【冶金文檔】光纖和光纜

【冶金文檔】光纖和光纜2.1PhysicsofLight:ABriefOverview2.2OpticalFibers--Basics2.3OpticalFibers—ADeeperLook2.4SingleModeFibers—Basics2.5SingleModeFibers—ADeeperLook2.6Fabrication,Cabling,andInstallation2.7FiberCableConnectorizationandTesting學(xué)習(xí)內(nèi)容2025/6/922.1PhysicsofLight:ABriefOverview2025/6/93TheNatureofLightWeallknowalotaboutlight.(Really??)ThebasisofourmostimportantsensoryfunctionLightisdescribedinoneofthreeways!!RaysElectromagneticWavePhotons2025/6/941、當(dāng)一束光線按照一定的角度射向一塊平面鏡時(shí)，它就會(huì)從鏡面“反彈”出去，這種“反彈”現(xiàn)象就叫做光的反射，這種反射叫做菲涅爾反射。預(yù)備知識(shí)光的反射服從反射定理：θin=θr，即反射角等于入射角2、當(dāng)光以一定的角度從某種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，它的傳播方向也會(huì)改變，在兩種介質(zhì)的分界面上并不沿直線傳播，而是發(fā)生了偏折，光的這種偏折現(xiàn)象叫做折射。

2025/6/95預(yù)備知識(shí)光的折射服從折射定律：n1sinθin=n2sinθz。即光線從折射率為n1的介質(zhì)以入射角θin射到兩個(gè)介質(zhì)的分界面，并以θz進(jìn)入折射率為n2的介質(zhì)中時(shí)滿足上述關(guān)系。3、光在介質(zhì)中的速度由這種介質(zhì)的折射率決定。不同的介質(zhì)有不同的折射率，光在折射率小的介質(zhì)中跑的快，在折射率大的介質(zhì)中跑得慢。4、全反射定理：光從光密媒質(zhì)（n1）進(jìn)入光疏媒質(zhì)（n2），當(dāng)入射角增大到一定的角度時(shí)，折射光就會(huì)全部消失。即

θin>=arcsin（n2/n1）。其中θc＝arcsin（n2/n1），稱(chēng)為臨界角，即在第二種介質(zhì)的折射角為90度時(shí)的入射角。（totalinternalreflection）

2025/6/96要產(chǎn)生全反射，必須有兩個(gè)條件：第一，光必須從折射率大的介質(zhì)射入折射率小的介質(zhì)；其次，入射角必須大于臨界角。二者缺一不可。光從折射率低的介質(zhì)向折射率高的介質(zhì)入射時(shí)，是絕對(duì)不會(huì)產(chǎn)生全反射的。5、光也是電磁波，是一種波長(zhǎng)更短的電磁波。預(yù)備知識(shí)2025/6/97ElectromagneticSpectrumFrequencySonicUltrasonicAMBroadcastShortwaveRadioFMRadio/TVRadarInfraredLightVisibleLightUltravioletX-RaysWavelength1Mm1km1m1mm1pm1nm1kHz1MHz1GHz1THz1ZHz1YHzc= f?l?n

c: Speedoflight(2.9979m/μs)

f: Frequency l: Wavelength n: Refractiveindex (vacuum:1.0000;standardair:1.0003;silicafiber:1.44to1.48)預(yù)備知識(shí)2025/6/981000pm(picometer) =1nm(nanometer)

1000m =1mm(millimeter)1000nm(nanometer) =1m(micrometer)1000mm =1m(meter)(~40inches）預(yù)備知識(shí)6、常用的單位2025/6/997、TheLogarithmicScale0dBm =1mW

3dBm =2mW5dBm =3mW10dBm =10mW20dBm =100mW

-3dBm =0.5mW-10dBm =100W-30dBm =1

W-60dBm =1nWdBm=10?log10(P/1mW)預(yù)備知識(shí)2025/6/9108、Coherence（相干）Coherentlight

Photonshavefixedphase

relationship(laserlight)

Incoherentlight

Photonswithrandomphase

(sun,lightbulb)

Coherencelength(CL)

Averagedistanceoverwhich

photonslosetheirphase

relationship1/e1CL預(yù)備知識(shí)2025/6/9112.1光纖結(jié)構(gòu)和類(lèi)型2025/6/912初識(shí)光纖光纖為什么會(huì)像金屬導(dǎo)線那樣能夠傳輸信號(hào)呢？在這里首先我們要清楚光纖到底是什么東西。光纖為光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱(chēng)，由直徑大約為0.1mm的細(xì)玻璃絲構(gòu)成。它透明、纖細(xì)，雖比頭發(fā)絲還細(xì)，卻具有把光封閉在其中并沿軸向進(jìn)行傳播的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，它由折射較高的纖芯和折射率較低的包層組成。通常為了保護(hù)光纖，包層外還往往覆蓋一層塑料加以保護(hù),其中纖芯的芯徑一般為50或62.5μm，包層直徑一般為125μm。光纖通信就是因?yàn)楣饫w的這種神奇結(jié)構(gòu)而發(fā)展起來(lái)的以光波為載頻，光導(dǎo)纖維為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。2025/6/913光纖的結(jié)構(gòu)RefractiveIndex(n)Diameter(r)CladdingPrimarycoating

(e.g.,softplastic)

