FiberToTheHome,指将光网络单元安装在住家用户或企业用户处)建设中，由于光缆被安放在拥挤的管道中或者经过多次弯曲后被固定在接线盒和插座的等狭小空间的线路终端设备中，所以FTTH用的光缆应该是结构简单、敷设方便和价格便宜的光缆。为了规范抗弯曲单模光纤产品的性能，ITU-T于2006年通过了ITU-TG.657《接入网用弯曲不敏感单模光纤和光缆特性》建议.第八十三页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.1光纤结构和类型2.2光纤传输原理2.3光纤传输特性2.4光纤光缆的设计与制造2.5光纤特性测量方法

第二章光纤与光缆第八十四页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4光纤光缆的设计与制造2.4.1光纤的设计与制造2.4.2光缆的设计与制造2.4.3光纤光缆的连接第八十五页，共一百二十一页，2022年，8月28日光纤是由折射率稍低于纤芯的包层包裹圆柱型纤芯组成的。1.光纤的结构2.4.1光纤的设计与制造2.4光纤光缆的设计与制造芯包层涂覆层第八十六页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.1光纤的设计与制造2.光纤设计主要考虑因素折射率分布;掺杂成分;掺杂量2.4光纤光缆的设计与制造纤芯:用石英作为基本材料,在包层中掺入B2O3降低折射率。包层:用石英作为基本材料,在其中掺入GeO2和P2O5适当提高折射率纤芯掺入Ge和P折射率包层掺入B折射率芯包层涂覆层第八十七页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.1光纤的设计与制造3.几种典型的折射率分布普通光纤:

纤芯掺入GeO2相对折射率差:D=0.003工作波长:l=1.3um双包层光纤(W型光纤):纤芯掺入GeO2后，再在纤芯旁边掺入B2O3工作波长：l=1.3um~1.6um可制作色散平坦光纤或色散位移光纤2.4光纤光缆的设计与制造第八十八页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.1光纤的设计与制造2.4光纤光缆的设计与制造三角芯光纤:改进的色散位移光纤,适合密集波分复用和孤子通信.椭圆芯光纤:双折射光纤或偏振保持光纤,能使传输光保持其偏振状态.第八十九页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.1光纤的设计与制造4.

光纤的制造过程制造预制棒就是尺寸大一些的预想光纤制造预制棒的常用方法：改进的化学气相沉积法

(MCVD:ModifiedChemicalVaporDeposition)

棒外气相沉积法(OVD:OutsideVaporDeposition)

活化等离子体化学气相沉积法

(PCVD:PlasmaChemicalVaporDeposition)2.4光纤光缆的设计与制造第九十页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.1光纤的设计与制造PlasmaChemicalVaporDeposition2.4光纤光缆的设计与制造主反应掺杂第九十一页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.1光纤的设计与制造拉纤成丝把预制棒放进拉伸炉，加热至加热至2000，使底端受热熔化；直径测试仪通过改变拉伸速率控制光纤直径涂敷设备在包层外面加上外套，同时用同心监控设备加以控制2.4光纤光缆的设计与制造第九十二页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.2光缆的设计与制造2.4光纤光缆的设计与制造光缆实物图第九十三页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.2光缆的设计与制造1.光缆基本要求保护光纤的机械强度和传输特性，防止施工过程和使用期间光纤断裂，保持传输特性稳定保护光纤固有机械强度的方法塑料被覆应力筛选2.4光纤光缆的设计与制造第九十四页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.2光缆的设计与制造2.4光纤光缆的设计与制造光纤缓冲管加强芯外套2.光缆的基本结构此外，还包括防潮层、油膏、开索等。第九十五页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.2光缆的设计与制造各部分的作用：缓冲管：是保护光纤免受环境损害的第一层结构,缓冲管中可以放入多根光纤，也可以只有一根光纤加强芯：安装光纤时，释放光纤承受的机械压力外套：保护整个机构，以适应恶劣的环境。2.4光纤光缆的设计与制造第九十六页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.2光缆的设计与制造2.4光纤光缆的设计与制造3.几种典型结构的光缆6芯层绞式光缆PE:PolyEthylene,聚乙烯第九十七页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.2光缆的设计与制造2.4光纤光缆的设计与制造12芯骨架式光缆第九十八页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.2光缆的设计与制造2.4光纤光缆的设计与制造12芯束管式光缆第九十九页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.2光缆的设计与制造2.4光纤光缆的设计与制造带状光缆第一百页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.2光缆的设计与制造2.4光纤光缆的设计与制造深海光缆第一百零一页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.2光缆的设计与制造4.光缆特性拉力特性：取决于加强件的材料和横截面积。压力特性：最大侧压力取决于护套的材料和结构。弯曲特性：取决于纤芯与包层的相对折射率差以及光缆的材料和结构。温度特性：温度变化时，由于热胀冷缩过程中光纤受到应力作用，使损耗增加。2.4光纤光缆的设计与制造第一百零二页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.3光纤光缆的连接1.光纤的连接固定连接：永久性，用于光纤线的连接，损耗小，小于0.1dB。常用电弧熔接2.4光纤光缆的设计与制造第一百零三页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.3光纤光缆的连接活动连接：可拆卸，用于收发端机与光纤的连接及实验室中，损耗较大，0.2dB。套管结构2.4光纤光缆的设计与制造第一百零四页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.4.3光纤光缆的连接2.光缆的连接光纤熔接好后，放入光缆接头盒中加以保护外护套和密封部分护套支撑部分盒内连接部分2.4光纤光缆的设计与制造第一百零五页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.1光纤结构和类型2.2光纤传输原理2.3光纤传输特性2.4光纤光缆的设计与制造2.5光纤特性测量方法

第二章光纤与光缆第一百零六页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.5光纤特性测量方法光纤特性参数几何特性参数：纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度等。光学特性参数折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长等。传输特性参数：损耗、色散和带宽等。第一百零七页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.5.1损耗测量2.5.2带宽测量2.5.3色散测量2.5光纤特性测量方法第一百零八页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.5.1损耗测量1.剪断法测量光纤损耗系数测量长度L2的输出光功率Pout,在注入条件不变的情况下，在离光源附近剪断光纤，测量长度L1

的输出光功率Pin,计算出光纤的衰减系数2.5光纤特性测量方法第一百零九页，共一百二十一页，2022年，8月28日2.5.1损耗测量2.后向散射法测量光纤损耗系数瑞利(Rayleigh)散射光功率与传输光功率成正比利用与传输光方向相反的瑞利散射光功率来确定光纤损耗2.5光纤特性测量方法被测光纤脉冲发生器时钟光源光探测器放大器数据输出示波器光方向耦合器信号处理系统后向散射光菲涅尔反射瑞利散射第一百一十页，共一百二十一页，2022年，8月28