光纖光纜結(jié)構(gòu)課件

第三章光纖和光纜主講：劉春俠第三章光纖和光纜主講：劉春俠主要章節(jié)3.1光纖和光纜3.2光纖的導(dǎo)光原理3.3單模光纖3.4光纖的損耗特性3.5光纖的傳輸特性主要章節(jié)3.1光纖和光纜3.1光纖和光纜1.光纖的結(jié)構(gòu)2.光纖的分類3.光纜的結(jié)構(gòu)4.四類典型結(jié)構(gòu)的光纜5.光纜的型號3.1光纖和光纜1.光纖的結(jié)構(gòu)

一般光纖是一種高度透明的玻璃絲，由純石英經(jīng)復(fù)雜的工藝?yán)贫?。結(jié)構(gòu)——多層同軸圓柱體。組成——纖芯、包層和涂覆層

光纖的結(jié)構(gòu)一般光纖是一種高度透明的玻璃絲，由純光纖的結(jié)構(gòu)纖芯：作用——傳導(dǎo)光波成份——高純度SiO2+極少量的摻雜劑（如P2O5

）

——摻雜目的是提高纖芯對光的折射率n1。直徑——3μm-100μm——單模光纖：3μm-10μm——多模光纖：50μm左右。包層作用——將光波限制在纖芯中傳播成分——高純度SiO2+極少量的摻雜劑（如B2O3）

——摻雜目的是使折射率n2略低于纖芯折射率n1。

直徑——125μm-140μm各組成部分功能注意：纖芯n1＞包層n2纖芯：各組成部分功能注意：纖芯n1＞包層n2涂敷層作用——是保護(hù)光纖不受水汽侵蝕和機(jī)械擦傷，同時增加光纖的柔韌性。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

—涂覆后的光纖其外徑約1.5mm。

—通常所說的光纖為此種光纖。涂敷層涂敷層涂裸纖

——由纖芯和包層組成的光纖，強(qiáng)度和柔韌性較差。

光纖芯線

——經(jīng)過涂敷后的光纖。基本概念裸纖基本概念光纖的分類按光纖截面上折射率分布分類

階躍型光纖（SIF）漸變型光纖（GIF）

W型光纖階躍型光纖：在纖芯和包層交界處的折射率呈階梯形突變，纖芯的折射率n1和包層的折射率n2是均勻常數(shù)。漸變型光纖：纖芯的折射率n1隨著半徑的增加而按一定規(guī)律(如平方律、雙正割曲線等)逐漸減少，到纖芯與包層交界處為包層折射率n2，纖芯的折射率不是均勻常數(shù)。

W型光纖（雙包層光纖）：在纖芯與包層之間設(shè)有一折射率低于包層的緩沖層，使包層折射率介于纖芯和緩沖層之間。光纖的分類按光纖截面上折射率分布分類W型光纖（雙包層光纖）

光纖的纖芯折射率剖面分布2b2b2b2c2a2a2a

nnnn1n1n1n2n2n2n3

0abr0abr0acbr

（a）階躍光纖（b）漸變光纖（c）W型光纖

光纖的纖芯折射率剖面分布按傳輸模式的數(shù)量分類多模光纖單模光纖單模光纖

——只傳輸一種模式，纖芯直徑較細(xì)，通常在3μm-10μm范圍內(nèi)。多模光纖

——可傳輸多種模式，纖芯直徑較粗，典型尺寸為50μm左右。

包層直徑都為125μm-140μm按傳輸模式的數(shù)量分類按光纖的工作波長分類

短波長光纖（0.8-0.9μm）長波長光纖（1.0-1.8μm）超長波長光纖（大于2μm）按制造光纖所使用的材料分類石英系列塑料包層石英纖芯全塑光纖光纖通信中主要用石英光纖，以后所說的光纖也主要是指石英光纖。按光纖的工作波長分類按套塑結(jié)構(gòu)不同分為緊套光纖和松套光纖。緊套光纖——在一次涂覆的光纖上再套上一層塑料套管，光纖在套管內(nèi)不能自由活動。松套光纖——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。按套塑結(jié)構(gòu)不同

光纖成纜的原因1.增加抗沖擊、抗彎曲等性能；2.根據(jù)不同使用情況可以制成不同結(jié)構(gòu)形式的光纜光纜的基本結(jié)構(gòu)及類型（P9）

對光纜的基本要求1.不能因成纜而使光纖的傳輸特性下降2.在成纜過程中光纖不能斷裂3.纜徑細(xì)、重量輕4.便于施工和維護(hù)光纖成纜的原因光纜的基本結(jié)構(gòu)及類型（P9）對光纜的基本要組成：纜芯、加強(qiáng)元件、光纜護(hù)層1、纜芯

——由單根或多根芯線組成。光纜的基本結(jié)構(gòu)組成：纜芯、加強(qiáng)元件、光纜護(hù)層光纜的基本結(jié)構(gòu)2.加強(qiáng)元件

作用：用于增強(qiáng)光纜敷設(shè)時可承受的負(fù)荷

材料：鋼絲和非金屬纖維。

位置：通常處在纜芯中心，有時配置在護(hù)中。3.光纜護(hù)層

作用：防水防潮、抗拉抗壓抗彎等

材料：聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)、聚氨酯聚酰胺。此外，還有鋁鋼等金屬防潮

位置：由內(nèi)到外可加入一層或?qū)訄A筒狀護(hù)套。

2.加強(qiáng)元件4.填料

材料：防潮油膠

作用：防潮防水位置：纜芯和護(hù)套之間。5.鎧裝

材料：鋼絲鋼帶

位置：最外一層

作用：防外力損壞。

12芯松套層絞式直埋光纜4.填料12芯松套層絞式直埋光纜四類典型結(jié)構(gòu)的光纜1、層絞式結(jié)構(gòu)光纜把經(jīng)過套塑的光纖繞在加強(qiáng)芯周圍絞合而構(gòu)成。12芯松套層絞式直埋光纜6芯緊套層絞式光纜四類典型結(jié)構(gòu)的光纜1、層絞式結(jié)構(gòu)光纜12芯松套層絞式直埋光纜12芯松套層絞式直埋防蟻光纜12芯松套層絞式直埋防蟻光纜12芯松套層絞式水底光纜12芯松套層絞式水底光纜2、骨架式結(jié)構(gòu)光纜骨架式結(jié)構(gòu)光纜是把緊套光纖或一次涂覆光纖放入加強(qiáng)芯周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內(nèi)而構(gòu)成。12芯骨架式光纜2、骨架式結(jié)構(gòu)光纜12芯骨架式光纜骨架式自承式架空光纜骨架式自承式架空光纜3、束管式結(jié)構(gòu)光纜把一次涂覆光纖或光纖束放入大套管中，加強(qiáng)芯配置在套管周圍而構(gòu)成。