Core1.4801.460SiO2Glass140

m100

m2025/6/914光纖的結(jié)構(gòu)層光波導(dǎo)是絕緣結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)沿傳播方向是理想均勻的。所以它們的橫向特性就決定了它的光學(xué)性質(zhì)。在具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的光纖中，一個(gè)參數(shù)就足以描述結(jié)構(gòu)的折射率剖面。n(r)=n1[1-2Δ(r/a)g]1/2(0<=r<=a)n(r)=n2(a<r)其中Δ為相對(duì)折射率差，a為纖芯半徑，g為折射率分布指數(shù)，通過(guò)變化g可以獲得各種折射率分布的光纖。2025/6/915現(xiàn)在所說(shuō)的通信光纖，是由纖芯和包層兩部分組成的，如前圖所示。纖芯區(qū)域完成光信號(hào)的傳輸；包層則是將光封閉在纖芯內(nèi)，并保護(hù)纖芯，增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度。兩區(qū)域中摻雜情況不同，因而折射率也不同。纖芯的折射率一般是1.463～1.467（根據(jù)光纖的種類(lèi)而異），包層的折射率是1.45～1.46左右。也就是說(shuō)，纖芯的折射率比包層的折射率稍微大一些。這就滿足了全反射的一個(gè)條件。當(dāng)纖芯內(nèi)的光線入射到纖芯與包層的交界面時(shí)，只要其入射角大于臨界角，就會(huì)在纖芯內(nèi)發(fā)生全反射，光就會(huì)全部由交界面偏向中心。當(dāng)碰到對(duì)面交界面時(shí)，又全反射回來(lái)，如下圖所示：光纖中的光就是這樣在芯包交界面上，不斷地來(lái)回全反射，傳向遠(yuǎn)方，而不會(huì)漏射到包層中去。2025/6/9162025/6/917當(dāng)光纖彎曲時(shí)，光線是否還能沿光纖傳播呢？因?yàn)槿魏瓮ㄐ啪€路都不可能完全筆直?；卮鹗强隙ǖ摹．?dāng)光纖拐彎時(shí)，如上圖（b）所示，只要彎曲不十分厲害，光也不會(huì)折射到包層中去，仍然會(huì)全反射回來(lái)，只是來(lái)回反射的次數(shù)增多了。彎曲給光纖帶來(lái)的光能損耗是很小的，例如把1km光纖繞在直徑約10cm的圓筒上，所增加的光能損耗只有萬(wàn)分之幾，可以忽略不計(jì)。

2025/6/918光纖的分類(lèi)：材料按照制造光纖所用的材料分，有石英系光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層石英芯光纖、全塑料光纖和氟化物光纖等。塑料光纖是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）制成的。它的特點(diǎn)是制造成本低廉，相對(duì)來(lái)說(shuō)芯徑較大，與光源的耦合效率高，耦合進(jìn)光纖的光功率大，使用方便。但由于損耗較大，帶寬較小，這種光纖只適用于短距離低速率通信，如短距離計(jì)算機(jī)網(wǎng)鏈路、船舶內(nèi)通信等。目前通信中普遍使用的是石英系光纖。2025/6/919光纖的分類(lèi)：傳輸模式按光在光纖中的傳輸模式可分為：?jiǎn)文９饫w和多模光纖。多模光纖的纖芯直徑為50~62.5μm，包層外直徑125μm，單模光纖的纖芯直徑為8.3μm，包層外直徑125μm。光纖的工作波長(zhǎng)有短波長(zhǎng)0.85μm、長(zhǎng)波長(zhǎng)1.31μm和1.55μm。光纖損耗一般是隨波長(zhǎng)加長(zhǎng)而減小，0.85μm的損耗為2.5dB/km,1.31μm的損耗為0.35dB/km，1.55μm的損耗為0.20dB/km，這是光纖的最低損耗，波長(zhǎng)1.65μm以上的損耗趨向加大。由于OHˉ的吸收作用，0.90~1.30μm和1.34~1.52μm范圍內(nèi)都有損耗高峰，這兩個(gè)范圍未能充分利用。80年代起，傾向于多用單模光纖，而且先用長(zhǎng)波長(zhǎng)1.31μm。2025/6/920多模光纖多模光纖(MultiModeFiber)：中心玻璃芯較粗(50或62.5μm)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號(hào)的頻率，而且隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重。多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。2025/6/921單模光纖單模光纖(SingleModeFiber)：中心玻璃芯很細(xì)(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光。由于存在著材料色散和波導(dǎo)色散，這樣單模光纖對(duì)光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。后來(lái)又發(fā)現(xiàn)在1.31μm波長(zhǎng)處，單模光纖的材料色散和波導(dǎo)色散一為正、一為負(fù)，大小也正好相等。這就是說(shuō)在1.31μm波長(zhǎng)處，單模光纖的總色散為零。從光纖的損耗特性來(lái)看，1.31μm處正好是光纖的一個(gè)低損耗窗口。這樣，1.31μm波長(zhǎng)區(qū)就成了光纖通信的一個(gè)很理想的工作窗口，也是現(xiàn)在實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的主要工作波段。1.31μm常規(guī)單模光纖的主要參數(shù)是由國(guó)際電信聯(lián)盟ITU－T在G652建議中確定的，因此這種光纖又稱(chēng)G652光纖。2025/6/922光纖的分類(lèi)：傳輸窗口按最佳傳輸頻率窗口分：常規(guī)型單模光纖和色散位移型單模光纖。常規(guī)型：光纖生產(chǎn)長(zhǎng)家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長(zhǎng)的光上，如1300μm。

色散位移型：光纖生產(chǎn)廠家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個(gè)波長(zhǎng)的光上，如：1300μm和1550μm。

我們知道單模光纖沒(méi)有模式色散所以具有很高的帶寬，那么如果讓單模光纖工作在1.55μm波長(zhǎng)區(qū)，不就可以實(shí)現(xiàn)高帶寬、低損耗傳輸了嗎？但是實(shí)際上并不是這么簡(jiǎn)單。常規(guī)單模光纖在1.31μm處的色散比在1.55μm處色散小得多。這種光纖如工作在1.55μm波長(zhǎng)區(qū)，雖然損耗較低，但由于色散較大，仍會(huì)給高速光通信系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。因此，這種光纖仍然不是理想的傳輸媒介。

2025/6/923光纖的分類(lèi)：傳輸窗口為了使光纖較好地工作在1.55μm處，人們?cè)O(shè)計(jì)出一種新的光纖，叫做色散位移光纖（DSF）。這種光纖可以對(duì)色散進(jìn)行補(bǔ)償，使光纖的零色散點(diǎn)從1.31μm處移到1.55μm附近。這種光纖又稱(chēng)為1.55μm零色散單模光纖，代號(hào)為G653。

