光纤通信原理PPT讲稿.ppt

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1、光光纤通信原理通信原理第1页，共127页，编辑于2022年，星期五第第2章章 光纤和光缆光纤和光缆2.1 2.1 光纤的结构和类型光纤的结构和类型光纤的结构和类型光纤的结构和类型 2.1.1 2.1.1 光纤的结构光纤的结构光纤的结构光纤的结构 2.1.2 2.1.2 光纤的类型光纤的类型光纤的类型光纤的类型2.2 2.2 光纤的传输原理光纤的传输原理光纤的传输原理光纤的传输原理 2.2.1 2.2.1 几何光学方法几何光学方法几何光学方法几何光学方法 2.2.2 2.2.2 光纤传输的波动理论光纤传输的波动理论光纤传输的波动理论光纤传输的波动理论2.3 2.3 光纤传输特性光纤传输特性光纤传

2、输特性光纤传输特性 2.3.1 2.3.1 光纤的损耗特性光纤的损耗特性光纤的损耗特性光纤的损耗特性 2.3.2 2.3.2 光纤的色散特性光纤的色散特性光纤的色散特性光纤的色散特性 2.3.3 2.3.3 光纤的频带特性光纤的频带特性光纤的频带特性光纤的频带特性第2页，共127页，编辑于2022年，星期五2.1 光纤的结构和类型光纤的结构和类型2.1.1 光纤的结构光纤的结构2.1.2 光纤的类型光纤的类型第3页，共127页，编辑于2022年，星期五2.1.1 光纤的结构光纤的结构n n纤芯：纤芯：玻璃玻璃 n1 传导光波传导光波 n n包层：包层：玻璃玻璃 n2 将光封闭在光纤中传播将光封

3、闭在光纤中传播n n涂敷层：环氧树脂或硅橡胶涂敷层：环氧树脂或硅橡胶 增强光纤的机增强光纤的机 械强度械强度图图2-1 光纤的结构图光纤的结构图第4页，共127页，编辑于2022年，星期五2.1.2 光纤类型光纤类型第5页，共127页，编辑于2022年，星期五二二.按光纤结构分按光纤结构分 a-b-ab 在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形突变，在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形突变，纤芯的折射率纤芯的折射率n1和包层的折射率和包层的折射率n2是均匀常数。是均匀常数。这种光纤频带较窄，适用于小容量短距离通信这种光纤频带较窄，适用于小容量短距离通信rn1.阶跃光纤阶跃光纤（SIF）第6页，共127

4、页，编辑于2022年，星期五 2.渐变光纤渐变光纤（GIF）a-ab-brn纤芯的折射率纤芯的折射率nl随着半径的增加而按一定规律逐随着半径的增加而按一定规律逐渐减少，到纤芯与包层交界处为包渐减少，到纤芯与包层交界处为包 层折射率层折射率n2，纤芯的折射率不是均匀常数。纤芯的折射率不是均匀常数。这种光纤频带较宽，适用于中容量中距离通信这种光纤频带较宽，适用于中容量中距离通信第7页，共127页，编辑于2022年，星期五三三三三.按传输光场模式分按传输光场模式分按传输光场模式分按传输光场模式分 1.多模光纤（多模光纤（MMF）：）：对于较大的纤芯对于较大的纤芯直径（直径（50m），纤芯内传输多个模

5、式的），纤芯内传输多个模式的光波。光波。（1）大尺寸阶跃光纤）大尺寸阶跃光纤 （2）大尺寸渐变光纤）大尺寸渐变光纤 2.单模光纤（单模光纤（SMF）：）：单模光纤只传输一单模光纤只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在种模式，纤芯直径较细，通常在4m10m 范围内。范围内。此光纤带宽极宽，适用于大容量、长距此光纤带宽极宽，适用于大容量、长距 离通信离通信第8页，共127页，编辑于2022年，星期五第9页，共127页，编辑于2022年，星期五第10页，共127页，编辑于2022年，星期五第11页，共127页，编辑于2022年，星期五第12页，共127页，编辑于2022年，星期五第13页，共127页，

