第2章光纖和光纜-1

1第2章光纖和光纜2本章內(nèi)容光纖的結(jié)構(gòu)和類型光纖的導(dǎo)光原理光纖的特性光纜的結(jié)構(gòu)和種類光纖的熔接第2章光纖和光纜本章重點(diǎn)光纖的結(jié)構(gòu)和類型光纖的特性光纜的種類光纖的熔接本章的難點(diǎn)光纖的導(dǎo)光原理3學(xué)習(xí)本章的目的和要求掌握光纖的結(jié)構(gòu)和類型了解光纖的導(dǎo)光原理掌握光纖的特性掌握光纜的結(jié)構(gòu)和種類掌握光纖的熔接4

2.1.1光纖的結(jié)構(gòu)

光纖由纖芯、包層和涂覆層3部分構(gòu)成的同心圓柱體，如圖所示。圖2-1光纖的結(jié)構(gòu)單模光纖內(nèi)徑：9μm多模光纖內(nèi)徑：50μm外徑：125μm尺寸規(guī)格：纖芯包層涂敷層護(hù)套§2.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類5圖2-1光纖的結(jié)構(gòu)纖芯：完成光信號的傳輸包層：將光信號封閉在纖芯中并保護(hù)纖芯纖芯的折射率大于包層的折射率..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\光纖結(jié)構(gòu)示意圖.swf6（1）纖芯：纖芯位于光纖的中心部位單模光纖的纖芯一般為8μm～10μm

多模光纖的纖芯為50μm或62.5μm。纖芯的成分是高純度SiO2，摻有極少量的摻雜劑（如GeO2，P2O5），作用是提高纖芯對光的折射率（n1），以傳輸光信號。（2）包層：包層位于纖芯的周圍直徑d2=125μm，其成分也是含有極少量摻雜劑的高純度SiO2。而摻雜劑（如B2O3）的作用則是適當(dāng)降低包層對光的折射率（n2），使之略低于纖芯的折射率，即n1＞n2，它使得光信號封閉在纖芯中傳輸。7

（3）涂覆層：光纖的最外層為涂覆層，包括一次涂覆層，緩沖層和二次涂覆層。

一次涂覆層一般使用丙烯酸酯、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；

二次涂覆層一般多用聚丙烯

或尼龍等高聚物。

涂覆的作用是保護(hù)光纖不受水汽侵蝕和機(jī)械擦傷，同時(shí)又增加了光纖的機(jī)械強(qiáng)度與可彎曲性，起著延長光纖壽命的作用。涂覆后的光纖其外徑約1.5mm。通常所說的光纖為此種光纖。8§2.1.2光纖的分類按工作波長：短波長(850nm)和長波長(1310nm、1550nm)按折射率分布：階躍(突變)型(SI)、漸變(梯度)型(GI)按套塑結(jié)構(gòu)：緊套光纖和松套光纖按傳輸模數(shù)（模式）：多模光纖和單模光纖按材料：石英（SiO2摻有適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)）光纖、塑料光纖等按ITU-T標(biāo)準(zhǔn)(單模光纖）：ITU-T建議G.652、G.653、G.654和G.655單模光纖9

1．按傳輸波長分類

光纖可分為短波長光纖和長波長光纖。

短波長光纖的波長為0.85μm（0.8μm～0.9μm）長波長光纖的波長為1.3μm～1.6μm，主要有1.31μm和1.55μm兩個(gè)窗口。光纖的衰減圖

0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.6λnm

OH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰減(dB/km)水峰值654321..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\光纖損耗.swf10112.按折射率分布分類：光纖可分為階躍(突變)型(SI)、漸變(梯度)型(GI)階躍(突變)型(SI)漸變(梯度)型(GI)光纖的結(jié)構(gòu)石英玻璃、塑料或晶體纖芯(折射率大)和包層全反射:n1＞n212三種主要類型光纖圖2-2..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\多模階躍光纖中光線傳播路徑.swf..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\多模漸變光纖中光線傳播路徑.swf..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\漸變光纖中光的傳輸原理.swf..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\單模光纖傳播途徑.swf..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\三種主要類型光纖中光線傳播路徑比較.swf13143．按套塑結(jié)構(gòu)分類：按套塑結(jié)構(gòu)不同，光纖可分為緊套光纖和松套光纖。緊套光纖：就是在一次涂覆的光纖上再緊緊地套上一層尼龍或聚乙烯等塑料套管，光纖在套管內(nèi)不能自由活動。松套光纖：就是在光纖涂覆層外面再套上一層塑料套管，光纖可以在套管中自由活動。圖2-3套塑光纖結(jié)構(gòu)15