G653光纖是單信道、超高速傳輸?shù)臉O好的傳輸媒介。現(xiàn)在這種光纖已用于通信干線網(wǎng)，特別是用于海纜通信類(lèi)的超高速率、長(zhǎng)中繼距離的光纖通信系統(tǒng)中。色散位移光纖雖然用于單信道、超高速傳輸是很理想的傳輸媒介，但當(dāng)它用于波分復(fù)用多信道傳輸時(shí)，又會(huì)由于光纖的非線性效應(yīng)而對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生干擾。特別是在色散為零的波長(zhǎng)附近，干擾尤為嚴(yán)重。2025/6/924光纖的分類(lèi)：傳輸窗口為此，人們又研制了一種非零色散位移光纖即G655光纖，將光纖的零色散點(diǎn)移到1.55μm工作區(qū)以外的1.60μm以后或在1.53μm以前，但在1.55μm波長(zhǎng)區(qū)內(nèi)仍保持很低的色散。這種非零色散位移光纖不僅可用于現(xiàn)在的單信道、超高速傳輸，而且還可適應(yīng)于將來(lái)用波分復(fù)用來(lái)擴(kuò)容，是一種既滿足當(dāng)前需要，又兼顧將來(lái)發(fā)展的理想傳輸媒介。

還有一種單模光纖是色散平坦型單模光纖。這種光纖在1.31μm到1.55μm整個(gè)波段上的色散都很平坦，接近于零。但是這種光纖的損耗難以降低，體現(xiàn)不出色散降低帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，所以目前尚未進(jìn)入實(shí)用化階段。

2025/6/925光纖的分類(lèi)：折射率分布

按折射率分布情況分：階躍型(SI，stepindex)和漸變（GI，gragedindex）型光纖。階躍型：光纖的纖芯折射率高于包層折射率，使得輸入的光能在纖芯一包層交界面上不斷產(chǎn)生全反射而前進(jìn)。這種光纖纖芯的折射率是均勻的，包層的折射率稍低一些。光纖中心芯到包層的折射率是突變的，只有一個(gè)臺(tái)階，所以稱(chēng)階躍光纖，也稱(chēng)突變光纖。這種光纖的傳輸模式很多，各種模式的傳輸路徑不一樣，經(jīng)傳輸后到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間也不相同，因而產(chǎn)生時(shí)延差，使光脈沖受到展寬。2025/6/926光纖的分類(lèi)：折射率分布所以這種光纖的模間色散高，傳輸頻帶不寬，傳輸速率不能太高，用于通信不夠理想，只適用于短途低速通訊，比如：工控。但單模光纖由于模間色散很小，所以單模光纖都采用突變型。這是研究開(kāi)發(fā)較早的一種光纖，現(xiàn)在已逐漸被淘汰了。為了解決階躍光纖存在的弊端，人們又研制、開(kāi)發(fā)了漸變折射率多模光纖，簡(jiǎn)稱(chēng)漸變光纖。漸變型光纖：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高次模的光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現(xiàn)在的多模光纖多為漸變型光纖。2025/6/927光纖的分類(lèi)：折射率分布漸變光纖的包層折射率分布與階躍光纖一樣，為均勻的。漸變光纖的纖芯折射率中心最大，沿纖芯半徑方向逐漸減小。由于高次模和低次模的光線分別在不同的折射率層界面上按折射定律產(chǎn)生折射，進(jìn)入低折射率層中去，因此，光的行進(jìn)方向與光纖軸方向所形成的角度將逐漸變小。同樣的過(guò)程不斷發(fā)生，直至光在某一折射率層產(chǎn)生全反射，使光改變方向，朝中心較高的折射率層行進(jìn)。2025/6/928光纖的分類(lèi)：折射率分布這時(shí)，光的行進(jìn)方向與光纖軸方向所構(gòu)成的角度，在各折射率層中每折射一次，其值就增大一次，最后達(dá)到中心折射率最大的地方。在這以后。和上述完全相同的過(guò)程不斷重復(fù)進(jìn)行，由此實(shí)現(xiàn)了光波的傳輸?？梢钥闯觯庠跐u變光纖中會(huì)自覺(jué)地進(jìn)行調(diào)整，從而最終到達(dá)目的地，這叫做自聚焦。

2025/6/929單模：8/125μm，9/125μm，10/125μm

多模：50/125μm歐洲標(biāo)準(zhǔn)62.5/125μm美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡(luò)：100/140μm，200/230μm

塑料光纖：98/1000μm用于汽車(chē)控制。常用光纖規(guī)格2025/6/930光纖的性能參數(shù)1、幾何特性和光學(xué)特性：包層直徑、芯直徑…它們與在光源與光纖耦合以及光纖與光纖耦合時(shí)所產(chǎn)生的損耗有著密切的關(guān)系。2、傳輸特性：衰減系數(shù)、多模光纖的帶寬、色散特性、非線性特性等。影響中繼距離和通信容量3、機(jī)械特性和溫度特性。與光纖長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性和壽命有關(guān)2025/6/931IssuesOfConnectingFibersOffsetAngularMisalignmentSeparationCoreEccentricityCoreEllipticityReflections&

Interference2025/6/932Mediuminsertionloss:Worstreturnloss:<14dB(Fresnel)Commonmultimode

fiberconnectorAirGaptyp.0.5dBLowestinsertionloss:<0.25dBGoodreturnloss:Commonsingle-mode

fiberconnectorPhysicalContact(PC)>40dBHighestinsertionloss:Bestreturnloss:CableTV,high

performancesystemsAngledPhysicalContact(APC)0.4to0.9dB>60dBConnectorTypes8o2025/6/933ConnectorTechnologyUltra-highprecisionOpticalaxisalignedtobetterthan±1μm(single-mode)Physicalcontactoftheglassendsurfacesnecessary

ConnectorcleanlinessisparamountspecialcleaningandinspectionrequiredSleeveFerruleFiberKey2025/6/934ConnectorBrandsPhotocourtesy

of:DiamondSA2025/6/935光纖連接器類(lèi)型按光纖端面類(lèi)型分為：PC、UPC、APC等按插頭類(lèi)型分為：ST、FC、SC、LC、MU等2025/6/936光纖連接器類(lèi)型帶狀光纖連接器：MTPTM/MPO、MPXTM、MD2025/6/937光纖連接器的主要技術(shù)指標(biāo)插入損耗回波損耗重復(fù)性與互換性2025/6/938ConnectorInspectionDon’tstareintothelaserbeam(withyourremainingeye)InspectionTool2025/6/939ConnectorCareNewConnectorDamagedConnector2025/6/940ConnectorCleaningPureCottonSwabsIsopropylAlcoholFilteredAirVarietyofcleaningmethodsinusetoday