6、编辑于2022年，星期五第14页，共127页，编辑于2022年，星期五2.2 光纤的传输原理光纤的传输原理第15页，共127页，编辑于2022年，星期五n n2.2.1 几何光学方法几何光学方法光的折射与反射光的折射与反射光的折射与反射光的折射与反射当光线大于临界角入射当光线大于临界角入射当光线大于临界角入射当光线大于临界角入射当光线小于临界角入射当光线小于临界角入射光纤的传光原理光纤的传光原理光纤的传光原理光纤的传光原理第16页，共127页，编辑于2022年，星期五1.1.突变型多模光纤突变型多模光纤突变型多模光纤突变型多模光纤第17页，共127页，编辑于2022年，星期五数值孔径数值孔径数

7、值孔径数值孔径第18页，共127页，编辑于2022年，星期五表示光纤接收光的能力表示光纤接收光的能力第19页，共127页，编辑于2022年，星期五第20页，共127页，编辑于2022年，星期五第21页，共127页，编辑于2022年，星期五时间延迟时间延迟时间延迟时间延迟第22页，共127页，编辑于2022年，星期五第23页，共127页，编辑于2022年，星期五第24页，共127页，编辑于2022年，星期五第25页，共127页，编辑于2022年，星期五第26页，共127页，编辑于2022年，星期五第27页，共127页，编辑于2022年，星期五g=2g=2，n(r)n(r)按按平平方方律律(抛抛物

8、物线线)变变化化，表表示示常常规规渐渐变变型型多多模模光光纤纤的的折折射射率分布率分布由由于于渐渐变变型型多多模模光光纤纤折折射射率率分分布布是是径径向向坐坐标标r r的的函函数数，纤纤芯芯各各点点数数值值孔径不同，所以要定义局部数值孔径孔径不同，所以要定义局部数值孔径NA(r)NA(r)和最大数值孔径和最大数值孔径NAmaxNAmax（1 1）NANA2.光在渐变光纤中传播光在渐变光纤中传播第28页，共127页，编辑于2022年，星期五n n由于渐变型多模光纤折射率分布是径向坐标由于渐变型多模光纤折射率分布是径向坐标r r的的函数，纤芯各点数值孔径不同，所以要定义局函数，纤芯各点数值孔径不同

9、，所以要定义局部数值孔径部数值孔径NA(r)NA(r)和最大数值孔径和最大数值孔径NAmaxNAmax 第29页，共127页，编辑于2022年，星期五（2）射线方程的解）射线方程的解射线射线射线射线方程方程1）将光线轨迹（）将光线轨迹（r）和空间折射率）和空间折射率 分布分布(n)联系起来联系起来2）由射线方程可推导出光纤轨迹表达式）由射线方程可推导出光纤轨迹表达式圆圆柱柱坐坐标系标系折射率具有圆对称性和沿轴线分布的均匀性，n与，z无关第30页，共127页，编辑于2022年，星期五 (3)(3)射线方程的解射线方程的解取取n(r)n(0)n(r)n(0)得到光线轨迹的普遍公式为：得到光线轨迹的

10、普遍公式为：第31页，共127页，编辑于2022年，星期五1)渐变型多模光纤的光线轨迹是传输距离渐变型多模光纤的光线轨迹是传输距离z的正弦函数的正弦函数2)对于确定的光纤，其幅度的大小取决于入射角对于确定的光纤，其幅度的大小取决于入射角0，其周期其周期=2/A=2a/，取决于光纤的取决于光纤的 结构参数结构参数(a,)，而与入射角而与入射角0无关。无关。*=0cos(Az)把光线入射点移到中心轴线(z=0,ri=0)，(4)(4)自聚焦效应自聚焦效应第32页，共127页，编辑于2022年，星期五这说明不同入射角相应的光线，这说明不同入射角相应的光线，虽然经历的路程虽然经历的路程不同，但是最终都

11、会聚在不同，但是最终都会聚在P点上，这种现象点上，这种现象称为称为自聚焦效应。自聚焦效应。第33页，共127页，编辑于2022年，星期五2.2.2 2.2.2 光纤传输的波动理论光纤传输的波动理论光纤传输的波动理论光纤传输的波动理论-光在光纤中的模式传播光在光纤中的模式传播光在光纤中的模式传播光在光纤中的模式传播光纤-圆柱形介质波导电场或磁场在波导中的某种稳定存在的形式第34页，共127页，编辑于2022年，星期五1 1 波动方程和电磁场表达式波动方程和电磁场表达式波动方程和电磁场表达式波动方程和电磁场表达式第35页，共127页，编辑于2022年，星期五第36页，共127页，编辑于2022年，