4．按傳輸模數(shù)分類按傳輸模的數(shù)量不同，光纖分為多模光纖和單模光纖。

傳播模式概念：當(dāng)光在光纖中傳播時(shí)，如果光纖纖芯的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波波長時(shí)，光在光纖中會以幾十種乃至幾百種傳播模式進(jìn)行傳播（如圖2-4所示）。這些不同的光束稱為模式。圖2-4

光在階躍折射率光纖中的傳播16以不同角度入射到光纖端面上的光線在光纖中形成不同的傳播模式；沿光纖軸傳播的叫基模，相繼有一次模、二次模等。模次較高的叫“高次?！薄D2-4

光在階躍折射率光纖中的傳播17

（1）多模光纖當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是芯徑d1）遠(yuǎn)大于光波波長時(shí)（約1μm），光纖傳輸?shù)倪^程中會存在著幾十種乃至幾百種傳輸模式，這樣的光纖稱為多模光纖。圖2-5

光在階躍折射率多模光纖中的傳播圖2-6光在漸變折射率多模光纖中的傳播..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\光在光纖中的模式傳播.swf18（2）單模光纖

當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是芯徑d1

）較小，與光波長在同一數(shù)量級，如芯徑d1

在8μm～10μm范圍，這時(shí)，光纖只允許一種模式（基模）在其中傳播，其余的高次模全部截止，這樣的光纖稱為單模光纖。如圖2-7所示。圖2-7光在單模光纖中的傳播軌跡195．按光纖的材料分類根據(jù)光纖的組成材料不同，光纖分為：石英玻璃光纖：以SiO2為主要材料，適當(dāng)添加改變折射率的材料制成。特點(diǎn)：耐火性高，損耗低。多組分玻璃光纖：由二氧化硅、氧化納、氧化鈣等多組分玻璃材料制成。特點(diǎn)：光纖損耗較低，但可靠性較差。石英芯塑料包層光纖：纖芯材料用石英，包層用硅樹脂。特點(diǎn)：僅適應(yīng)-50℃~+70℃范圍內(nèi)工作塑料光纖：纖芯和包層均用塑料制成。特點(diǎn)：價(jià)格低廉，但損耗大，可靠性不高。20

6．單模光纖的分類

ITU-T建議規(guī)范了G.652、G.653、G.654和G.655四種單模光纖。G.651光纖(漸變型多模光纖)：中小容量、中短距離通信G.652光纖(常規(guī)單模光纖)：應(yīng)用最廣的單模光纖G.653光纖(色散位移光纖)：較少采用G.654光纖(截止波長光纖)：彎曲性能好，應(yīng)用于海底光纖通信G.655光纖(非零色散位移光纖)：適用于高速、大容量、高密集波分復(fù)用系統(tǒng)

21（1）G.652光纖

G.652光纖，也稱標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SMF），是指色散零點(diǎn)（即色散為零的波長）在1310nm附近的光纖。1310nm：損耗0.3~0.4dB/km；色散3.5ps/(nm·km)1550nm：損耗0.17~0.25dB/km；色散17~20ps/(nm·km)

（2）G.653光纖

G.653光纖也稱色散位移光纖（DSF），是指色散零點(diǎn)y在1550nm附近的光纖，它相對于G.652光纖，色散零點(diǎn)發(fā)生了移動，所以叫色散位移光纖。22（3）G.654光纖

G.654光纖是截止波長移位的單模光纖。其設(shè)計(jì)重點(diǎn)是降低1550nm的衰減，其零色散點(diǎn)仍然在1310nm附近，因而1550nm窗口的色散較高。G.654光纖主要應(yīng)用于海底光纖通信。（4）G.655光纖