12芯束管式光纜3、束管式結(jié)構(gòu)光纜124、帶狀結(jié)構(gòu)光纜把帶狀光纖單元放入大套管中，形成中心束管式結(jié)構(gòu)；也可把帶狀光纖單元放入凹槽內(nèi)或松套管內(nèi)，形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。中心束管式帶狀光纜層絞式帶狀光纜4、帶狀結(jié)構(gòu)光纜中心束管式帶狀光纜層絞式帶狀光纜光纜典型結(jié)構(gòu)小結(jié)典型結(jié)構(gòu)層絞式結(jié)構(gòu)骨架式結(jié)構(gòu)束管式結(jié)構(gòu)帶狀式結(jié)構(gòu)制造較容易，光纖數(shù)量較少（12芯以下）結(jié)構(gòu)簡單，對光纖保護(hù)較好，耐壓、抗彎性能較好，節(jié)省了松套管材料和相應(yīng)工序，但也對放置光纖入槽工藝提出了更高的要求。體積小、重量輕、制造容易、成本低，是更能發(fā)揮光纖優(yōu)點(diǎn)的光纜結(jié)構(gòu)之一?？臻g利用率最高的光纜，可容納大量光纖，每個單元的接續(xù)可一次完成。光纜典型結(jié)構(gòu)小結(jié)典型結(jié)構(gòu)層絞式結(jié)構(gòu)骨架式結(jié)構(gòu)束管式結(jié)構(gòu)帶狀式光纖光纜結(jié)構(gòu)課件光纜型號（補(bǔ)）

光纜型號由它的型式代號和規(guī)格代號構(gòu)成，中間用一短橫線分開。1、光纜型式代號

由五個部分組成，如下圖所示。GYGZL03-12T50/125光纜型號（補(bǔ)）光纜型號由它的型式代號和規(guī)格代號構(gòu)成Ⅰ：分類代號及其意義為（應(yīng)用環(huán)境)

GY——通信用室（野）外光纜；GR——通信用軟光纜；

GJ——通信用室（局）內(nèi)光纜；GS——通信用設(shè)備內(nèi)光纜；

GH——通信用海底光纜；GT——通信用特殊光纜。

Ⅱ：加強(qiáng)構(gòu)件代號及其意義為：無符號——金屬加強(qiáng)構(gòu)件；F——非金屬加強(qiáng)構(gòu)件；

G——金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件；H——非金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件。Ⅰ：分類代號及其意義為（應(yīng)用環(huán)境)

Ⅲ：派生特征代號及其意義為：

D——光纖帶狀結(jié)構(gòu)；G——骨架槽結(jié)構(gòu)；

B——扁平式結(jié)構(gòu)；Z——自承式結(jié)構(gòu)。

T——填充式結(jié)構(gòu)。

Ⅳ：護(hù)層代號及其意義為；（護(hù)層使用材料）

Y——聚乙烯護(hù)層；V——聚氯乙烯護(hù)層；

U——聚氨酯護(hù)層；A——鋁-聚乙烯粘結(jié)護(hù)層；

L——鋁護(hù)套； G——鋼護(hù)套；

Q——鉛護(hù)套； S——鋼-鋁-聚乙烯綜合護(hù)套。Ⅲ：派生特征代號及其意義為：Ⅴ：外護(hù)層的代號及其意義為：外護(hù)層是指鎧裝層及其鎧裝外邊的外護(hù)層，外護(hù)層的代號及其意義如下。代號鎧裝層（方式）代號外護(hù)層（材料）0無0無1——1纖維層2雙鋼帶2聚氯乙烯套3細(xì)圓鋼絲3聚乙烯套4粗圓鋼絲——5單鋼帶皺紋縱包——Ⅴ：外護(hù)層的代號及其意義為：代號鎧裝層（方式2、光纜規(guī)格

由五部分七項(xiàng)內(nèi)容組成，如下圖所示。光纜的規(guī)格組成部分2、光纜規(guī)格光纜的規(guī)格組成部分

Ⅰ：光纖數(shù)目用1、2、……，表示光纜內(nèi)光纖的實(shí)際數(shù)目。

Ⅱ：光纖類別的代號及其意義

J——二氧化硅系多模漸變型光纖；

T——二氧化硅系多模突變型光纖；

Z——二氧化硅系多模準(zhǔn)突變型光纖；

D——二氧化硅系單模光纖；X——二氧化硅纖芯塑料包層光纖； S——塑料光纖。

Ⅲ：光纖主要尺寸參數(shù)用阿拉伯?dāng)?shù)（含小數(shù)點(diǎn)數(shù)）及以μm為單位表示多模光纖的芯徑及包層直徑，單模光纖的模場直徑及包層直徑。Ⅰ：光纖數(shù)目用1、2、……，表示光纜內(nèi)光纖的實(shí)際數(shù)目。

Ⅳ：帶寬、損耗、波長表示光纖傳輸特性的代號由a、bb及cc三組數(shù)字代號構(gòu)成。a——表示使用波長的代號，其數(shù)字代號規(guī)定如下：1——波長在0.85μm區(qū)域；2——波長在1.31μm區(qū)域；3——波長在1.55μm區(qū)域。注意，同一光纜適用于兩種及以上波長，并具有不同傳輸特性時，應(yīng)同時列出各波長上的規(guī)格代號，并用“/”劃開。bb——表示損耗常數(shù)的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖損耗常數(shù)值（dB/km）的個位和十位數(shù)字。cc——表示模式帶寬的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖模式帶寬分類數(shù)值（MHz·km）的千位和百位數(shù)字。單模光纖無此項(xiàng)。Ⅳ：帶寬、損耗、波長表示光纖傳輸特性的代號由a、bb

Ⅴ：適用溫度代號及其意義。A——適用于?40℃～+40℃B——適用于?30℃～+50℃C——適用于?20℃～+60℃

D——適用于?5℃～+60℃例如光纜是由12根芯徑/包層直徑為50/125μm的二氧化硅系列多模突變型光纖組成，且在1.31μm波長上，光纖的損耗常數(shù)不大于1.0dB/km，模式帶寬不小于800MHz·km；光纜的適用溫度范圍為?20℃～+60℃。其光纜規(guī)格型號為？Ⅴ：適用溫度代號及其意義。例如光纜中還附加金屬導(dǎo)線（對、組）編號，如下圖所示。其符合有關(guān)電纜標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)電線芯規(guī)格構(gòu)成的規(guī)定。例如，2個線徑為0.5mm的銅導(dǎo)線單線可寫成2×1×0.5；4個線徑為0.9mm的鋁導(dǎo)線四線組可寫成4×4×0.9L；4個內(nèi)導(dǎo)體直徑為2.6mm，外徑為9.5mm的同軸對，可寫成4×2.6/9.5。光纜中還附加金屬導(dǎo)線（對、組）編號，如下圖所示。（3）光纜型號例題設(shè)有金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件、自承式、鋁護(hù)套和聚乙烯護(hù)層的通信用室外光纜，包括12根芯徑/包層直徑為50/125μm的二氧化硅系列多模突變型光纖和5根用于遠(yuǎn)供及監(jiān)測的銅線徑為0.9mm的四線組，且在1.31μm波長上，光纖的損耗常數(shù)不大于1.0dB/km，模式帶寬不小于800MHz·km；光纜的適用溫度范圍為?20℃～+60℃。