12、星期五求求求求得得得得纵纵纵纵向向向向场场场场分分分分量量量量，在在在在得得得得到横向场分量到横向场分量到横向场分量到横向场分量第37页，共127页，编辑于2022年，星期五38第38页，共127页，编辑于2022年，星期五光光沿沿Z轴轴传传播播，传输常数为传输常数为光纤的圆对称性，光纤的圆对称性，应为方位角的周期函数应为方位角的周期函数第39页，共127页，编辑于2022年，星期五 k=2/=2f/c=/c k=2/=2f/c=/c 和和f f为光的波长和频率为光的波长和频率 这样就把分析光纤中的电磁场分布，归结为求解贝塞尔方程这样就把分析光纤中的电磁场分布，归结为求解贝塞尔方程 设：纤芯设

13、：纤芯(0ra)(0ra)折射率折射率n(r)=n1n(r)=n1 包层包层(ra)(ra)折射率折射率n(r)=n2n(r)=n2为求解此方程，引入无量纲参数为求解此方程，引入无量纲参数u,wu,w和和V V。u2=a2(n21k2-2)0r a 导波径向归一化相位常数导波径向归一化相位常数w2=a2(2-n22k2)r a 导波径向归一化衰减常数导波径向归一化衰减常数V2=u2+w2=a2k2(n21-n22)归一化频率归一化频率 归一化传输常数归一化传输常数第40页，共127页，编辑于2022年，星期五利用这些参数，利用这些参数，把式把式(2.21)分解为两个贝塞尔微分方程：分解为两个贝

14、塞尔微分方程：因为光能量要在纤芯因为光能量要在纤芯(0ra)(0ra)中传输：中传输：在在r=0r=0处，处，电磁场应为有限实数电磁场应为有限实数在包层在包层(ra)(ra)，光能量沿径向，光能量沿径向r r迅速衰减迅速衰减当当rr时，时，电磁场应消逝为零。电磁场应消逝为零。第41页，共127页，编辑于2022年，星期五在纤芯和包层的电场在纤芯和包层的电场Ez(r,z)和磁场和磁场Hz(r,z)表达式为表达式为光纤传输模式的电磁场分布和性质取决于特征参数光纤传输模式的电磁场分布和性质取决于特征参数 第42页，共127页，编辑于2022年，星期五nJv(u)Jv(u)类似振幅衰减的正弦曲线类似振

15、幅衰减的正弦曲线Kv(w)Kv(w)类似衰减的指数曲线类似衰减的指数曲线nu u和和w w决定纤芯和包层横向决定纤芯和包层横向(r)(r)电磁场电磁场的分布，称为的分布，称为横向传输常数横向传输常数n决定纵向决定纵向(z)(z)电磁场分布和传输性电磁场分布和传输性质，所以称为质，所以称为纵向传输常数纵向传输常数nJv(u)和和Kv(w)图图第43页，共127页，编辑于2022年，星期五2 2 特征方程和传输模式特征方程和传输模式因为电磁场强度的切向分量因为电磁场强度的切向分量在纤芯包层交界面连续，在纤芯包层交界面连续，在在r=ar=a处应该有处应该有第44页，共127页，编辑于2022年，星期

16、五第45页，共127页，编辑于2022年，星期五第46页，共127页，编辑于2022年，星期五每一条曲每一条曲线表示一线表示一个传输模个传输模式的式的随随V V的变化的变化归一化传输常数归一化传输常数归一化频率归一化频率第47页，共127页，编辑于2022年，星期五n n模式截止模式截止模式截止模式截止n要求在包层电磁场消逝为零，必要条件是w0。n如果w0，电磁场将在包层振荡，传输模式将转换为辐射模式，使能量从包层辐射出去。nw=0(=n2k)介于传输模式和辐射模式的临界状态，这个状态称为模式截止。其u、w和值记为uc、wc和c，此时V=Vc=uc。第48页，共127页，编辑于2022年，星期

17、五n n模式远离截止模式远离截止 模式远离截止当模式远离截止当VV时，时，w w增加很快，当增加很快，当ww时，时，u u只能增加到一个有限值，这个状态称为模式远离截止，只能增加到一个有限值，这个状态称为模式远离截止，其其u u值记为值记为u u。第49页，共127页，编辑于2022年，星期五 LP模模n对于弱导波光纤（对于弱导波光纤（1%1%），一些精确模的传输常数），一些精确模的传输常数接近相同，通常把这种现象称为简并，这些模式称为接近相同，通常把这种现象称为简并，这些模式称为简并模。简并模。nP P24 24 表表2.22.2第50页，共127页，编辑于2022年，星期五 当当=0=0时