由于G.653光纖的色散零點(diǎn)在1550nm附近，DWDM系統(tǒng)在零色散波長處工作易引起四波混頻效應(yīng)。為了避免該效應(yīng)，將色散零點(diǎn)的位置從1550nm附近移開一定波長數(shù)，使色散零點(diǎn)不在1550nm附近的DWDM工作波長范圍內(nèi)。種光纖就是非零色散位移光纖（NDSF）。23這四種單模光纖的主要性能指標(biāo)是衰減、色散、偏振模色散（PMD）和模場直徑。另：G.653光纖是為了優(yōu)化1550nm窗口的色散性能而設(shè)計(jì)的，但它也可以用于1310nm窗口的傳輸。由于G.654光纖和G.655光纖的截止波長都大于1310nm，所以G.654光纖和G.655光纖不能用于1310nm窗口。24（5）G.656光纖

G.656光纖是一種寬帶光傳輸非零色散位移光纖。G.656光纖與G.655光纖不同點(diǎn)：工作帶寬寬，為1460~1625nm（G.655為1530~1625nm）色散斜率更?。ǜ教梗℅.656色散斜率基本為零）25（6）有效大面積光纖

有效大面積光纖（LEAF）為了適應(yīng)更大容量、更長距離的WDM系統(tǒng)應(yīng)用而出現(xiàn)。適用于參餌光纖放大器（EDFA）和部分復(fù)用（WDM）技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。（7）色散補(bǔ)償光纖色散補(bǔ)償光纖是一種具有負(fù)色散的光纖。它是針對現(xiàn)已敷設(shè)的G.652標(biāo)準(zhǔn)單模光纖而設(shè)計(jì)的一種新型單模光纖。（8）全波光纖（AWF）“全波光纖”定義為G.652c類光纖。它消除了常規(guī)光纖在1385nm附近由于OH離子造成的損耗峰。267.新型光纖

（1）新型多模光纖

支持萬兆以太網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用，850nm波長上可以做到支持10Gbit/s網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)500m以上的傳輸距離。（2）新型單模光纖塑料光纖（POF）：適用與局域網(wǎng)工程光子晶體光纖（PCF）：適用于長途通信系統(tǒng)27光纖中光線的傳播分兩種情形：一種情形是光線始終在一個(gè)包含光纖中心軸線的平面內(nèi)傳播，并且一個(gè)傳播周期與光纖軸線相交兩次，這種光線稱為子午射線，那個(gè)包含光纖軸線的固定平面稱為子午面；另一種情形是光線在傳播過程中不在一個(gè)固定的平面內(nèi)，并且不與光纖的軸線相交，這種光線稱為斜射線。光在階躍折射率光纖中的傳播28§2.2光纖的導(dǎo)光原理1、光在光纖中傳播的條件是什麼？2、漸變光纖和階躍光纖的導(dǎo)光過程有何區(qū)別？3、為什麼漸變光纖的色散比較??？29§2.2光纖的導(dǎo)光原理

1．折射和折射率光線在不同的介質(zhì)中以不同的速度傳播，描述介質(zhì)的這一特征的參數(shù)就是折射率，或稱折射指數(shù)。折射率可由下式確定：

n=c/v

其中：v是光在某種介質(zhì)中的速度，с是光在真空中的速度。在折射率為n的介質(zhì)中，光傳播速度變?yōu)閏/n，光波長變?yōu)?/n（0表示光在真空中的波長）。表2-1不同介質(zhì)的折射率材料空氣水玻璃石英鉆石折射率n1.0031.331.52～1.891.432.4230反射定律：反射光線位于入射光線和法線所決定的平面內(nèi)，反射光線和入射光線處于法線的兩側(cè)，并且反射角等于入射角，即：θ1＝θ3折射定律：折射光線位于入射光線和法線所決定的平面內(nèi)，折射光線和入射光線位于法線的兩側(cè)，且滿足：n1sinθ1=n2sinθ231θ3