該光纜的型號應(yīng)表示為：

GYGZL03-12T50/125（21008）C+5×4×0.9。（3）光纜型號例題雙坩堝法（直制光纖）將熔融態(tài)的纖芯玻璃放入內(nèi)層容器中，熔融態(tài)的包層玻璃放在外層容器中。兩種玻璃在外容器底部混合。形成光纖結(jié)構(gòu)，然后拉制成光纖。

管中棒法（直制光纖）將玻璃纖芯棒放在玻璃包層玻璃管中。二者長度都為1m，纖芯棒的直徑為幾厘米，而包層管的內(nèi)直徑要大一點(diǎn)。然后加熱組合體的尾端，使玻璃變軟，從而能拉制出很細(xì)的光纖。光纖的制造雙坩堝法（直制光纖）光纖的制造間接方法預(yù)制棒----拉絲------光纖預(yù)制棒橫截面積是光纖的許多倍。典型的長1m，直徑2cm。這種尺寸的預(yù)制棒可幾千米長的光纖。制造預(yù)制棒方法外部沉積法內(nèi)部沉積法光纖的制造間接方法光纖的制造制造過程材料提存、熔煉、拉絲、套塑等工藝步驟。材料提存原料：SiCl4、GeCl4、BCl3

液體原料中的雜質(zhì)：采用反復(fù)蒸餾的辦法氣體原料中的雜質(zhì)：采用多級分子篩的辦法熔煉工藝目的：合成具有一定折射率分布的預(yù)制棒。采用技術(shù)：氣相沉積工藝?yán)z工藝目的：將預(yù)制棒拉成高質(zhì)量的光纖光纖的制造制造過程光纖的制造分析光纖導(dǎo)光原理有兩種基本的研究方法：1.射線理論法（射線法，幾何光學(xué)法）當(dāng)光波波長遠(yuǎn)小于光纖芯徑時，光可以用一條表示光波傳播方向的幾何線即光射線表示---簡單、直觀。2.波動理論法（波動光學(xué)法）根據(jù)電磁場理論對光波導(dǎo)的基本問題求解---嚴(yán)格全面，復(fù)雜。3.2光纖的導(dǎo)光原理分析光纖導(dǎo)光原理有兩種基本的研究方法：3.2光纖的導(dǎo)光原理全反射定律光的全反射示意圖光的全反射條件：≡arcsin(n2/n1)

光是從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)n1n2n1>n2n1n2臨界角900臨界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2

回顧全反射定律光的全反射示意圖光的全反射條件：≡arc

光纖中的光射線1、子午射線

光線始終在一個包含光纖中心軸線的平面內(nèi)傳播，并且一個周期內(nèi)與光纖軸線相交兩次。這種光線稱作子午射線。子午面——包含光纖軸線的平面。子午射線圖光纖中的光射線1、子午射線子午射線圖2、斜射線

光線在傳播過程中不在一個固定的平面內(nèi)，并且不與光纖的軸線相交，這種光線稱作斜射線。

（相當(dāng)于在一棱柱的表面?zhèn)鞑ィ┬鄙渚€圖2、斜射線斜射線圖子午光線在單模光纖中的傳播

光在單模光纖中的傳播軌跡是以平行于光纖軸線的形式以直線方式傳播。光在單模光纖中的傳播軌跡子午光線在單模光纖中的傳播光在單模光纖中的傳播階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析

階躍型光纖是由半徑為a、折射率為常數(shù)n1的纖芯和折射率為常數(shù)n2的包層組成，并且n1>n2。階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析階躍型光纖是由半徑為a問題：

將光限制在纖芯中傳輸，端面入射角應(yīng)滿足什么條件？階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析問題：階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析發(fā)生全發(fā)射的臨界狀態(tài)階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析發(fā)生全發(fā)射的臨界狀態(tài)階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析當(dāng)光線以入射到纖芯端面上時

內(nèi)光線將以小于的入射角投射到纖芯和包層界面上。這樣的光線在包層中折射角小于90度，該光線將射入包層，很快就會漏出光纖。

階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析當(dāng)光線以入射到纖芯端面上多模階躍型光纖導(dǎo)光原理分析當(dāng)光線以入射到纖芯端面上時

內(nèi)光線將以大于的入射角投射到纖芯和包層界面上。這樣的光線在包層中折射角大于90度，該光線將在纖芯和包層界面產(chǎn)生多次全反射，使光線沿光纖傳輸。故光纖的受光區(qū)域是一個圓錐形區(qū)域，圓錐半錐角的最大值就等于。

多模階躍型光纖導(dǎo)光原理分析當(dāng)光線以入射到纖芯端面上結(jié)論：若要使光線在光纖中實(shí)現(xiàn)長距離傳輸，必須使光線在纖芯與包層的界面上發(fā)生全反射，即纖芯與包層的分界面的入射角大于時，才能保證光線在纖芯內(nèi)產(chǎn)生多次全反射，使光線沿光纖向前傳輸。

階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析結(jié)論：若要使光線在光纖中實(shí)現(xiàn)長距離傳輸，必須階躍型多模光纖導(dǎo)