18、，有时，有TETE0u 0u，TMTM0u0un n和金属波导不同，光纤属于介质波导和金属波导不同，光纤属于介质波导和金属波导不同，光纤属于介质波导和金属波导不同，光纤属于介质波导,类型可分为类型可分为类型可分为类型可分为TETETETEu u u u、TMTMTMTMu u u u、EHEHEHEHu u u u和和和和HEHEHEHEu u u u模式。模式。模式。模式。n nTETETETE0u0u0u0u：横电波：横电波：横电波：横电波 特点：纵向无电场仅有磁场特点：纵向无电场仅有磁场特点：纵向无电场仅有磁场特点：纵向无电场仅有磁场n nTMTMTMTM0u0u0u0u：横磁波：横磁波

19、：横磁波：横磁波 特点：纵向无磁场仅有电场特点：纵向无磁场仅有电场特点：纵向无磁场仅有电场特点：纵向无磁场仅有电场n n 计算得到零阶贝塞尔方程计算得到零阶贝塞尔方程计算得到零阶贝塞尔方程计算得到零阶贝塞尔方程 的根：的根：的根：的根：2.404832.404832.404832.40483，5.520085.520085.520085.52008，8.65373 8.65373 8.65373 8.65373 依次对应依次对应依次对应依次对应TETETETE01010101TMTMTMTM01,01,01,01,TETETETE02020202TMTMTMTM02,02,02,02,TETE

20、TETE03030303TMTMTMTM03DE 03DE 03DE 03DE 截止截止截止截止频率频率频率频率第51页，共127页，编辑于2022年，星期五 TEonTEon模模模模 TMonTMon模模模模 第52页，共127页，编辑于2022年，星期五当当00时，时，HEHE模，模，EHEH模模 n n电磁场的六个分量都存在电磁场的六个分量都存在电磁场的六个分量都存在电磁场的六个分量都存在 HE HE HE HE模模模模 :E:E:E:EZ Z Z ZHHHHHHHZ Z Z Zn n低阶模式的归一化频率低阶模式的归一化频率V VC C0 0 HEHE1111（基模）（基模）2.4048

21、3 TE2.40483 TE01 01 TMTM01 01 HEHE21213.83171 EH3.83171 EH1111 HE HE1212 HE HE31315.13562 EH5.13562 EH2121 HE HE41415.52008 TE5.52008 TE0202 TM TM0202 HE HE22226.38016 EH6.38016 EH3131 HE HE5151第53页，共127页，编辑于2022年，星期五第54页，共127页，编辑于2022年，星期五n n对于一条实际光纤，其归一化频率对于一条实际光纤，其归一化频率V V是一定是一定的，只有的，只有VcVcVV的模式才

22、可以传输。的模式才可以传输。n例如例如V=3.V=3.则只有则只有TETE0101TMTM01,01,能传输能传输n n导行条件导行条件VcVcVVVn n临界条件临界条件VcVc=V=V第55页，共127页，编辑于2022年，星期五第56页，共127页，编辑于2022年，星期五第57页，共127页，编辑于2022年，星期五3 3 单模光纤的模式特性单模光纤的模式特性单模光纤的模式特性单模光纤的模式特性第58页，共127页，编辑于2022年，星期五第59页，共127页，编辑于2022年，星期五第60页，共127页，编辑于2022年，星期五第61页，共127页，编辑于2022年，星期五第62页，

23、共127页，编辑于2022年，星期五2 2单模场结构单模场结构单模场结构单模场结构第63页，共127页，编辑于2022年，星期五第64页，共127页，编辑于2022年，星期五3 3 双折射双折射双折射双折射第65页，共127页，编辑于2022年，星期五第66页，共127页，编辑于2022年，星期五第67页，共127页，编辑于2022年，星期五第68页，共127页，编辑于2022年，星期五2.2总结总结 NA 阶跃光纤阶跃光纤 渐变光纤渐变光纤传光原理传光原理自聚焦效应自聚焦效应射线理论射线理论传光原理传光原理波动理论波动理论光纤的归一化频率光纤的归一化频率 V V模式的截止频率模式的截止频率V