——

反射角θ1=θ3

n1sinθ1=n2sinθ2

反射定律折射定律k1θ1法線介質(zhì)Ⅱ介質(zhì)Ⅰn1n2n1>

n2入射角θ1、反射角θ3、折射角θ2三個(gè)角之間符合兩個(gè)關(guān)系式：θ3θ2k3k2n—折射率n=c/vK1

——

入射光線K２——折射光線K３——反射光線θ1

——

入射角θ2

——

折射角32【思考】：以上是n1>n2時(shí)的情況，那么當(dāng)n1<n2時(shí)的情況又如何呢？是否還能滿足上述兩個(gè)定律呢

k3介質(zhì)Ⅱ介質(zhì)Ⅰ法線θ1θ3θ2n1n2k1k2n1<

n2介質(zhì)Ⅱ介質(zhì)Ⅰ法線θ1θ3θ2n1n2k1k3k2n1>

n2θ1＞θ2θ1<θ2但請注意兩種情況下入射角和折射角的變化。答案是肯定的33【思考】前面講了光線射到折射率分別為n1、n2兩種介質(zhì)交界面上時(shí)，會產(chǎn)生反射和折射，那么有沒有可能不產(chǎn)生折射，只有反射呢

根據(jù)折射定律n1sinθ1=n2sinθ2

，入射角增大時(shí)，折射角也相應(yīng)增大。

當(dāng)入射角增大到一定角度時(shí)，折射角等于90°，折射光線將沿著界面?zhèn)鬏?，這時(shí)的入射角稱為臨界角，用θc表示。分析：34θcθ3θ2=90°n1sinθc=n2sin90°Sinθc=

如果再繼續(xù)增大入射角，即θ1>θc時(shí)，則折射角θ2必大于90°，光射線不再進(jìn)入介質(zhì)Ⅱ而由界面全部反射回介質(zhì)Ⅰ，這種現(xiàn)象稱為全反射。產(chǎn)生全反射的條件：n1>n290°>θ1>θc應(yīng)用：光纖利用光波的全反射原理，將光波限制在纖芯中向前傳播。

θc可由折射定律導(dǎo)出：介質(zhì)Ⅰ介質(zhì)Ⅱ..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\光的折射與反射.swf..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\子午光線在光纖中的傳輸.swf3536

當(dāng)一條光線照射到兩種介質(zhì)相接的邊界時(shí)，入射光線分成兩束：反射光線和折射光線（如圖2-9所示）。圖2-9光的折射圖2-10光的反射斯涅耳定律：1=3

n1sin1=n2sin2

全反射是光信號在光纖中傳播的必要條件。反射定律折射定律小結(jié)37

2．光的偏振

光波屬于橫波，即光的電磁場振動方向與傳播方向垂直（聲波是靠空氣或別的媒質(zhì)前后壓縮振動傳播的，它的振動方向與傳播相同，這類波我們稱之為縱波）。

如果光波的振動方向始終不變，只是光波的振幅隨相位改變，這樣的光稱為線偏振光，如圖2-11（c）和圖2-11（d）所示。從普通光源發(fā)出的光不是偏振光，而是自然光，如圖2-11（a）所示。自然光在傳播的過程中，由于外界的影響在各個(gè)振動方向的光強(qiáng)不相同，某一個(gè)振動方向的光強(qiáng)比其他方向占優(yōu)勢，這種光稱為部分偏振光，如圖2-11（b）所示。38圖2-11

光的偏振39平面波1821年菲涅爾：光波是一個(gè)橫波，其傳播方向垂直于電場(E)和磁場(H)的振動方向給定一個(gè)空間直角坐標(biāo)系O-xyz，假設(shè)一列平面波始終沿z方向傳播，那么這列波可測量的電場可以表示為：其中：e為電場振動方向

w為光的角頻率

k=2p/l為傳播常數(shù)，表征相位變化的快慢E(z,t)=eEcos(t-kz)Oyxzee40偏振態(tài)根據(jù)光的電場矢量在xy平面上的運(yùn)動軌跡，可以將光分為：線偏振光橢圓偏振光圓偏振光Oyxzee41E(z,t)=Ex(z,t)+Ey(z,t)Ex(z,t)=exE0xcos(t-kz)Ey(z,t)=eyE0ycos(t-kz+)這兩個(gè)垂直分量之間的相位差滿足d=2mp,其中m=0,±1,±2,…線偏振光qE0yE0x42橢圓偏振光(d≠2mp,m=0,±1,±2,…)橢圓偏振光43圓偏振光特別地，當(dāng)兩個(gè)相互正交的分量E0x=E0y=E0，且二者之間的相位差d=2mp±p/2時(shí)，橢圓偏振光變成圓偏振光：迎著光傳播的方向觀察，根據(jù)d取p/2和-p/2，圓偏振光分為右旋圓偏振光和左旋圓偏振光44..\視頻\光的偏振[1].flv..\視頻\光的偏振[2].flv45