Exle:CleanconnectortipswithIsopropyl(96%medicalalcohol)usingadhesivefreecottonswabs

Immediatelydryitwithdust-free,nonresiduecompressedair2025/6/941SplicesFusionSplicesMostcommonpermanentfiberconnectionVeryhighperformanceandreliabilityInsertionloss0.01to0.1dB,noreflectionAutomatedsplicingtoolcosts$10kto$50k

MechanicalSplicesPermanentandnon-permanenttypesInsertionloss0.1to0.5dBIndex-matchingliquidusedtominimizeloss&reflectionsEpoxyorUVhardenedelastomerbasedLessexpensivetools($100to$1,000)requiredProtectivesleeveSplice2025/6/9422.2光纖傳輸理論2025/6/943導(dǎo)波光：受到約束的光波光波導(dǎo)：約束光波傳輸?shù)拿浇榻橘|(zhì)光波導(dǎo)三要素：“芯/包”結(jié)構(gòu)凸形折射率分布，n1>n2低傳輸損耗光波導(dǎo)基本概念2025/6/944單模：8~10mm多模：50mm125mm圓柱波導(dǎo)：光導(dǎo)纖維2025/6/945對(duì)稱(chēng)波導(dǎo)：芯區(qū)周?chē)慕橘|(zhì)折射率相同非對(duì)稱(chēng)波導(dǎo)：芯區(qū)周?chē)慕橘|(zhì)折射率不同對(duì)稱(chēng)/非對(duì)稱(chēng)波導(dǎo)2025/6/946光波如何進(jìn)入光波導(dǎo)？（模式的激勵(lì)）光波在光波導(dǎo)中如何傳播？(模式分布)光波導(dǎo)的基本特征參數(shù)及測(cè)試技術(shù)光波導(dǎo)耦合技術(shù)光波導(dǎo)有源與無(wú)源器件光波導(dǎo)中的非線性效應(yīng)光波導(dǎo)傳感技術(shù)光波導(dǎo)集成技術(shù)《光波導(dǎo)技術(shù)》的研究?jī)?nèi)容2025/6/947《光波導(dǎo)技術(shù)》的參考書(shū)目《導(dǎo)波光學(xué)》范崇澄、彭吉虎《光纖光學(xué)》劉德明、向清、黃德修《光纖技術(shù)及其應(yīng)用》劉德明、向清、黃德修《介質(zhì)光波導(dǎo)理論》D.Marcuse,劉弘度譯“OpticalWaveguideTheory”SnyderAW，LoveJ.2025/6/948光纖傳輸理論

我們知道光有波粒二重性，就是說(shuō)即可以將其看成光波，也可以將其看成是由光子組成的粒子流。因此，在描述光的傳輸特性時(shí)相應(yīng)的也有兩種理論，即波動(dòng)理論和射線理論（幾何光學(xué)方法）。前者描述起來(lái)比較復(fù)雜，需要麥克斯韋方程求解，但它可以精確的描述光的傳播特性；后者描述起來(lái)比較簡(jiǎn)單直觀，易于理解。2025/6/949

幾何光學(xué)方法波動(dòng)光學(xué)方法適用條件l<<dl~d研究對(duì)象光線模式基本方程射線方程波導(dǎo)場(chǎng)方程研究方法折射/反射定理邊值問(wèn)題主要特點(diǎn)約束光線模式

光纖傳輸理論2025/6/950光纖傳輸理論-幾何光學(xué)方法射線方程光線分類(lèi)光線軌跡：子午光線光線軌跡：傾斜光線不管是射線方程還是波動(dòng)方程，數(shù)學(xué)推演都很復(fù)雜，我們僅僅選取其中的一些結(jié)論進(jìn)行簡(jiǎn)單的討論。2025/6/951幾何光學(xué)方法-射線方程物理意義：將光線軌跡(由r描述)和空間折射率分布(n)聯(lián)系起來(lái);由光線方程可以直接求出光線軌跡表達(dá)式;

dr/dS是光線切向斜率,對(duì)于均勻波導(dǎo)，n為常數(shù),光線以直線形式傳播;對(duì)于漸變波導(dǎo),n是r的函數(shù),則dr/dS為一變量,這表明光線將發(fā)生彎曲。而且可以證明,光線總是向折射率高的區(qū)域彎曲。2025/6/952子午光線：限制在子午平面內(nèi)傳播的光線與光軸相交傾斜光線：軌跡曲線不限制在一個(gè)平面內(nèi)不過(guò)光軸光線分類(lèi)2025/6/953子午平面2025/6/954突變型多模光纖：均勻折射率分布（STEPINDEX）2025/6/955Typesoffibers:MMFMultiModeFibers(MMF)Operatesinmultiplemodes.LargeCoreSizes.2025/6/956折射率分布:光線軌跡:限制在子午平面內(nèi)傳播的鋸齒形折線。光纖端面投影線是過(guò)園心交于纖壁的直線。導(dǎo)光條件:臨界角:相對(duì)折射率差:n1n2突變型多模光纖：均勻折射率分布2025/6/957數(shù)值孔徑:定義光纖數(shù)值孔徑NA為入射媒質(zhì)折射率與最大入射角的正弦值之積,即NumericalAperture(NA)

2025/6/958

入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個(gè)角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個(gè)角度就稱(chēng)為光纖的數(shù)值孔徑。不同廠家生產(chǎn)的光纖的數(shù)值孔徑不同。在光纖中，把受光角的一半（θmax）的正弦定義為光纖的數(shù)值孔徑，即，NA＝sinθmax光纖的數(shù)值孔徑大小與纖芯折射率，及纖芯－包層相對(duì)折射率差有關(guān)。從物理上看，光纖的數(shù)值孔徑表示光纖接收入射光的能力。NA越大，則光纖接收光的能力也越強(qiáng)。從增加進(jìn)入光纖的光功率的觀點(diǎn)來(lái)看，NA越大越好，因?yàn)楣饫w的數(shù)值孔徑大些對(duì)于光纖的對(duì)接是有利的。但是NA太大時(shí)，光纖的模畸變加大，會(huì)影響光纖的帶寬。因此，在光纖通信系統(tǒng)中，對(duì)光纖的數(shù)值孔徑有一定的要求。通常為了最有效地把光射入到光纖中去，應(yīng)采用其數(shù)值孔徑與光纖數(shù)值孔徑相同的透鏡進(jìn)行耦合。