24、CVC单模光纤（单模光纤（HEHE1111)传输条件传输条件sinNA 的光能在光纤中传输V VC CV V第69页，共127页，编辑于2022年，星期五2.3 光纤的传输特性光纤的传输特性2.3.1色散特性色散特性2.3.2频带特性频带特性2.3.3 损耗特性损耗特性2.3.4 光纤的标准光纤的标准第70页，共127页，编辑于2022年，星期五第71页，共127页，编辑于2022年，星期五2.3.1 色散特性色散特性一一.定义定义光纤中传输的光信号是由不同模式、频率的电磁光纤中传输的光信号是由不同模式、频率的电磁波携带的，它们的传输速度不同而引起传输信号波携带的，它们的传输速度不同而引起传输

25、信号在波形上发生畸变的的一种物理现象。在波形上发生畸变的的一种物理现象。第72页，共127页，编辑于2022年，星期五二二.表示方法表示方法：三三.分类：分类：第73页，共127页，编辑于2022年，星期五1.模式色散模式色散定义：定义：在多模光纤中，由于不同模式的光信在多模光纤中，由于不同模式的光信号在光纤中传输的群速度不同，因此有不号在光纤中传输的群速度不同，因此有不同的群时延差，在光纤的输出端会造成脉同的群时延差，在光纤的输出端会造成脉冲展宽。冲展宽。第74页，共127页，编辑于2022年，星期五n n渐变型光纤模式色散渐变型光纤模式色散 由于离轴心较远的折射率小，因而传输由于离轴心较远

26、的折射率小，因而传输速度快。离轴心较近的折射率大，因而传速度快。离轴心较近的折射率大，因而传输速度慢。结果使不同路程的光线到达输输速度慢。结果使不同路程的光线到达输出面的时延差近似为零，所以渐变型多模出面的时延差近似为零，所以渐变型多模光纤的模式色散较小。光纤的模式色散较小。第75页，共127页，编辑于2022年，星期五2.模内色散模内色散 单模光纤中内部只有单模光纤中内部只有HE11模，不存在模，不存在模式色散。只有模内色散。原因是模式色散。只有模内色散。原因是群速度群速度色散。色散。群速度色散：基模的群速度与频率有关，群速度色散：基模的群速度与频率有关，光脉冲的不同频率分量具有不同的群速度

27、，光脉冲的不同频率分量具有不同的群速度，因而到达光纤输出端的时间会产生差别，因而到达光纤输出端的时间会产生差别，结果导致脉冲展宽。结果导致脉冲展宽。vg=v.cos vg Z第76页，共127页，编辑于2022年，星期五(1)材料色散材料色散 定义：是光纤材料的折射率随频率而变，定义：是光纤材料的折射率随频率而变，可使信号的各频率群速度不同引起色散。可使信号的各频率群速度不同引起色散。（2）波导色散波导色散 定义：模式本身的色散。即指光纤中某定义：模式本身的色散。即指光纤中某一种导波模式在不同的频率下，相位常数一种导波模式在不同的频率下，相位常数 不同，群速度不同而引起的色散。不同，群速度不同

28、而引起的色散。第77页，共127页，编辑于2022年，星期五四四.总色散总色散 单模光纤中：单模光纤中：在在1.31m，总色散为零。总色散为零。这意味着在这这意味着在这个波长传输的光脉冲不会发生展宽。个波长传输的光脉冲不会发生展宽。在在1.55m，损耗最低损耗最低，色散很大。，色散很大。如将零色散波长从如将零色散波长从1.31m移到移到1.55m，这就是这就是色散位移光纤色散位移光纤(DSF)。第78页，共127页，编辑于2022年，星期五2.3.2 频带特性频带特性n n色散和带宽描述的是光纤的同一特性色散和带宽描述的是光纤的同一特性n n色散是在时域的表现形式即脉冲展宽色散是在时域的表现形

29、式即脉冲展宽n n带宽是在频域的表现形式即高频分量的衰带宽是在频域的表现形式即高频分量的衰减减第79页，共127页，编辑于2022年，星期五H(t)H(t)Pin(t)tPout(t)tPin()H(H()Pout()光纤的传递函数光纤的传递函数光纤的传递函数光纤的传递函数H(H(H(H()=Pout()/Pin()=Pout()/Pin()=Pout()/Pin()=Pout()/Pin()H(H()具有低通滤波器的特性具有低通滤波器的特性具有低通滤波器的特性具有低通滤波器的特性第80页，共127页，编辑于2022年，星期五第81页，共127页，编辑于2022年，星期五第82页，共127页，