3．光的色散如圖2-12所示，當(dāng)日光通過棱鏡或水霧時(shí)會呈現(xiàn)按紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫順序排列的彩色光譜。這是由于棱鏡材料（玻璃）或水對不同波長（對應(yīng)于不同的顏色）的光呈現(xiàn)的折射率n不同，從而使光的傳播速度不同和折射角度不同，最終使不同顏色的光在空間上散開。圖2-12

自然光的色散46色散：就是指一束含有不同顏色的光通過透光物質(zhì)后被散開成不同顏色的光的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因很簡單，就是白光是由7色光組成的，各種顏色的光的波長各不相同。波長不同的光在空氣中的傳播速度相同，在玻璃中傳播速度則各不一樣。在一定范圍內(nèi)，波長越長，傳播速度越快。（觀察）

【例】

根據(jù)公式v=c/n(λ)其中：c為光速(3×108m/s)，傳播速度v不同，折射率n(λ)也不同，這就是說，石英玻璃對波長不同的光呈現(xiàn)出不同的折射率。..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\光纖色散.swf..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\光纖材料色散.swf..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\漸變型光纖色散.swf47483.階躍型光纖光射線的理論分析

光纖的光學(xué)特性有折射率分布、最大理論數(shù)值孔徑、模場直徑及截止波長等。

(1)相對折射率差

對于階躍型光纖，假設(shè)n2是包層折射率，n1

是纖芯折射率，且n1＞n2

，n1

和n2的差值大小直接影響光纖的性能。故引入相對折射率差Δ表示其相差程度。49光纖中光線的傳播分兩種情形：一種情形是光線始終在一個(gè)包含光纖中心軸線的平面內(nèi)傳播，并且一個(gè)傳播周期與光纖軸線相交兩次，這種光線稱為子午射線，那個(gè)包含光纖軸線的固定平面稱為子午面；（2）階躍型光纖中光射線種類

50特點(diǎn)：子午線：光線在一個(gè)周期內(nèi)兩次穿越光纖軸心，成為鋸齒波前進(jìn)，子午線在光纖端面上的投影是一條過軸心的直線。斜射線：是不經(jīng)過光纖軸線的空間折線，從斜射線在光纖端面上的投影看是限制在一定范圍內(nèi)傳播的。另一種情形是光線在傳播過程中不在一個(gè)固定的平面內(nèi)，并且不與光纖的軸線相交，這種光線稱為斜射線。51（3）子午線的分析

能在纖芯與包層界面上產(chǎn)生全反射的子午線才能在纖芯中形成導(dǎo)波。由折射率得：為保證光在光纖中的全反射，臨界狀態(tài)為θ1=θC，且

Sinθc=

可得：

光在光纖中的全反射地傳輸，須滿足

..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\子午光線在光纖中的傳輸.swf5253（4）數(shù)值孔徑

表示捕捉光線能力的物理量定義為光纖的數(shù)值孔徑NA。用θmax表示能為光纖纖芯所捕捉的射線的最大入射角，則：n2n1n2纖芯包層qkn0q3q154

最大理論數(shù)值孔徑（NAmax）最大理論數(shù)值孔徑的定義為：其中，n1為階躍光纖均勻纖芯的折射率（梯度光纖為纖芯中心的最大折射率），n2為均勻包層的折射率。光纖的數(shù)值孔徑（NA）對光源耦合效率、光纖損耗、彎曲的敏感性以及帶寬有著密切的關(guān)系。