數(shù)值孔徑2025/6/959“multipath”時(shí)間延遲Intermodal(betweenmodes)Dispersion;2025/6/960漸變型多模光纖：漸變折射率分布（GRADEDINDEX）Refractiveindexofcorematerialdecreasesasyoutravelfromthecenterofcoretocladding.2025/6/961漸變折射率分布：光線軌跡:限制在子午平面內(nèi)傳播的周期曲線。軌跡曲線在光纖端面投影線仍是過(guò)園心的直線，但一般不與纖壁相交。局部數(shù)值孔徑:定義局部數(shù)值孔徑NA(r)為入射點(diǎn)媒質(zhì)折射率與該點(diǎn)最大入射角的正弦值之積,即漸變型多模光纖：漸變折射率分布2025/6/962光纖傳輸理論-波動(dòng)光學(xué)方法波動(dòng)理論是一種比幾何光學(xué)方法更為嚴(yán)格的分析方法,其嚴(yán)格性在于:(1)從光波的本質(zhì)特性──電磁波出發(fā),通過(guò)求解電磁波所遵從的麥克斯韋方程,導(dǎo)出電磁場(chǎng)的場(chǎng)分布,具有理論上的嚴(yán)謹(jǐn)性;(2)未作任何前提近似,因此適用于各種折射率分布的單模光和多模光波導(dǎo)。2025/6/963

c2＝w2em-b2＝n2k02-b2

b=n(r)k0cosqz波導(dǎo)場(chǎng)方程：是波動(dòng)光學(xué)方法的最基本方程。它是一個(gè)典型的本征方程。當(dāng)給定波導(dǎo)的邊界條件時(shí),求解波導(dǎo)場(chǎng)方程可得本征解及相應(yīng)的本征值。通常將本征解定義為“模式”.波導(dǎo)場(chǎng)方程2025/6/964 ----每一個(gè)模式對(duì)應(yīng)于沿光波導(dǎo)軸向傳播的一種電磁波; ----每一個(gè)模式對(duì)應(yīng)于某一本征值并滿足全部邊界條件; ----模式具有確定的相速群速和橫場(chǎng)分布. ----模式是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的固有電磁共振屬性的表征。給定的波導(dǎo)中能夠存在的模式及其性質(zhì)是已確定了的,外界激勵(lì)源只能激勵(lì)起光波導(dǎo)中允許存在的模式而不會(huì)改變模式的固有性質(zhì)。模式的基本特征2025/6/965：波動(dòng)理論分析時(shí)引出的一個(gè)重要參量：光纖的歸一化頻率歸一化頻率V包含了光纖的結(jié)構(gòu)及光波的工作波長(zhǎng)，它是一個(gè)直接與光的頻率成正比的無(wú)量綱的量。光纖的很多特性與之都有關(guān)。它定量表示了光纖支持橫模的能力。2025/6/966遠(yuǎn)離截止:場(chǎng)在包層中不存在模式的截止與遠(yuǎn)離截止所謂截止，是指光纖中的導(dǎo)波截止。當(dāng)光纖中出現(xiàn)輻射模時(shí)即認(rèn)為導(dǎo)波截止2025/6/967模式的截止經(jīng)理論分析可知，將光纖所傳信號(hào)的歸一化頻率值V與某一模式的歸一化截止頻率Vc相比，若V>Vc，則這種模式的光信號(hào)可在光纖中導(dǎo)行；若V<Vc，則這種模式截止。導(dǎo)行條件V>Vc截止條件V<Vc臨界條件V=Vc2025/6/968單模工作條件單模條件:

Vc＝（2π/λ）a√n12－n22＜2.405單模光纖截止波長(zhǎng):

λc＝（πa√n12－n22）/1.202單模光纖截止頻率:

fc＝1.202c/（πa√n12－n22）僅當(dāng)λ＞λc或f＜fc時(shí)方可在光纖中實(shí)現(xiàn)單模傳輸.這時(shí),在光纖中傳輸?shù)氖荋E11模,稱(chēng)為基模或主模。緊鄰HE11模的高階模是TE01、TM01模和HE21模,其截止值均為Vc＝2.405。2025/6/969Single-ModeFiber(SMF)Step-IndextypewithverysmallcoreMostcommondesign: 9/125mor10/125m,NA~0.1BitratexDistanceproduct:upto1000Gb/s?km

(limitedbyCDandPMD-seenextslides)nr1.4651.4602025/6/970光纖的傳播模式

簡(jiǎn)單的說(shuō)，在光纖的收光角內(nèi)，以某一角度射入光纖端面，并能在光纖的纖芯-包層交界面上產(chǎn)生全反射的傳播光線，就可稱(chēng)之為光的一個(gè)傳輸模式。當(dāng)光纖的芯直徑較大時(shí)，則在光纖的受光角內(nèi)，可允許光波以多個(gè)特定的角度射入光纖端面，并在光纖中傳播，此時(shí)，就稱(chēng)光纖中有多個(gè)模式。這種能傳輸多個(gè)模式的光纖就稱(chēng)為多模光纖。2025/6/971光纖的傳播模式

如圖所示，以不同入射角入射在光纖端面上的光線在光纖中形成不同的傳播模式。沿光纖軸傳播的叫作基模，相繼還有一次模、二次模等。其中，模次較低的模為低次模，如二次模；模次較高的模為高次模。2025/6/972當(dāng)光纖芯直徑很小時(shí)，光纖只允許與光纖軸方向一致的光線通過(guò)，即只允許通過(guò)一個(gè)基模。這種只允許傳輸一個(gè)基模的光纖就稱(chēng)為單模光纖。由分析可以得出以下幾個(gè)結(jié)論。

