第2章光纤2.1 光纤结构和类型 2.1.1 光纤结构 2.1.2 光纤类型2.2

第2章光纤2.1光纤结构和类型2.1.1光纤结构2.1.2光纤类型2.2...第2章光纤2.1光纤结构和类型2.1.1光纤结构2.1.2光纤类型2.2...

第2章2.1.12.1.22.2

光纤光纤结构光纤类型

2.1光纤结构和类型

光纤传输原理2.2.12.2.2几何光学方法光纤传输的波动理论

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2.3光纤传输特性2.3.12.3.22.3.3光纤色散光纤损耗光纤标准和应用

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教学重点及难点重点:重点:分析光纤的导光原理；一、分析光纤的导光原理；理解光纤损耗和色散的概念二、理解光纤损耗和色散的概念；掌握光纤单模传输条件的计算公式。三、掌握光纤单模传输条件的计算公式。

难点：难点：光纤传输的波动理论

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2.1光纤结构和类型2.1.1光纤结构光纤(光纤(OpticalFiber)的典型结构是)典型结构是多层同轴圆柱体，如图所示，多层同轴圆柱体，如图所示，自内向外由纤芯、包层和涂敷层三部分组成。纤芯、包层和涂敷层三部分组成。三部分组成

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光纤结构图光纤结构

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纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。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。设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2,光能量在光纤中传输的必要条件是n1n2。涂覆层保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤。

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2.1.2光纤类型1、光纤的主要成分目前通信用的光纤主要是石英系光纤，目前通信用的光纤主要是石英系光纤，其主要成分是高纯度石英玻璃，即二氧化硅(SiO2)。如果在石英中掺入折射率高于石英的掺杂剂，就可以制作光纤的纤芯。同样，如果在石就可以制作光纤的纤芯。同样，英中掺入折射率低于石英的掺杂剂，英中掺入折射率低于石英的掺杂剂，就可以作为包层材料。包层材料。

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2、光纤分类按照制造光纤所用的材料分类有分类有：(1)按照制造光纤所用的材料分类有：石英系光纤；石英系光纤；多组分玻璃光纤；多组分玻璃光纤；塑料包层石英芯光纤；塑料包层石英芯光纤；全塑料光纤。全塑料光纤。

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按折射率分布情况分类分类：(2)按折射率分布情况分类：光纤主要有三种基本类型：要有三种基本类型：突变型多模光纤(多模阶跃折射率光纤突变型多模光纤多模阶跃折射率光纤)多模阶跃折射率光纤渐变型多模光纤(多模渐变射率光纤渐变型多模光纤多模渐变射率光纤)多模渐变射率光纤单模光纤

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突变型多模光纤(StepIndexFiber,SIF)突变型多模光纤纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a=50~80μm,光线以折线形状光线以光线折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。

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突变型多模光纤(多模阶跃折射率光纤多模阶跃折射率光纤)多模阶跃

折射率光纤

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渐变型多模光纤(GradedIndexFiber,GIF)渐变型多模光纤在纤芯中心折射率最大为n1,沿径向r向外围逐渐变小，直到包层变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a为50μm,光线正弦形状光线以正弦形状光线沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。

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渐变型多模光纤(多模渐变射率光纤)多模渐变射率光纤)

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单模光纤(SingleModeFiber,SMF)单模光纤折射率分布和突变型光纤相似，纤芯直径只有8~10μm,光线直线形状光线以直线形状光线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。

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单模光纤

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相对于单模光纤单模光纤而言，突变型光纤单模光纤突变型光纤和突变型光纤渐变型光纤的纤芯直径都很大，可以容纳渐变型光纤数百个模式，所以称为多模光纤。多模光纤。多模光纤渐变型多模光纤和单模光纤渐变型多模光纤单模光纤，包层外单模光纤径2b都选用125μm。

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特种单模光纤最有用的若干典型特种单模光纤的横截面结构和折射率分布下图所示：n1n2

n3

2a′2a

(a)

(b)

(b)

(a)双包层；(b)三角芯；(c)椭圆芯

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双包层光纤:双包层光纤:色散平坦光纤(DFF)色散平坦光纤色散移位光纤(DSF)色散移位光纤三角芯光纤:三角芯光纤:改进的色散移位光纤椭圆芯光纤:椭圆芯光纤:双折射光纤或偏振保持光纤双折射光纤偏振保持光纤。偏振保持光纤

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主要用途：主要用途：突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。单模光纤用在大容量长距离的系统。

第