數(shù)值孔徑大，容易耦合，微彎敏感小，帶寬較窄。55根據(jù)全反射原理，存在一個(gè)臨界角θmax。當(dāng)θk<θmax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。當(dāng)θk=θmax時(shí)，相應(yīng)的光線入射到交界面，并沿交界面向前傳播(折射角為90°)，如光線1。當(dāng)θk>θmax時(shí)，相應(yīng)的光線將在交界面折射進(jìn)入包層并逐漸消失，如光線2。56θmax=arcsin(NA)相對折射指數(shù)差：數(shù)值孔徑(NA)：θmaxn1n2由此可見，只有在半錐角為θ≤θmax的圓錐內(nèi)入射的光束才能在光纖中傳播。57光纖的數(shù)值孔徑（NA）僅取決于纖芯的折射率的大小及包層相對折射率差，而與光纖的直徑無關(guān)。NA表示光纖接收和傳輸光的能力，NA(或θmax)越大，光纖接收光的能力越強(qiáng)，從光源到光纖的耦合效率越高。對于無損耗光纖，在θmax內(nèi)的入射光都能在光纖中傳輸。NA越大，纖芯對光能量的束縛越強(qiáng)，光纖抗彎曲性能越好；但NA越大，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號畸變越大，因而限制了信息傳輸容量。所以要根據(jù)實(shí)際使用場合，選擇適當(dāng)?shù)腘A。標(biāo)準(zhǔn)多模光纖的NA公稱值一般為0.2，對應(yīng)的孔徑角約為11.5o。標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的NA公稱值一般為0.1～0.15，對應(yīng)的孔徑角約為5.7o~8.6o。結(jié)論584.漸變型光纖光射線的理論分析

5.光纖中傳播的模式（1）模式的基本概念..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\多模漸變光纖中光線傳播路徑.swf..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\多模階躍光纖中光線傳播路徑.swf（2）各模式的截止頻率及截止條件59（3）截止波長歸一化頻率：是為表征光纖中所能傳播的模式數(shù)目多少而引入的一個(gè)特征參數(shù)。其定義為：其中，a——是光纖的纖芯半徑；

λ——是光纖的工作波長；

n1、n2——分別是光纖的纖芯和包層折射率；

k0——真空中的波數(shù)；△——光纖的相對折射率差。60

截止波長：理論上的截止波長是單模光纖中光信號能以單模方式傳播的最小波長。

截止波長是單模光纖特有的參數(shù)，是對應(yīng)于第一高階模的歸一化截止頻率時(shí)的波長。即

故通?？捎盟袛嗍欠駟文鬏?。

61（4）光纖傳輸?shù)哪Ｊ疆?dāng)0＜V＜2.405時(shí),光纖中除主模（或基模）HE11

模以外，其余模式均截止，此時(shí)可實(shí)現(xiàn)單模傳輸。注：幾何特性、光學(xué)特性影響光纖的連接質(zhì)量，施工對它們不產(chǎn)生變化，而傳輸特性則相反，它不影響施工，但施工對傳輸特性將產(chǎn)生直接的影響。..\動畫演示\第一部分光纖導(dǎo)光原理及其傳輸特性\光在光纖中的模式傳播.swf626．模場直徑和有效面積模場直徑是指描述單模光纖中光能（基模）集中程度的參量。由于單模光纖的邊界沒有明確的邊界，包層之外有相當(dāng)大的光場存在，故不能象多模光纖一樣用纖芯表示橫截面的導(dǎo)光范圍，只能用模場直徑d表示。它表示了單模光纖的基模能量集中的程度。ITU-T規(guī)定，單模光纖1.31μm處的模場直徑應(yīng)在9～10μm，偏差不應(yīng)超過±10%。63有效面積與模場直徑的物理意義相同，通過模場直徑可以利用圓面積公式計(jì)算出有效面積。模場直徑越小，通過光纖橫截面的能量密度就越大。當(dāng)通過光纖的能量密度過大時(shí)，會引起光纖的非線性效應(yīng)，造成光纖通信系統(tǒng)的光信噪比降低，影響系統(tǒng)性能。因此，對于傳輸光纖而言，模場直徑（或有效面積）越大越好。圖2-13所示為模場直徑示意圖。64圖2-13模場直徑65§2.3光纖特性2.3.1光纖的幾何特性光纖的幾何特性包括芯直徑、包層直徑、纖芯/包層同心度、不圓度和光纖翹曲度等。1．芯直徑芯直徑一般是對多模光纖的要求。ITU-T規(guī)定：

多模光纖的芯直徑為50±3μm；

單模光纖的芯直徑為（9~10）μm±10%。

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2．包層直徑包層直徑指光纖的外徑，ITU-T規(guī)定，多模及單模光纖的包層直徑均要求為125±3μm。目前，光纖生產(chǎn)制造商已將光纖外徑規(guī)格從125.0±3μm提高到125.0±1μm。