確定入射角最大值，對于芯包界面，有求？確定入射角最大值，對于芯包界面，有求

相對折射率差Δ物理意義

——Δ表示階躍型光纖和的相差程度。定義式對于通信光纖，≈，上式簡化成為

弱導(dǎo)光纖包層折射率纖芯折射率

相對折射率差Δ物理意義弱導(dǎo)包層折射率纖芯折射

光纖的數(shù)值孔徑——數(shù)值孔徑角maxq數(shù)值孔徑12221max2sinnnnNAD=-==q物理意義

——表示光纖的集光能力。

即凡是入射到圓錐角以內(nèi)的所有光線都可以滿足全反射條件，在芯包界面發(fā)生全反射，將光線束縛在纖芯內(nèi)沿軸向傳播。maxq

光纖的數(shù)值孔徑——數(shù)值孔徑角maxq數(shù)值孔徑1與?關(guān)系

——?↑→NA↑→光纖集光能力↑。光纖的數(shù)值孔徑的決定因素

——僅決定于光纖的折射率，與其幾何尺寸無關(guān)光纖的NA并非越大越好。

原因：

NA↑→△↑→模式色散↑→光纖的傳輸容量↓

故CCITT建議：說明NA=0.18-0.23。與?關(guān)系說明NA=0.18-0.23。多模漸變型光纖的導(dǎo)光原理分析提問：光線在漸變型光纖中的傳播軌跡是直線、折線還是曲線？多模漸變型光纖的導(dǎo)光原理分析提問：光線在漸變型光纖中的傳播軌將纖芯劃分成若干同軸的薄層，假設(shè)各層內(nèi)折射率均勻分布，而每層折射率從里到外逐漸減小，即有＞＞＞＞…。由于光線都是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，入射角將隨折射次數(shù)增大。之后光線是從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，入射角逐漸減小，直至穿過軸心后，光線又出現(xiàn)從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，重復(fù)上述折射過程。分層法分析其傳播軌跡將纖芯劃分成若干同軸的薄層，假設(shè)各層內(nèi)折射率均勻分布，而每當(dāng)纖芯分層數(shù)無限多，其厚度趨于零時，漸變型光纖纖芯折射率呈連續(xù)變化，光線在其中的傳播軌跡不再是折線，而是一條近似于正弦型的曲線。光在漸變型光纖中的傳播當(dāng)纖芯分層數(shù)無限多，其厚度趨于零時，漸變型光纖纖芯折射率呈連自聚焦性——從光纖端面上同一點(diǎn)發(fā)出的近軸子午光線經(jīng)過適當(dāng)?shù)木嚯x后又重新匯集到一點(diǎn)，也就是說，它們有相同的傳輸時延。數(shù)值孔徑自聚焦性——從光纖端面上同一點(diǎn)發(fā)出的近軸子午光線經(jīng)過適當(dāng)?shù)木喽嗄ｋA躍型光纖的波動光學(xué)理論多模階躍型光纖的波動光學(xué)理論模式：波動理論的概念。波動理論——一種電磁場的分布稱之為一個模式。射線理論——一個傳播方向的光線對應(yīng)一種模式。導(dǎo)波：攜帶信息的光波在光纖的纖芯中，由纖芯和包層的界面引導(dǎo)前進(jìn)，這種波稱為導(dǎo)波。傳導(dǎo)模：能從高光纖的一端傳到另一端，在光纖中長距離傳播的模式稱為導(dǎo)模。注意：模式不等價于導(dǎo)模輻射模：從纖芯向外輻射的模式?；靖拍钅Ｊ剑翰▌永碚摰母拍睢?dǎo)波：攜帶信息的光波在光纖的纖芯中，由光纖光纜結(jié)構(gòu)課件等相面/相位一致條件相位一致條件——如果圖中所示的兩個波在A、B處的相位相等，則經(jīng)過一段傳播距離后，在A’、B’處的相位也應(yīng)該相等或相差的整數(shù)倍。光纖中光波相位的變化情況圖k0n1A’傳播常數(shù)AB’BCDC’D’等相面/相位一致條件相位一致條件光纖中光波相位的變化情況圖k相位突變

全反射時的反射光相對于入射光將發(fā)生相位突變，的大小與入射角、分界面兩面的折射率及電場的分布情況有關(guān)。纖芯內(nèi)傳播常數(shù)k0n1

物理意義——光傳播單位距離時其相位變化量的大小。光傳播一段距離后的相位變化量=k0n1*光在傳播方向上的距離

基本概念相位突變纖芯內(nèi)傳播常數(shù)k0n1基本概念A(yù)A′θδδk0n1橫向k0n1cosθ縱向k0n1sinθ2a從A點(diǎn)出發(fā)，傳播一個周期到達(dá)A′點(diǎn)，橫向相位變化為4ak0n1cosθ-2δ。A′與A之間必須相差2Π的整數(shù)倍，這樣迭加才會相干加強(qiáng)形成駐波，否則相干抵消。因此，要形成駐波，或說這個模式要在光纖中存在就必須滿足：4ak0n1cosθ-2δ=2NΠ（N=0，1，2…）導(dǎo)波的特征方程相位一致條件證明AA′θδδk0n1橫向縱向2a從A點(diǎn)出發(fā)，傳播一個周期到達(dá)導(dǎo)波模式的階數(shù)

模式的階數(shù)：N的取值=模式的階數(shù)。

N=0對應(yīng)的模稱為基模；

N=1,2,…對應(yīng)的模稱為一階模、二階模、…N越大，則其芯內(nèi)入射角越小/光纖端面的入射角越大。導(dǎo)波的特征方程導(dǎo)波模式的階數(shù)模式的階數(shù)：N的取值=模式的階數(shù)。導(dǎo)波的特征

在階躍型多模光纖中，模數(shù)越高的芯包界面的入射角越小，則在光纖中折射的次數(shù)就越多，傳播的路徑就越長。階躍型光纖中的模式傳播結(jié)論：

在階躍型多模光纖中，高階模的折射次數(shù)多于低階模。高階模在階躍型多模光纖中，模數(shù)越高的芯包界面的入射角越小漸變型多模光纖中的模式傳播

在漸變型多模光纖中，低階模由于靠近光纖軸線，其傳播路程短，但靠近軸線處的折射率大，該處光線傳播速度慢；高階模遠(yuǎn)離軸線，它的傳播路程長，但離軸線越遠(yuǎn)折射率越小，該處光線的傳播速度越快，從而彌補(bǔ)了時延差。高階模結(jié)論：

在漸變型多模光纖中，高階模遠(yuǎn)離光纖軸線傳播，低階?？拷饫w軸線傳播。傳播一段距離后，聚焦于一點(diǎn)（自聚焦特性）。漸變型多模光纖中的模式傳播 在漸變型多模光纖中光纖導(dǎo)波模式的精確解（了解）一、理論計算的三大步驟1.利用圓柱坐標(biāo)系中的赫姆霍茲方程求出Ez、Hz

光纖中的圓柱坐標(biāo)坐標(biāo)系i=1,2光纖導(dǎo)波模式的精確解（了解）一、理論計算的三大步驟光纖中的圓光纖導(dǎo)波模式的精確解纖芯包層纖芯包層纖芯內(nèi)為震蕩波W大于0時包層內(nèi)為衰減波光纖導(dǎo)波模式的精確解纖芯纖芯纖芯內(nèi)為震蕩波結(jié)論：當(dāng)W大于0，U大于0時包層內(nèi)為衰減波時，纖芯內(nèi)的震蕩波才能保持充足的光功率，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。結(jié)論：當(dāng)W大于0，U大于0時包層內(nèi)為衰減波時，纖芯內(nèi)的震蕩波光纖導(dǎo)波模式的精確解歸一化變量導(dǎo)波的徑向歸一化衰減常數(shù)導(dǎo)波的徑向歸一化相位常數(shù)歸一化頻率物理意義：U表明了在纖芯中，場沿半徑方向的分布規(guī)律。物理意義：W表明了在包層中，場沿半徑方向的衰減規(guī)律。V與光纖的工作波長及其結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。物理意義——能夠確定出光線傳輸?shù)膶?dǎo)波模式數(shù)。弱導(dǎo)波光纖光纖導(dǎo)波模式的精確解歸一化變量導(dǎo)波的徑向歸一化衰減常數(shù)導(dǎo)波的歸一化截止頻率（W=0時的歸一化頻率）導(dǎo)波存在的條件：導(dǎo)波截止的臨界條件導(dǎo)波截止