30、编辑于2022年，星期五1/21/2H(H()ff3dB第83页，共127页，编辑于2022年，星期五实测表明，输出光脉冲一般为高斯波形，设第84页，共127页，编辑于2022年，星期五图 2.11 光纤带宽和脉冲展宽的定义 第85页，共127页，编辑于2022年，星期五2.3.3 损耗特性损耗特性第86页，共127页，编辑于2022年，星期五一一.定义定义：光波在光纤中传输，随着距离的增加光光波在光纤中传输，随着距离的增加光功率逐渐下降功率逐渐下降这就是光纤的传输损耗。这就是光纤的传输损耗。该损耗直接关系到光纤通信系统传输距离该损耗直接关系到光纤通信系统传输距离的长短，是光纤最重要的传输特性

31、之一。的长短，是光纤最重要的传输特性之一。光纤的损耗如图所示光纤的损耗如图所示 第87页，共127页，编辑于2022年，星期五二二.表示方法表示方法 Pi表示输入光纤的功率，表示输入光纤的功率，Po表示输出光功率表示输出光功率 L为光纤长度（为光纤长度（km）第88页，共127页，编辑于2022年，星期五三三.分类分类光纤损耗光纤损耗本征吸收本征吸收吸收损耗吸收损耗散射损耗散射损耗弯曲损耗弯曲损耗杂质吸收杂质吸收原子缺陷吸收原子缺陷吸收瑞利散射损耗瑞利散射损耗结构不完善引起的散射损耗结构不完善引起的散射损耗紫外吸收紫外吸收红外吸收红外吸收氢氧根氢氧根过度金属离子过度金属离子光纤弯曲损耗光纤弯曲

32、损耗光纤微弯损耗光纤微弯损耗第89页，共127页，编辑于2022年，星期五1.吸收损耗吸收损耗 定义定义：由于组成光纤的材料和杂质对光波的：由于组成光纤的材料和杂质对光波的吸收，使一部分光能变成散失的热能从而吸收，使一部分光能变成散失的热能从而造成光功率的损失。造成光功率的损失。（1）本征吸收：）本征吸收：光纤材料的光纤材料的固有吸收固有吸收叫做本叫做本征吸收，它与电子及分子的谐振有关。征吸收，它与电子及分子的谐振有关。紫外吸收带紫外吸收带 红外吸收带红外吸收带 第90页，共127页，编辑于2022年，星期五（2）杂质吸收损耗：）杂质吸收损耗：由于光纤中的杂质对光由于光纤中的杂质对光的吸收作用

33、而造成的附加的吸收损耗，它的吸收作用而造成的附加的吸收损耗，它是造成光纤损耗的主要原因。是造成光纤损耗的主要原因。过度金属离子：过度金属离子：氢氧根离子氢氧根离子：造成杂质吸收损耗的主要：造成杂质吸收损耗的主要 根源根源第91页，共127页，编辑于2022年，星期五2.散射损耗散射损耗定义：定义：散射损耗主要由材料微观密度不均匀散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷引起的引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷引起的散射。散射。（1）瑞利散射瑞利散射固有损耗固有损耗 由于光纤材料密度的微观变化以及各成由于光纤材料密度的微观变化以及各成分浓度不均匀引起光的散射分浓度不均匀引起光的散

34、射 它引起的损耗与它引起的损耗与-4-4成正比。成正比。第92页，共127页，编辑于2022年，星期五（2）布里渊和喇曼散射）布里渊和喇曼散射 非线形散射，只有注入功率超过某一阈非线形散射，只有注入功率超过某一阈 值时才发生。值时才发生。在通信线路中不考虑。在通信线路中不考虑。（3）结构不完善散射损耗（辐射损耗）结构不完善散射损耗（辐射损耗）结构缺陷结构缺陷第93页，共127页，编辑于2022年，星期五四四.光纤的损耗特性曲线光纤的损耗特性曲线 本征吸收损耗本征吸收损耗固有损耗固有损耗 瑞利散射损耗瑞利散射损耗非固有损耗非固有损耗第94页，共127页，编辑于2022年，星期五0.010.050

35、.10.51510501000.81.01.21.41.6实验波导缺陷紫外吸收瑞利散射红外吸收波长/mm损耗/(dBkm1)第95页，共127页，编辑于2022年，星期五光纤通信三个窗口：光纤通信三个窗口：0.85m 1.31 m 1.55 m 第一窗口第一窗口 第二窗口第二窗口 第三窗口第三窗口 短波长窗口短波长窗口 长波长窗口长波长窗口第96页，共127页，编辑于2022年，星期五五五.实用光纤损耗谱实用光纤损耗谱SIFGIFSMF 损耗依次减小损耗依次减小第97页，共127页，编辑于2022年，星期五五五.实用光纤的损耗谱实用光纤的损耗谱第98页，共127页，编辑于2022年，星期五2.