673．纖芯/包層同心度和不圓度纖芯/包層同心度：是指纖芯在光纖內(nèi)所處的中心程度。目前光纖制造商已將纖芯/包層同心度從≤0.8μm的規(guī)格提高到≤0.5μm的規(guī)格。不圓度：包括芯徑的不圓度和包層的不圓度。

ITU-T規(guī)定，纖芯/包層同心度誤差≤6%（單模為＜1.0μm），芯徑不圓度≤6%，包層不圓度（包括單模）＜2%。注：纖芯/包層同心度對接續(xù)損耗的影響最大，其次是翹曲度。684．光纖翹曲度光纖翹曲度：指在特定長度光纖上測量到的彎曲度，可用曲率半徑來表示彎曲度。翹曲度（即曲率半徑）數(shù)值越大，意味著光纖越直。5．帶狀光纖的幾何特性

695．帶狀光纖的幾何特性

圖2-14帶狀光纖截面圖圖2-15幾何參數(shù)示意圖70表2-3最大幾何參數(shù)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)71表2-412芯帶光纖全色譜標(biāo)識規(guī)則（2）標(biāo)識序號123456789101112色譜藍(lán)橙綠棕灰白紅黑黃紫粉紅天藍(lán)72（3）可分離性

光纖帶結(jié)構(gòu)應(yīng)允許光纖能從帶中分離出來，分成若干根光纖的子單元或單根的光纖，并且滿足如下要求：不使用特殊工具或器械就能完成分離。撕開時(shí)所需的力應(yīng)不超過4.4N；光纖分離過程不應(yīng)對光纖的光學(xué)及機(jī)械性能造成永久性的損害；對光纖著色層無損害，在任意一段2.5cm長度的光纖上應(yīng)留有足夠的色標(biāo)，以便光纖帶中光纖能夠相互區(qū)別。（4）帶狀光纖的接續(xù)帶狀光纖的護(hù)層剝離工具為電加熱剝除器，使用不同芯數(shù)匹配夾具的專用帶狀熔接機(jī)，熱熔加強(qiáng)保護(hù)管也是特制的。73§2.3.2光纖的傳輸特性衡量光纖損耗特性的參數(shù)為衰減系數(shù)（損耗系數(shù)），定義為單位長度光纖引起的光功率衰減：

光纖的傳輸特性主要是指光纖的損耗特性和色散特性，另有機(jī)械特性和溫度特性。1．光纖的損耗特性

光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，而光功率強(qiáng)度逐漸減弱，光纖對光波產(chǎn)生衰減作用，稱為光纖的損耗（或衰減）。74

光纖的損耗限制了光信號的傳播距離。光纖的損耗主要取決于吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗3種損耗。（1）吸收損耗光纖吸收損耗是制造光纖的材料本身造成的損耗，包括紫外吸收、紅外吸收和雜質(zhì)吸收。（2）散射損耗

由于材料的不均勻使光信號向四面八方散射而引起的損耗稱為瑞利散射損耗。光纖制造中，結(jié)構(gòu)上的缺陷會引起與波長無關(guān)的散射損耗。75（3）彎曲損耗光纖的彎曲會引起輻射損耗。實(shí)際中，有兩種情況的彎曲：一種是曲率半徑比光纖直徑大得多的彎曲；一種是微彎曲。

決定光纖衰減常數(shù)的損耗主要是吸收損耗和散射損耗，彎曲損耗對光纖衰減常數(shù)的影響不大。76（4）衰減系數(shù)定義：光纖的衰減系數(shù)是指光在單位長度光纖中傳輸時(shí)的衰耗量，單位一般用dB/km。它是描述光纖損耗的主要參數(shù)。在單模光纖中有兩個(gè)低損耗區(qū)域，分別在1310nm和1550nm附近，即通常說的1310nm和1550nm窗口；1550nm窗口又可以分為C-band（1525nm～1562nm）和L-band（1565nm～1610nm）。如圖2-14所示。77圖2-16光纖的特性78

2．光纖的色散特性

光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的群速度不同，這些頻率成分和模式到達(dá)光纖終端有先有后，使得光脈沖發(fā)生展寬，這就是光纖的色散，色散一般用時(shí)延差來表示。所謂時(shí)延差，是指不同頻率的信號成分傳輸同樣的距離所需要的時(shí)間之差。圖2-17色散引起的脈沖展寬示意圖79

光纖的色散分為模式色散、色度色散、偏振模色散。（1