——當(dāng)光線中出現(xiàn)輻射模時，即認(rèn)為導(dǎo)波截止。光纖導(dǎo)波模式的精確解歸一化截止頻率（W=0時的歸一化頻率）導(dǎo)波存在的條件：導(dǎo)波截射線理論推導(dǎo)導(dǎo)波截止臨界條件光纖導(dǎo)波模式的精確解射線理論推導(dǎo)導(dǎo)波截止臨界條件光纖導(dǎo)波模式的精確解光纖導(dǎo)波模式的精確解2.由Ez、Hz及麥克斯偉方程組求出麥克斯偉方程組3.利用邊界條件即E、H在芯包交界處連續(xù)的特點(diǎn)求出導(dǎo)波特征方程。光纖導(dǎo)波模式的精確解2.由Ez、Hz及麥克斯偉方程組求出麥貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)導(dǎo)波截止的臨界條件電磁場的解m為階數(shù)，n為解的序號。一個U值對應(yīng)一個模式，一個m對應(yīng)一系列U。貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)導(dǎo)波截止的臨界條件電磁場的解一個U值對應(yīng)一個光纖導(dǎo)波模式的精確解四類導(dǎo)波模式（矢量模）：1.TE0n模式，稱為橫電波特點(diǎn)：縱向只有磁場，無電場。Ez=0。2.TM0n模式，稱為橫磁波特點(diǎn)：縱向只有電場，無磁場。3.EHmn模式，稱為混合波特點(diǎn)：縱向有電場、磁場4.HEmn模式，稱為混合波特點(diǎn)：縱向有電場、磁場m、n稱作導(dǎo)波模式的階數(shù)。光纖導(dǎo)波模式的精確解四類導(dǎo)波模式（矢量模）：光纖的一個重要參數(shù)-----V

判斷一根光纖是不是單模傳輸，除了光纖自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)外，還與光纖中傳輸?shù)墓獠ㄩL有關(guān)。

歸一化頻率每一種模式有它自己的歸一化頻率V，以實(shí)際的光纖歸一化頻率V與各模式的歸一化截止頻率Vc相比來判斷光纖中模式傳輸?shù)臄?shù)目。光纖的一個重要參數(shù)-----V判斷一根光纖是不是單模光纖的歸一化截止頻率Vc每一種導(dǎo)波模式都對應(yīng)一個特定的Vc；反之，每一個特定的Vc對應(yīng)一種或多種導(dǎo)波模式。模式簡并：不同的導(dǎo)波模式都對應(yīng)同一個Vc的現(xiàn)象。導(dǎo)波模式與歸一化截止頻率的對應(yīng)關(guān)系。例如：V=4時，光纖傳輸?shù)膶?dǎo)波模式為？基模：HE11模式單模光纖：只含基模的光纖。多模光纖：含有基模和其他模式的光纖?；Ｔ谌魏喂饫w中都存在。光纖的歸一化截止頻率Vc每一種導(dǎo)波模式都對應(yīng)一個特定的Vc；由光纖的參數(shù)及工作波長計算出歸一化頻率V后，從圖中就可以判斷光纖中可能存在幾種模式傳輸。導(dǎo)波截止導(dǎo)波存在由光纖的參數(shù)及工作波長計算出歸一化頻率V后，從圖中就可以判斷光在光纖中的模式傳播光在光纖中的模式傳播第三章光纖和光纜主講：劉春俠第三章光纖和光纜主講：劉春俠主要章節(jié)3.1光纖和光纜3.2光纖的導(dǎo)光原理3.3單模光纖3.4光纖的損耗特性3.5光纖的傳輸特性主要章節(jié)3.1光纖和光纜3.1光纖和光纜1.光纖的結(jié)構(gòu)2.光纖的分類3.光纜的結(jié)構(gòu)4.四類典型結(jié)構(gòu)的光纜5.光纜的型號3.1光纖和光纜1.光纖的結(jié)構(gòu)

一般光纖是一種高度透明的玻璃絲，由純石英經(jīng)復(fù)雜的工藝?yán)贫?。結(jié)構(gòu)——多層同軸圓柱體。組成——纖芯、包層和涂覆層

光纖的結(jié)構(gòu)一般光纖是一種高度透明的玻璃絲，由純光纖的結(jié)構(gòu)纖芯：作用——傳導(dǎo)光波成份——高純度SiO2+極少量的摻雜劑（如P2O5

）

——摻雜目的是提高纖芯對光的折射率n1。直徑——3μm-100μm——單模光纖：3μm-10μm——多模光纖：50μm左右。包層作用——將光波限制在纖芯中傳播成分——高純度SiO2+極少量的摻雜劑（如B2O3）

——摻雜目的是使折射率n2略低于纖芯折射率n1。

直徑——125μm-140μm各組成部分功能注意：纖芯n1＞包層n2纖芯：各組成部分功能注意：纖芯n1＞包層n2涂敷層作用——是保護(hù)光纖不受水汽侵蝕和機(jī)械擦傷，同時增加光纖的柔韌性。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

—涂覆后的光纖其外徑約1.5mm。

—通常所說的光纖為此種光纖。涂敷層涂敷層涂裸纖

——由纖芯和包層組成的光纖，強(qiáng)度和柔韌性較差。

光纖芯線

——經(jīng)過涂敷后的光纖。基本概念裸纖基本概念光纖的分類按光纖截面上折射率分布分類

階躍型光纖（SIF）漸變型光纖（GIF）

W型光纖階躍型光纖：在纖芯和包層交界處的折射率呈階梯形突變，纖芯的折射率n1和包層的折射率n2是均勻常數(shù)。漸變型光纖：纖芯的折射率n1隨著半徑的增加而按一定規(guī)律(如平方律、雙正割曲線等)逐漸減少，到纖芯與包層交界處為包層折射率n2，纖芯的折射率不是均勻常數(shù)。

W型光纖（雙包層光纖）：在纖芯與包層之間設(shè)有一折射率低于包層的緩沖層，使包層折射率介于纖芯和緩沖層之間。光纖的分類按光纖截面上折射率分布分類W型光纖（雙包層光纖）