①并不是任何形式的光波都能在光纖中傳輸。每種光纖都只允許某些特定的光波通過(guò)，而其他形式的光波在光纖中無(wú)法存在。每一種允許在光纖中傳輸?shù)奶囟ㄐ问降墓獠ǚQ(chēng)為光纖的一個(gè)模式。

光纖的傳播模式

2025/6/973

②在同一光纖中傳輸?shù)牟煌Ｊ降墓?，其傳播方向、傳輸速度和傳輸路徑不同，其受到光纖的衰減也不同，觀察與光纖垂直的橫截面，就會(huì)看到，不同模式的光波在橫截面上的光的強(qiáng)度分布圖形也不同，有的是一個(gè)亮斑，有的分裂為幾個(gè)亮點(diǎn)。

③進(jìn)入光纖的光在芯包交界面上的入射角大于臨界角時(shí)，就在光纖內(nèi)產(chǎn)生全反射；而入射角小于臨界角的光就有一部分進(jìn)入包層，被很快衰減掉。前者的傳輸損耗小，能作遠(yuǎn)距離傳輸，稱(chēng)為傳導(dǎo)模。光纖的傳播模式2025/6/974④能滿足全反射條件的光線也只是具有特定角度的部分才能在光纖中傳輸，因此，不同模式的光的傳輸方向不是連續(xù)改變的。當(dāng)通過(guò)一段光纖時(shí)，以不同角度在光纖中傳輸?shù)墓馑叩穆窂揭膊煌?。沿光纖軸前進(jìn)的光走的路徑最短，而與軸線交角大的光所走的路徑則較長(zhǎng)。光纖的傳播模式2025/6/9752.3光纖傳輸特性

-----損耗和色散DispersionAttenuation2025/6/976光纖的損耗:損耗系數(shù)在光纖內(nèi)傳輸?shù)墓夤β蔖會(huì)隨距離z而變化.設(shè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)(Km)的光纖，輸入功率為Pi,其出射功率Po滿足：Po=Piexp(-αL)其中α是損耗系數(shù)，一般它的單位為dB/Km。很容易我們可以得到α=10/L*lg(Pi/Po)(dB/Km)z=0z=LAttenuation2025/6/977光纖的損耗

當(dāng)光從光纖的一端射入，從另一端射出時(shí)，光的強(qiáng)度會(huì)減弱。這意味著光信號(hào)通過(guò)光纖傳播后，光能量衰減了一部分。這說(shuō)明光纖中有某些物質(zhì)或因某種原因，阻擋光信號(hào)通過(guò)。這就是光纖的損耗。只有降低光纖損耗，才能使光信號(hào)暢通無(wú)阻。光纖損耗大致可分為光纖具有的固有損耗以及光纖制成后由使用條件造成的附加損耗。具體細(xì)分如下：光纖損耗可分為固有損耗和附加損耗。其中，附加損耗是在光纖的鋪設(shè)過(guò)程中人為造成的。在實(shí)際應(yīng)用中，不可避免地要將光纖一根接一根地接起來(lái)，光纖連接會(huì)產(chǎn)生損耗。2025/6/978

光纖的損耗

光纖微小彎曲、擠壓、拉伸受力也會(huì)引起損耗。這些都是光纖使用條件引起的損耗。究其主要原因是在這些條件下，光纖纖芯中的傳輸模式發(fā)生了變化。附加損耗是可以盡量避免的。下面，我們只討論光纖的固有損耗。

2025/6/979光纖的損耗固有損耗中，散射損耗和吸收損耗是由光纖材料本身的特性決定的，在不同的工作波長(zhǎng)下引起的固有損耗也不同。搞清楚產(chǎn)生損耗的機(jī)理，定量地分析各種因素引起的損耗的大小，對(duì)于研制低損耗光纖，合理使用光纖有著極其重要的意義。

2025/6/980材料的吸收損耗

制造光纖的材料能夠吸收光能。光纖材料中的粒子吸收光能以后，產(chǎn)生振動(dòng)、發(fā)熱，而將能量散失掉，這樣就產(chǎn)生了吸收損耗。我們知道，物質(zhì)是由原子、分子構(gòu)成的，而原子又由原子核和核外電子組成，電子以一定的軌道圍繞原子核旋轉(zhuǎn)。每一個(gè)電子都具有一定的能量，處在某一軌道上，或者說(shuō)每一軌道都有一個(gè)確定的能級(jí)。距原子核近的軌道能級(jí)較低，距原子核越遠(yuǎn)的軌道能級(jí)越高。軌道之間的這種能級(jí)差別的大小就叫能級(jí)差。當(dāng)電子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)，就要吸收相應(yīng)級(jí)別的能級(jí)差的能量。

2025/6/981材料的吸收損耗在光纖中，當(dāng)某一能級(jí)的電子受到與該能級(jí)差相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的光照射時(shí)，則位于低能級(jí)軌道上的電子將躍遷到能級(jí)高的軌道上。這一電子吸收了光能，就產(chǎn)生了光的吸收損耗。制造光纖的基本材料二氧化硅（SiO2）本身就吸收光，一個(gè)叫紫外吸收，另外一個(gè)叫紅外吸收。通過(guò)研究，還發(fā)現(xiàn)石英玻璃中有一些過(guò)渡金屬雜質(zhì)，如銅、鐵、鉻、錳等。它們?cè)诠庹丈湎拢澙返匚展饽?，造成了光能的損失。清除它們，對(duì)制造光纖的材料進(jìn)行格的化學(xué)提純，就可以大大降低損耗。2025/6/982石英光纖中的另一個(gè)吸收源是氫氧根（OHˉ)。人們發(fā)現(xiàn)氫氧根在光纖工作波段上有三個(gè)吸收峰，它們分別是0.95μm、1.24μm和1.38μm，其中1.38μm波長(zhǎng)的吸收損耗最為嚴(yán)重，對(duì)光纖的影響也最大。材料的吸收損耗2025/6/983材料的散射損耗