36、3.4 光纤的标准光纤的标准第99页，共127页，编辑于2022年，星期五第100页，共127页，编辑于2022年，星期五2.4 光缆光缆2.4.1 光缆基本要求光缆基本要求1.光缆要有优良的机械特性，为防止光纤断光缆要有优良的机械特性，为防止光纤断裂提供保证。裂提供保证。2.不能因成缆而影响光纤的传输特性不能因成缆而影响光纤的传输特性3.缆径细，重量轻缆径细，重量轻4.容易铺设和接续容易铺设和接续5.便于施工和维护便于施工和维护第101页，共127页，编辑于2022年，星期五2.4.2 光缆结构和类型光缆结构和类型一一一一.结构结构结构结构1.1.缆芯缆芯缆芯缆芯 缆芯是由单根或多根光纤芯线

37、组成，其作用是缆芯是由单根或多根光纤芯线组成，其作用是缆芯是由单根或多根光纤芯线组成，其作用是缆芯是由单根或多根光纤芯线组成，其作用是传输光波。传输光波。传输光波。传输光波。2.2.加强元件加强元件加强元件加强元件 加强元件一般有金属丝和非金属纤维，其作用是增加强元件一般有金属丝和非金属纤维，其作用是增加强元件一般有金属丝和非金属纤维，其作用是增加强元件一般有金属丝和非金属纤维，其作用是增强光缆敷设时可承受的拉伸负荷。强光缆敷设时可承受的拉伸负荷。强光缆敷设时可承受的拉伸负荷。强光缆敷设时可承受的拉伸负荷。3.3.护层护层护层护层 光缆的护层主要是对已形成缆的光纤芯线器保光缆的护层主要是对已形

38、成缆的光纤芯线器保光缆的护层主要是对已形成缆的光纤芯线器保光缆的护层主要是对已形成缆的光纤芯线器保护作用，避免受外界的损伤。护作用，避免受外界的损伤。护作用，避免受外界的损伤。护作用，避免受外界的损伤。第102页，共127页，编辑于2022年，星期五二二.类型类型1.1.层绞式层绞式2.2.骨架式骨架式3.3.中心束管式中心束管式4.4.带状式带状式 第103页，共127页，编辑于2022年，星期五三三.特性特性 1.拉力特性拉力特性 2.压力特性压力特性 3.弯曲特性弯曲特性 4.温度特性温度特性第104页，共127页，编辑于2022年，星期五2.5 无源光器件无源光器件一一一一.光纤连接器

39、光纤连接器光纤连接器光纤连接器n n光光光光纤连纤连接器接器接器接器(Fiber Connector)Fiber Connector)是是是是实现实现光光光光纤纤活活活活动连动连接的重要接的重要接的重要接的重要组组成部分。它与光成部分。它与光成部分。它与光成部分。它与光纤纤适配适配适配适配器一起器一起器一起器一起实现实现了光了光了光了光纤纤的活的活的活的活动连动连接。接。接。接。n n光光光光纤纤适配器（法适配器（法适配器（法适配器（法兰兰 ）（Fiber AdapterFiber Adapter）是是是是实现实现光光光光纤纤活活活活动连动连接的重要器件之一，它通接的重要器件之一，它通接的重要

40、器件之一，它通接的重要器件之一，它通过过尺寸尺寸尺寸尺寸精密的开口套管在适配器内部精密的开口套管在适配器内部精密的开口套管在适配器内部精密的开口套管在适配器内部实现实现了光了光了光了光纤连纤连接器的精密接器的精密接器的精密接器的精密对对准准准准连连接。接。接。接。第105页，共127页，编辑于2022年，星期五1.1.功能功能 把两根光纤的端面结合在一起。把两根光纤的端面结合在一起。2.分类分类 永久性连接永久性连接：光纤线路上的连接：光纤线路上的连接 0.2dB 活动连接：活动连接：可以拆卸的连接可以拆卸的连接 0.1dB第106页，共127页，编辑于2022年，星期五3.主要要求主要要求