光纖的纖芯折射率剖面分布2b2b2b2c2a2a2a

nnnn1n1n1n2n2n2n3

0abr0abr0acbr

（a）階躍光纖（b）漸變光纖（c）W型光纖

光纖的纖芯折射率剖面分布按傳輸模式的數(shù)量分類多模光纖單模光纖單模光纖

——只傳輸一種模式，纖芯直徑較細(xì)，通常在3μm-10μm范圍內(nèi)。多模光纖

——可傳輸多種模式，纖芯直徑較粗，典型尺寸為50μm左右。

包層直徑都為125μm-140μm按傳輸模式的數(shù)量分類按光纖的工作波長分類

短波長光纖（0.8-0.9μm）長波長光纖（1.0-1.8μm）超長波長光纖（大于2μm）按制造光纖所使用的材料分類石英系列塑料包層石英纖芯全塑光纖光纖通信中主要用石英光纖，以后所說的光纖也主要是指石英光纖。按光纖的工作波長分類按套塑結(jié)構(gòu)不同分為緊套光纖和松套光纖。緊套光纖——在一次涂覆的光纖上再套上一層塑料套管，光纖在套管內(nèi)不能自由活動。松套光纖——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。按套塑結(jié)構(gòu)不同

光纖成纜的原因1.增加抗沖擊、抗彎曲等性能；2.根據(jù)不同使用情況可以制成不同結(jié)構(gòu)形式的光纜光纜的基本結(jié)構(gòu)及類型（P9）

對光纜的基本要求1.不能因成纜而使光纖的傳輸特性下降2.在成纜過程中光纖不能斷裂3.纜徑細(xì)、重量輕4.便于施工和維護(hù)光纖成纜的原因光纜的基本結(jié)構(gòu)及類型（P9）對光纜的基本要組成：纜芯、加強(qiáng)元件、光纜護(hù)層1、纜芯

——由單根或多根芯線組成。光纜的基本結(jié)構(gòu)組成：纜芯、加強(qiáng)元件、光纜護(hù)層光纜的基本結(jié)構(gòu)2.加強(qiáng)元件

作用：用于增強(qiáng)光纜敷設(shè)時可承受的負(fù)荷

材料：鋼絲和非金屬纖維。

位置：通常處在纜芯中心，有時配置在護(hù)中。3.光纜護(hù)層

作用：防水防潮、抗拉抗壓抗彎等

材料：聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)、聚氨酯聚酰胺。此外，還有鋁鋼等金屬防潮

位置：由內(nèi)到外可加入一層或?qū)訄A筒狀護(hù)套。

2.加強(qiáng)元件4.填料

材料：防潮油膠

作用：防潮防水位置：纜芯和護(hù)套之間。5.鎧裝

材料：鋼絲鋼帶

位置：最外一層

作用：防外力損壞。

12芯松套層絞式直埋光纜4.填料12芯松套層絞式直埋光纜四類典型結(jié)構(gòu)的光纜1、層絞式結(jié)構(gòu)光纜把經(jīng)過套塑的光纖繞在加強(qiáng)芯周圍絞合而構(gòu)成。12芯松套層絞式直埋光纜6芯緊套層絞式光纜四類典型結(jié)構(gòu)的光纜1、層絞式結(jié)構(gòu)光纜12芯松套層絞式直埋光纜12芯松套層絞式直埋防蟻光纜12芯松套層絞式直埋防蟻光纜12芯松套層絞式水底光纜12芯松套層絞式水底光纜2、骨架式結(jié)構(gòu)光纜骨架式結(jié)構(gòu)光纜是把緊套光纖或一次涂覆光纖放入加強(qiáng)芯周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內(nèi)而構(gòu)成。12芯骨架式光纜2、骨架式結(jié)構(gòu)光纜12芯骨架式光纜骨架式自承式架空光纜骨架式自承式架空光纜3、束管式結(jié)構(gòu)光纜把一次涂覆光纖或光纖束放入大套管中，加強(qiáng)芯配置在套管周圍而構(gòu)成。

12芯束管式光纜3、束管式結(jié)構(gòu)光纜124、帶狀結(jié)構(gòu)光纜把帶狀光纖單元放入大套管中，形成中心束管式結(jié)構(gòu)；也可把帶狀光纖單元放入凹槽內(nèi)或松套管內(nèi)，形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。中心束管式帶狀光纜層絞式帶狀光纜4、帶狀結(jié)構(gòu)光纜中心束管式帶狀光纜層絞式帶狀光纜光纜典型結(jié)構(gòu)小結(jié)典型結(jié)構(gòu)層絞式結(jié)構(gòu)骨架式結(jié)構(gòu)束管式結(jié)構(gòu)帶狀式結(jié)構(gòu)制造較容易，光纖數(shù)量較少（12芯以下）結(jié)構(gòu)簡單，對光纖保護(hù)較好，耐壓、抗彎性能較好，節(jié)省了松套管材料和相應(yīng)工序，但也對放置光纖入槽工藝提出了更高的要求。體積小、重量輕、制造容易、成本低，是更能發(fā)揮光纖優(yōu)點(diǎn)的光纜結(jié)構(gòu)之一。空間利用率最高的光纜，可容納大量光纖，每個單元的接續(xù)可一次完成。光纜典型結(jié)構(gòu)小結(jié)典型結(jié)構(gòu)層絞式結(jié)構(gòu)骨架式結(jié)構(gòu)束管式結(jié)構(gòu)帶狀式光纖光纜結(jié)構(gòu)課件光纜型號（補(bǔ)）

光纜型號由它的型式代號和規(guī)格代號構(gòu)成，中間用一短橫線分開。1、光纜型式代號

由五個部分組成，如下圖所示。GYGZL03-12T50/125光纜型號（補(bǔ)）光纜型號由它的型式代號和規(guī)格代號構(gòu)成Ⅰ：分類代號及其意義為（應(yīng)用環(huán)境)

GY——通信用室（野）外光纜；GR——通信用軟光纜；

GJ——通信用室（局）內(nèi)光纜；GS——通信用設(shè)備內(nèi)光纜；

GH——通信用海底光纜；GT——通信用特殊光纜。

Ⅱ：加強(qiáng)構(gòu)件代號及其意義為：無符號——金屬加強(qiáng)構(gòu)件；F——非金屬加強(qiáng)構(gòu)件；

G——金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件；H——非金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件。Ⅰ：分類代號及其意義為（應(yīng)用環(huán)境)

Ⅲ：派生特征代號及其意義為：

D——光纖帶狀結(jié)構(gòu)；G——骨架槽結(jié)構(gòu)；

B——扁平式結(jié)構(gòu)；Z——自承式結(jié)構(gòu)。

T——填充式結(jié)構(gòu)。

Ⅳ：護(hù)層代號及其意義為；（護(hù)層使用材料）

Y——聚乙烯護(hù)層；V——聚氯乙烯護(hù)層；

U——聚氨酯護(hù)層；A——鋁-聚乙烯粘結(jié)護(hù)層；

L——鋁護(hù)套； G——鋼護(hù)套；

Q——鉛護(hù)套； S——鋼-鋁-聚乙烯綜合護(hù)套。Ⅲ：派生特征代號及其意義為：Ⅴ：外護(hù)層的代號及其意義為：外護(hù)層是指鎧裝層及其鎧裝外邊的外護(hù)層，外護(hù)層的代號及其意義如下。代號鎧裝層（方式）代號外護(hù)層（材料）0無0無1——1纖維層2雙鋼帶2聚氯乙烯套3細(xì)圓鋼絲3聚乙烯套4粗圓鋼絲——5單鋼帶皺紋縱包——Ⅴ：外護(hù)層的代號及其意義為：代號鎧裝層（方式2、光纜規(guī)格