在黑夜里，用手電筒向空中照射，可以看到一束光柱。人們也曾看到過(guò)夜空中探照燈發(fā)出粗大光柱。那么，為什么我們會(huì)看見(jiàn)這些光柱呢？這是因?yàn)橛性S多煙霧、灰塵等微小顆粒浮游于大氣之中，光照射在這些顆粒上，產(chǎn)生了散射，就射向了四面八方。這個(gè)現(xiàn)象是由瑞利最先發(fā)現(xiàn)的，所以人們把這種散射命名為“瑞利散射”。散射是怎樣產(chǎn)生的呢？原來(lái)組成物質(zhì)的分子、原子、電子等微小粒子是以某些固有頻率進(jìn)行振動(dòng)的，并能釋放出波長(zhǎng)與該振動(dòng)頻率相應(yīng)的光。粒子的振動(dòng)頻率由粒子的大小來(lái)決定。粒子越大，振動(dòng)頻率越低，釋放出的光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)；粒子越小，振動(dòng)頻率越高，釋放出的光的波長(zhǎng)越短。這種振動(dòng)頻率稱(chēng)做粒子的固有振動(dòng)頻率。2025/6/984但是這種振動(dòng)并不是自行產(chǎn)生，它需要一定的能量。一旦粒子受到具有一定波長(zhǎng)的光照射，而照射光的頻率與該粒子固有振動(dòng)頻率相同，就會(huì)引起共振。粒子內(nèi)的電子便以該振動(dòng)頻率開(kāi)始振動(dòng)，結(jié)果是該粒子向四面八方散射出光，入射光的能量被吸收而轉(zhuǎn)化為粒子的能量，粒子又將能量重新以光能的形式射出去。因此，對(duì)于在外部觀察的人來(lái)說(shuō)，看到的好像是光撞到粒子以后，向四面八方飛散出去了。材料的散射損耗2025/6/985材料的散射損耗光纖內(nèi)也有瑞利散射，由此而產(chǎn)生的光損耗就稱(chēng)為瑞利散射損耗。鑒于目前的光纖制造工藝水平，可以說(shuō)瑞利散射損耗是無(wú)法避免的。但是，由于瑞利散射損耗的大小與光波長(zhǎng)的4次方成反比，所以光纖工作在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)時(shí)，瑞利散射損耗的影響可以大大減小。2025/6/986光纖結(jié)構(gòu)不完善，如由光纖中有氣泡、雜質(zhì)，或者粗細(xì)不均勻，特別是芯-包層交界面不平滑等，光線傳到這些地方時(shí)，就會(huì)有一部分光散射到各個(gè)方向，造成損耗。這種損耗是可以想辦法克服的，那就是要改善光纖制造的工藝。散射使光射向四面八方，其中有一部分散射光沿著與光纖傳播相反的方向反射回來(lái)，在光纖的入射端可接收到這部分散射光。光的散射使得一部分光能受到損失，這是人們所不希望的。但是，這種現(xiàn)象也可以為我們所利用，因?yàn)槿绻覀冊(cè)诎l(fā)送端對(duì)接收到的這部分光的強(qiáng)弱進(jìn)行分析，可以檢查出這根光纖的斷點(diǎn)、缺陷和損耗大小。這樣，通過(guò)人的聰明才智，就把壞事變成了好事。散射2025/6/987光纖的色散色散（Dispersion）：Differentcomponentsoflighttravelatdifferentvelocitiesinthefiberandarriveatdifferenttimes.色散是光纖的一個(gè)重要參數(shù)。色散使得光纖中傳輸?shù)墓饷}沖發(fā)生展寬。

z=0z=LDispersion2025/6/988隨著脈沖在光纖中傳輸，脈沖的寬度被展寬色散系數(shù)D（ps/km.nm）是光纖的一個(gè)重要的傳輸參數(shù)。劣化的程度隨數(shù)據(jù)速率的平方增大決定了電中繼器之間的距離光纖的色散2025/6/989色散對(duì)傳輸?shù)南拗?025/6/9902025/6/991色散的分類(lèi)光纖的色散主要由模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散組成。其中，材料色散與波導(dǎo)色散都與波長(zhǎng)有關(guān)，所以又統(tǒng)稱(chēng)為波長(zhǎng)色散。

Intermodaldispersion onlyforMMFMaterialDispersion ChromaticWaveguideDispersion DispersionPolarisationModeDispersion(PMD)}{2025/6/992

模式色散在多模光纖中，傳輸?shù)哪Ｊ胶芏?，不同的模式，其傳輸路徑不同，所?jīng)過(guò)的路程就不同，達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間也就不同，這就引起了脈沖的展寬。對(duì)模式色散進(jìn)行的嚴(yán)密分析比較復(fù)雜，這里僅作簡(jiǎn)單討論。我們知道，在同一根光纖中，高次模到達(dá)終點(diǎn)走的路程長(zhǎng)，低次模走的路程短，這就意味著高次模到達(dá)終點(diǎn)需要的時(shí)間長(zhǎng)，低次模到達(dá)點(diǎn)需要的時(shí)間短。在同一條長(zhǎng)度為的光纖上，最高次模與最低次模到達(dá)終點(diǎn)所用的時(shí)間差，就是這段光纖產(chǎn)生的脈沖展寬。

2025/6/993ModalDispersion2025/6/994模式色散影響光纖時(shí)延差的因素有兩個(gè)：纖芯－包層相對(duì)折射率差和光纖的長(zhǎng)度。光纖的時(shí)延差與纖芯－包層相對(duì)折射率差成正比。其中是纖芯的折射率，是包層的折射率。越大，時(shí)延差就會(huì)越大，光脈沖展寬也越大。從減小光纖時(shí)延差的觀點(diǎn)上看，希望較小為好，這種小的光纖稱(chēng)為弱導(dǎo)光纖。通信用光纖都是弱導(dǎo)光纖。另外，光纖越長(zhǎng)，時(shí)延差也越大，色散也越大。2025/6/995弱導(dǎo)光纖從制造的觀點(diǎn)看，小折射率差是個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樾九c包層一般由相同的基本材料制成，為修改折射率剖面，可在基材中攙入一種或幾種摻雜劑。這樣折射率差就容易獲得，而不需要加入高濃度摻雜劑，避免了對(duì)玻璃材料的光學(xué)特性與穩(wěn)定性的重大改變。其次，單模傳輸要求歸一化頻率V盡可能小，所以在減小V而同時(shí)又保持適當(dāng)?shù)睦w芯尺寸的選擇中，就在于減小折射率差。2025/6/996

