光纖基礎(chǔ)知識(shí)匯總

1、光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫， 是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射 原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。微細(xì)的光纖封裝在塑料護(hù)套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常，光 纖的一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光 纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測(cè)脈沖。在日常生活中，由于光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)損耗比電在電線傳導(dǎo)的損耗 低得多，光纖被用作長距離的信息傳遞。光纖結(jié)構(gòu)1、光纖（Optical Fiber）的典型結(jié)構(gòu)是多層同軸圓柱體，自內(nèi)向外由纖芯、包層和涂敷層三 部分組成。涂敷層纖芯作用一一傳導(dǎo)光波成分 咼純度SiQ+極少量摻雜劑（如 P2O5）摻雜目的是提高纖芯對(duì)光的折射率包層作用一一為

2、光的傳輸提供反射面和光隔離，并起一定的機(jī)械保護(hù)作用。將光波限制在纖芯中咼純度SiQ+極少量摻雜劑（如 B2O3） 摻雜目的是使折射率略低于纖芯折射率傳播成分ni >n2。設(shè)纖芯和包層的折射率分別為ni和n2,光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件是涂覆層作用一一保護(hù)光纖不受水汽的侵蝕和機(jī)械擦傷。同時(shí)增加光纖柔韌性。一次涂覆層：丙烯酸酯，有機(jī)硅或硅橡膠材料 緩沖層：一般為性能良好的填充油膏 二次涂覆層：聚丙烯或尼龍等高聚物光纖分類（1）按照制造光纖所用的材料分類有：石英系光纖；多組分玻璃光纖；塑料包層石英芯光纖； 全塑料光纖。2）按折射率分布情況分類：光纖主要有三種基本類型：（多模階躍折射率光纖）一

3、一纖芯折射率為 ni保持不變，到包層突然變?yōu)閚2。這種光纖 一般纖芯直徑2a=5080卩m，光線以折線形狀 沿纖芯中心軸線方向傳播， 特點(diǎn)是 信號(hào)畸變大。漸變型多模光纖 （多模漸變射率光纖）一一在纖芯中心折射率最大為ni ,沿徑向r向外圍逐漸變小，直到包層變?yōu)閚2。這種光纖一般纖芯直徑 2a為50卩m,光線以正弦形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變小。單模光纖一一 折射率分布和突變型光纖相似，纖芯直徑只有810卩m,光線以直線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播。因?yàn)檫@種光纖只能傳輸一個(gè)模式（只傳輸主模），所以稱為單模光纖，其信號(hào)畸變很小。突變型多模光纖：折射率分衍niln2多模階躍折射率光纖漸變

4、型多模光纖:折射率分伯多模漸變折肘率光纖單模光纖:Iri2折射率分和姑 徐敷層纖芯4單模階躍折射率光纖|訂】nJK只能用于小容量短距離系統(tǒng)。 適用于中等容量中等距離系統(tǒng)。3）主要用途：突變型多模光纖漸變型多模光纖單模光纖 用在大容量長距離的系統(tǒng)。光纖傳輸原理幾何光學(xué)法：當(dāng)光波波長遠(yuǎn)小于光纖芯徑時(shí)，光可以用一條表示光波傳播方向的 幾何線即光射線表示麥克斯韋波動(dòng)方程法：根據(jù)電磁場(chǎng)理論對(duì)光波導(dǎo)的基本問題求解 幾何光學(xué)法（以突變型多模光纖的交軸光線（子午光線）為例）：設(shè)纖芯和包層折射率分別為ni和n2,空氣的折射率no=1,纖芯中心軸線與z軸 一致。纖芯與內(nèi)光線入射角的臨界角0 c相對(duì)應(yīng)，光纖入射光的

5、入射角0 i有一個(gè)最大值0 max。0 max稱為光纖端面入射臨界角（簡稱入射臨界角）光纖Q當(dāng)0 <0 max時(shí)，相應(yīng)的光線將在交界面發(fā)生全反射而返回纖芯，并以折線的形狀向前傳播，如光線3。由此可見，只有在半錐角為0i < max的圓錐內(nèi)入射的光束才能在光纖中傳播。數(shù)值孔徑為:NA= no sin (Bmaxp 禹匚r二5ft.一、d = yo"、52 =e/X光在光纖中的模式傳輸傳輸模式:橫電模TE:如果縱軸方向只有磁場(chǎng)分量 Hz，沒有電場(chǎng)分量（Ez=0）， 而橫截面上有電場(chǎng)分量的電磁波稱為橫電模，用 TE） m表示。橫磁模TM:如果縱軸方向只有電場(chǎng)分量 Ez，沒有磁場(chǎng)

6、分量（Hz=O）， 而橫截面上有電場(chǎng)分量的電磁波稱為橫電模，用 TMo m表示。混合模HE和EH :如果縱軸方向既有電場(chǎng)分量 Ez又有磁場(chǎng)分量Hz,這種 電磁波就是橫電模與橫磁模的混合，稱為混合模。 混合模用H& m和EHz m表示。:當(dāng)縱軸方向磁場(chǎng)分量占優(yōu)勢(shì)，電場(chǎng) 分量較弱時(shí)，混 合模用HEzm表示。反之，當(dāng)縱軸方向電場(chǎng)分量 占優(yōu)勢(shì)，磁場(chǎng)分量較弱時(shí)，混合模用 EHz m表示。傳條輸件VVcVc -光纖的歸一化截止頻率V-光纖的歸一化頻率 光纖的歸一化頻率VV壬jnrni壬譏広 AA光纖傳輸特性產(chǎn)生信號(hào)畸變的主要原因是光纖中存在色散。光波在光纖中傳輸，隨著距離的增加光功率逐漸下降，這就

7、是光纖的傳輸損 耗。損耗和色散是光纖最重要的傳輸特性光纖的色散在光纖中，光信號(hào)是由很多不同的成分組成的，由于信號(hào)的各頻率成分或各 模式成分的傳播速度不同，經(jīng)過光纖傳輸一段距離后，不同成分之間出現(xiàn)時(shí)延差， 引起傳輸信號(hào)波形失真，脈沖展寬，這種現(xiàn)象稱為光纖色散光纖色散的存在使傳輸?shù)男盘?hào)脈沖畸變和展寬，從而產(chǎn)生碼間干擾。為了保 證通信質(zhì)量，必須增大碼間間隔，即降低信號(hào)的傳輸速率，這就限制了光纖系統(tǒng) 的通信容量和傳輸距離光纖色散廣模式色散:I材料色散:波導(dǎo)色散:極化色散:取決于光纖的折射率分布，并和光纖材料折射率的波長特性有關(guān)取決于光纖材料折射率的波長特性和光源的譜線寬度材料色散n=n仏）取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯與包層的相對(duì)折射率差波導(dǎo)色散P = P仏）由于HEly和HEix模的傳播常數(shù) 何和ft小不同, 因此引起這兩個(gè)模式傳輸?shù)牟煌剑瑥亩纬缮⒛Ｊ缴⒉牧仙⒉▽?dǎo)色散 極化色散光纖損耗光波在光纖中傳輸，隨著距離的增加光功率逐漸下降，這種現(xiàn)象稱為光纖的 損耗由于損耗的存在，在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，不管是模擬信號(hào)還是數(shù)字脈沖， 其幅度都要減小。光纖的損耗在很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離，是光纖最重 要的傳輸特性之一。光纖的損耗機(jī)理主要有三種：即吸收損耗、散射損耗和輻射損耗（0H）離子。由氫氧根離