由五部分七項(xiàng)內(nèi)容組成，如下圖所示。光纜的規(guī)格組成部分2、光纜規(guī)格光纜的規(guī)格組成部分

Ⅰ：光纖數(shù)目用1、2、……，表示光纜內(nèi)光纖的實(shí)際數(shù)目。

Ⅱ：光纖類別的代號及其意義

J——二氧化硅系多模漸變型光纖；

T——二氧化硅系多模突變型光纖；

Z——二氧化硅系多模準(zhǔn)突變型光纖；

D——二氧化硅系單模光纖；X——二氧化硅纖芯塑料包層光纖； S——塑料光纖。

Ⅲ：光纖主要尺寸參數(shù)用阿拉伯?dāng)?shù)（含小數(shù)點(diǎn)數(shù)）及以μm為單位表示多模光纖的芯徑及包層直徑，單模光纖的模場直徑及包層直徑。Ⅰ：光纖數(shù)目用1、2、……，表示光纜內(nèi)光纖的實(shí)際數(shù)目。

Ⅳ：帶寬、損耗、波長表示光纖傳輸特性的代號由a、bb及cc三組數(shù)字代號構(gòu)成。a——表示使用波長的代號，其數(shù)字代號規(guī)定如下：1——波長在0.85μm區(qū)域；2——波長在1.31μm區(qū)域；3——波長在1.55μm區(qū)域。注意，同一光纜適用于兩種及以上波長，并具有不同傳輸特性時，應(yīng)同時列出各波長上的規(guī)格代號，并用“/”劃開。bb——表示損耗常數(shù)的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖損耗常數(shù)值（dB/km）的個位和十位數(shù)字。cc——表示模式帶寬的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖模式帶寬分類數(shù)值（MHz·km）的千位和百位數(shù)字。單模光纖無此項(xiàng)。Ⅳ：帶寬、損耗、波長表示光纖傳輸特性的代號由a、bb

Ⅴ：適用溫度代號及其意義。A——適用于?40℃～+40℃B——適用于?30℃～+50℃C——適用于?20℃～+60℃

D——適用于?5℃～+60℃例如光纜是由12根芯徑/包層直徑為50/125μm的二氧化硅系列多模突變型光纖組成，且在1.31μm波長上，光纖的損耗常數(shù)不大于1.0dB/km，模式帶寬不小于800MHz·km；光纜的適用溫度范圍為?20℃～+60℃。其光纜規(guī)格型號為？Ⅴ：適用溫度代號及其意義。例如光纜中還附加金屬導(dǎo)線（對、組）編號，如下圖所示。其符合有關(guān)電纜標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)電線芯規(guī)格構(gòu)成的規(guī)定。例如，2個線徑為0.5mm的銅導(dǎo)線單線可寫成2×1×0.5；4個線徑為0.9mm的鋁導(dǎo)線四線組可寫成4×4×0.9L；4個內(nèi)導(dǎo)體直徑為2.6mm，外徑為9.5mm的同軸對，可寫成4×2.6/9.5。光纜中還附加金屬導(dǎo)線（對、組）編號，如下圖所示。（3）光纜型號例題設(shè)有金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件、自承式、鋁護(hù)套和聚乙烯護(hù)層的通信用室外光纜，包括12根芯徑/包層直徑為50/125μm的二氧化硅系列多模突變型光纖和5根用于遠(yuǎn)供及監(jiān)測的銅線徑為0.9mm的四線組，且在1.31μm波長上，光纖的損耗常數(shù)不大于1.0dB/km，模式帶寬不小于800MHz·km；光纜的適用溫度范圍為?20℃～+60℃。

該光纜的型號應(yīng)表示為：

GYGZL03-12T50/125（21008）C+5×4×0.9。（3）光纜型號例題雙坩堝法（直制光纖）將熔融態(tài)的纖芯玻璃放入內(nèi)層容器中，熔融態(tài)的包層玻璃放在外層容器中。兩種玻璃在外容器底部混合。形成光纖結(jié)構(gòu)，然后拉制成光纖。

管中棒法（直制光纖）將玻璃纖芯棒放在玻璃包層玻璃管中。二者長度都為1m，纖芯棒的直徑為幾厘米，而包層管的內(nèi)直徑要大一點(diǎn)。然后加熱組合體的尾端，使玻璃變軟，從而能拉制出很細(xì)的光纖。光纖的制造雙坩堝法（直制光纖）光纖的制造間接方法預(yù)制棒----拉絲------光纖預(yù)制棒橫截面積是光纖的許多倍。典型的長1m，直徑2cm。這種尺寸的預(yù)制棒可幾千米長的光纖。制造預(yù)制棒方法外部沉積法內(nèi)部沉積法光纖的制造間接方法光纖的制造制造過程材料提存、熔煉、拉絲、套塑等工藝步驟。材料提存原料：SiCl4、GeCl4、BCl3

液體原料中的雜質(zhì)：采用反復(fù)蒸餾的辦法氣體原料中的雜質(zhì)：采用多級分子篩的辦法熔煉工藝目的：合成具有一定折射率分布的預(yù)制棒。采用技術(shù)：氣相沉積工藝?yán)z工藝目的：將預(yù)制棒拉成高質(zhì)量的光纖光纖的制造制造過程光纖的制造分析光纖導(dǎo)光原理有兩種基本的研究方法：1.射線理論法（射線法，幾何光學(xué)法）當(dāng)光波波長遠(yuǎn)小于光纖芯徑時，光可以用一條表示光波傳播方向的幾何線即光射線表示---簡單、直觀。2.波動理論法（波動光學(xué)法）根據(jù)電磁場理論對光波導(dǎo)的基本問題求解---嚴(yán)格全面，復(fù)雜。3.2光纖的導(dǎo)光原理分析光纖導(dǎo)光原理有兩種基本的研究方法：3.2光纖的導(dǎo)光原理全反射定律光的全反射示意圖光的全反射條件：≡arcsin(n2/n1)

光是從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)n1n2n1>n2n1n2臨界角900臨界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2