41、（1）连接损耗小）连接损耗小 （2）稳定性好）稳定性好 （3）拆装方便）拆装方便 （4）重复性好）重复性好 （5）同型号可交换）同型号可交换 （6）体积小成本低）体积小成本低第107页，共127页，编辑于2022年，星期五4.结构结构（1）固定连接器：粘接法固定连接器：粘接法 熔接法熔接法（2）活动连接器活动连接器：连接类型：连接类型：FC、SC、ST等等 端面接触型：端面接触型：PC、UPC、APC等等第108页，共127页，编辑于2022年，星期五 基本结构基本结构第109页，共127页，编辑于2022年，星期五FC-APC连接器连接器FC-PC连接器连接器LC连接器连接器MU连接器连接器

42、第110页，共127页，编辑于2022年，星期五SC-APC连接器连接器ST连接器连接器多芯连接器多芯连接器SC-PC连接器连接器第111页，共127页，编辑于2022年，星期五连接器连接器第112页，共127页，编辑于2022年，星期五套筒套筒插芯插芯FC适配器适配器LC适配器适配器SC适配器适配器第113页，共127页，编辑于2022年，星期五5.产生连接损耗的原因产生连接损耗的原因第114页，共127页，编辑于2022年，星期五二二.光纤耦合器光纤耦合器 1.功能：实现光信号分功能：实现光信号分/合路的功能器件，合路的功能器件，一般是同一波长的光进行分路和和路。一般是同一波长的光进行分路

43、和和路。2.分类分类 T 型：型：22的的3端耦合器端耦合器 合路器合路器 分路器分路器 星型：星型：nm 定向：定向：22的的3端或端或4端耦合器端耦合器 第115页，共127页，编辑于2022年，星期五 合路器合路器T型型 分路器分路器星型星型定向定向1423123312第116页，共127页，编辑于2022年，星期五3.基本结构基本结构 光纤型光纤型 波导型波导型 微器件型：见下一张微器件型：见下一张第117页，共127页，编辑于2022年，星期五光纤自聚焦透镜自聚焦透镜光纤滤光片l1、l2l1l2l1l2l3l1l2l3光纤自聚焦透镜硅光栅光纤自聚焦透镜分光片1342(b)(a)(c)

44、(d)第118页，共127页，编辑于2022年，星期五4.特性指标特性指标参照教材参照教材P69第119页，共127页，编辑于2022年，星期五三三.光合波器和光分波器光合波器和光分波器 1.功能功能：可将不同波长的多个光信号合并在：可将不同波长的多个光信号合并在一起精合到一根光纤中传输，或者反过来一起精合到一根光纤中传输，或者反过来说，将从一根光纤传输来的不同波长的复说，将从一根光纤传输来的不同波长的复合光信号，按不同光波长分开。前者称为合光信号，按不同光波长分开。前者称为合波器，后者称为光分波器。合波器，后者称为光分波器。是用于波分复用等传输方式中的无源光器是用于波分复用等传输方式中的无源

45、光器件。件。第120页，共127页，编辑于2022年，星期五接收机接收机1 1发射机发射机3 3发射机发射机2 2解解复复用用器器复复用用器器发射机发射机1 1接收机接收机2 2接收机接收机3 3第121页，共127页，编辑于2022年，星期五2.分类分类 光栅型光栅型 棱镜型棱镜型 波导型波导型 第122页，共127页，编辑于2022年，星期五四四四四.光隔离器光隔离器光隔离器光隔离器 1.1.功能：阻止反射光。光隔离器是一种只允许单向光通过功能：阻止反射光。光隔离器是一种只允许单向光通过功能：阻止反射光。光隔离器是一种只允许单向光通过功能：阻止反射光。光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件的无源光器件的无源光器件的无源光器件2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理：第123页，共127页，编辑于2022年，星期五第124页，共127页，编辑于2022年，星期五五五.光滤波器光滤波器 1.功能：功能：波长（或频率）选择器件波长（或频率）选择器件 带通滤波器带通滤波器(BPF)第125页，共127页，编辑于2022年，星期五六六 光调制器光调制器第126页，共127页，编辑于2022年，星期五第127页，共127页，编辑于2022年，星期五