回顧全反射定律光的全反射示意圖光的全反射條件：≡arc

光纖中的光射線1、子午射線

光線始終在一個包含光纖中心軸線的平面內(nèi)傳播，并且一個周期內(nèi)與光纖軸線相交兩次。這種光線稱作子午射線。子午面——包含光纖軸線的平面。子午射線圖光纖中的光射線1、子午射線子午射線圖2、斜射線

光線在傳播過程中不在一個固定的平面內(nèi)，并且不與光纖的軸線相交，這種光線稱作斜射線。

（相當(dāng)于在一棱柱的表面?zhèn)鞑ィ┬鄙渚€圖2、斜射線斜射線圖子午光線在單模光纖中的傳播

光在單模光纖中的傳播軌跡是以平行于光纖軸線的形式以直線方式傳播。光在單模光纖中的傳播軌跡子午光線在單模光纖中的傳播光在單模光纖中的傳播階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析

階躍型光纖是由半徑為a、折射率為常數(shù)n1的纖芯和折射率為常數(shù)n2的包層組成，并且n1>n2。階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析階躍型光纖是由半徑為a問題：

將光限制在纖芯中傳輸，端面入射角應(yīng)滿足什么條件？階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析問題：階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析發(fā)生全發(fā)射的臨界狀態(tài)階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析發(fā)生全發(fā)射的臨界狀態(tài)階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析當(dāng)光線以入射到纖芯端面上時

內(nèi)光線將以小于的入射角投射到纖芯和包層界面上。這樣的光線在包層中折射角小于90度，該光線將射入包層，很快就會漏出光纖。

階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析當(dāng)光線以入射到纖芯端面上多模階躍型光纖導(dǎo)光原理分析當(dāng)光線以入射到纖芯端面上時

內(nèi)光線將以大于的入射角投射到纖芯和包層界面上。這樣的光線在包層中折射角大于90度，該光線將在纖芯和包層界面產(chǎn)生多次全反射，使光線沿光纖傳輸。故光纖的受光區(qū)域是一個圓錐形區(qū)域，圓錐半錐角的最大值就等于。

多模階躍型光纖導(dǎo)光原理分析當(dāng)光線以入射到纖芯端面上結(jié)論：若要使光線在光纖中實(shí)現(xiàn)長距離傳輸，必須使光線在纖芯與包層的界面上發(fā)生全反射，即纖芯與包層的分界面的入射角大于時，才能保證光線在纖芯內(nèi)產(chǎn)生多次全反射，使光線沿光纖向前傳輸。

階躍型多模光纖導(dǎo)光原理分析結(jié)論：若要使光線在光纖中實(shí)現(xiàn)長距離傳輸，必須階躍型多模光纖導(dǎo)

確定入射角最大值，對于芯包界面，有求？確定入射角最大值，對于芯包界面，有求

相對折射率差Δ物理意義

——Δ表示階躍型光纖和的相差程度。定義式對于通信光纖，≈，上式簡化成為

弱導(dǎo)光纖包層折射率纖芯折射率

相對折射率差Δ物理意義弱導(dǎo)包層折射率纖芯折射

光纖的數(shù)值孔徑——數(shù)值孔徑角maxq數(shù)值孔徑12221max2sinnnnNAD=-==q物理意義

——表示光纖的集光能力。

即凡是入射到圓錐角以內(nèi)的所有光線都可以滿足全反射條件，在芯包界面發(fā)生全反射，將光線束縛在纖芯內(nèi)沿軸向傳播。maxq

光纖的數(shù)值孔徑——數(shù)值孔徑角maxq數(shù)值孔徑1與?關(guān)系

——?↑→NA↑→光纖集光能力↑。光纖的數(shù)值孔徑的決定因素

——僅決定于光纖的折射率，與其幾何尺寸無關(guān)光纖的NA并非越大越好。

原因：

NA↑→△↑→模式色散↑→光纖的傳輸容量↓

故CCITT建議：說明NA=0.18-0.23。與?關(guān)系說明NA=0.18-0.23。多模漸變型光纖的導(dǎo)光原理分析提問：光線在漸變型光纖中的傳播軌跡是直線、折線還是曲線？多模漸變型光纖的導(dǎo)光原理分析提問：光線在漸變型光纖中的傳播軌將纖芯劃分成若干同軸的薄層，假設(shè)各層內(nèi)折射率均勻分布，而每層折射率從里到外逐漸減小，即有＞＞＞＞…。由于光線都是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，入射角將隨折射次數(shù)增大。之后光線是從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，入射角逐漸減小，直至穿過軸心后，光線又出現(xiàn)從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，重復(fù)上述折射過程。分層法分析其傳播軌跡將纖芯劃分成若干同軸的薄層，假設(shè)各層內(nèi)折射率均勻分布，而每當(dāng)纖芯分層數(shù)無限多，其厚度趨于零時，漸變型光纖纖芯折射率呈連續(xù)變化，光線在其中的傳播軌跡不再是折線，而是一條近似于正弦型的曲線。光在漸變型光纖中的傳播當(dāng)纖芯分層數(shù)無限多，其厚度趨于零時，漸變型光纖纖芯折射率呈連自聚焦性——從光纖端面上同一點(diǎn)發(fā)出的近軸子午光線經(jīng)過適當(dāng)?shù)木嚯x后又重新匯集到一點(diǎn)，也就是說，它們有相同的傳輸時延。數(shù)值孔徑自聚焦性——從光纖端面上同一點(diǎn)發(fā)出的近軸子午光線經(jīng)過適當(dāng)?shù)木喽嗄ｋA躍型光纖的波動光學(xué)理論多模階躍型光纖的波動光學(xué)理論模式：波動理論的概念。波動理論——一種電磁場的分布稱之為一個模式。射線理論——一個傳播方向的光線對應(yīng)一種模式。導(dǎo)波：攜帶信息的光波在光纖的纖芯中，由纖芯和包層的界面引導(dǎo)前進(jìn)，這種波稱為導(dǎo)波。傳導(dǎo)模：能從高光纖的一端傳到另一端，在光纖中長距離傳播的模式稱為導(dǎo)模。注意：模式不等價于導(dǎo)模輻射模：從纖芯向外輻射的模式?；靖拍钅Ｊ剑翰▌永碚摰母拍?。導(dǎo)波：攜帶信息的光波在光纖的纖芯中，由光纖光纜結(jié)構(gòu)課件等相面/相位一致條件相位一致條件——如果圖中所示的兩個波在A、B處的相位相等，則經(jīng)過一段傳播距離后，在A’、B’處的相位也應(yīng)該相等或相差的整數(shù)倍。光纖中光波相位的變化情況圖k0n1A’傳播常數(shù)AB’BCDC’D’等相面/相位一致條件相位一致條件光纖中光波相位的變化情況圖k相位突變

全反射時的反射光相對于入射光將發(fā)生相位突變，的大小與入射角、分界面兩面的折射率及電場的分布情況有關(guān)。纖芯內(nèi)傳播常數(shù)k0n1

物理意義—