材料色散材料色散是由光纖材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，并不是一個(gè)固定的常數(shù)，而是對(duì)不同的傳輸波長(zhǎng)有不同的值。光纖通信實(shí)際上用的光源發(fā)出的光，并不是只有理想的單一波長(zhǎng)，而是有一定的波譜寬度。當(dāng)光在折射率n的為介質(zhì)中傳播時(shí)，其速度v與空氣中的光速C之間的關(guān)系為：

v=C/n

光的波長(zhǎng)不同，折射率n就不同，光傳輸?shù)乃俣纫簿筒煌Ｒ虼?，?dāng)把具有一定光譜寬度的光源發(fā)出的光脈沖射入光纖內(nèi)傳輸時(shí)，光的傳輸速度將隨光波長(zhǎng)的不同而改變，到達(dá)終端時(shí)將產(chǎn)生時(shí)延差，從而引起脈沖波形展寬。

2025/6/997波導(dǎo)色散光纖的第三類(lèi)色散是波導(dǎo)色散。由于光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產(chǎn)生全反射時(shí)，就可能有一部分光進(jìn)入包層之內(nèi)。這部分光在包層內(nèi)傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。進(jìn)入包層內(nèi)的這部分光強(qiáng)的大小與光波長(zhǎng)有關(guān)，這就相當(dāng)于光傳輸路徑長(zhǎng)度隨光波波長(zhǎng)的不同而異。把有一定波譜寬度的光源發(fā)出的光脈沖射入光纖后，由于不同波長(zhǎng)的光傳輸路徑不完全相同，所以到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間也不相同，從而出現(xiàn)脈沖展寬。具體來(lái)說(shuō)，入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，進(jìn)入包層中的光強(qiáng)比例就越大，這部分光走過(guò)的距離就越長(zhǎng)。這種色散是由光纖中的光波導(dǎo)引起的，由此產(chǎn)生的脈沖展寬現(xiàn)象叫做波導(dǎo)色散。芯區(qū)的折射率分布（光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)）因光波長(zhǎng)而變化。2025/6/998Waveguidedispersionn1(l)n2(l)2025/6/999一般來(lái)說(shuō)，光纖三種色散的大小順序是：

模式色散>材料色散>波導(dǎo)色散對(duì)于多模光纖，總色散等于三者相加，在限制帶寬方面起主導(dǎo)作用的是模式色散，其他兩個(gè)色散影響很小。對(duì)于單模光纖，因只有一個(gè)傳輸模式，故不存在模式色散，其總色散為材料色散和波導(dǎo)色散之和。為減小總的波長(zhǎng)色散，要盡量選用窄譜線激光器作光源。對(duì)光纖用戶來(lái)說(shuō)，一般只關(guān)心光纖的總帶寬或總色散。光纖光纜在出廠時(shí)，也只標(biāo)明光纖的總帶寬或總色散。三種色散的比較2025/6/9100傳輸使用的三種不同類(lèi)型的單模光纖G.652單模光纖（NDSF）G.653單模光纖（DSF）G.655單模光纖（NZ-DSF）常規(guī)G.655大有效面積G.6552025/6/9101大多數(shù)已安裝的光纖低損耗大色散分布大有效面積色散受限距離短2.5Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約600km10Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約34kmG.652+DCF方案升級(jí)擴(kuò)容成本高結(jié)論:不適用于10Gb/s以上速率傳輸，但可應(yīng)用于2.5Gb/s以下速率的DWDM。G.652單模光纖（NDSF）2025/6/9102低損耗零色散小有效面積長(zhǎng)距離、單信道超高速EDFA系統(tǒng)四波混頻（FWM）是主要的問(wèn)題，不利于DWDM技術(shù)結(jié)論:適用于10Gb/s以上速率單信道傳輸，但不適用于DWDM應(yīng)用，處于被市場(chǎng)淘汰的現(xiàn)狀。G.653單模光纖（DSF）2025/6/9103在1530－1565nm窗口有較低的損耗工作窗口較低的色散，一定的色散抑制了非線性效應(yīng)（四波混頻）的發(fā)生?？梢杂姓幕蜇?fù)的色散——海底傳輸系統(tǒng)正色散SPM效應(yīng)壓縮脈沖，負(fù)色散SPM效應(yīng)展寬脈沖。為DWDM系統(tǒng)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的G.655單模光纖（NZ-DSF）結(jié)論:適用于10Gb/s以上速率DWDM傳輸，是未來(lái)大容量傳輸，DWDM系統(tǒng)用光纖的理想選擇。2025/6/9104三種光纖色散情況比較正常色散區(qū)反常色散區(qū)2025/6/9105PolarizationModeDispersion(PMD)Single-modefiberactuallytransmitstwomodesModeshaveoppositestatesofpolarizationSeverelimitationat10Gb/soverdistances>50km

PowerisrandomlycoupledbetweenthetwomodesPMDofalinkfluctuatessignificantlyovertime

ComponentscanexhibitPMDaswellmostlyconstantPMDmanufacturerstryingto

minimizeitbydesign2025/6/9106

PolarizationmodedispersionImportantinWDMsystems,longspans2025/6/9107 -atthetransmitter 1.Variouschirpingschemes.Arrangecurrentpulse,useexternalmodulatororopticallifiersoslowerlightleavesfirst 2. FMmodularion(FSK).DispersioninsystemconvertstoAMsignalwhichcanbede-modulated. 3.Multilevelcoding.E.g.,4levelsvs,2meansbitTtwiceaslong,bandwidthhalf.Strategiesforreducingdispersion2025/6/9108-alongthefibre 1.High-dispersionfibres.(DCF-“dispersioncompensationfibre)atthereceiver1.Electronic:standardpulse-shapingtransversalfilters2.Optical(a)IntegratedMach-Zehnderinterferometerwithunbalancedarms.(b)ChirpedfibreBragggratings.2025/6/91092.4光纖的最新發(fā)展2025/6/9110新材料光纖氟化物玻璃光纖新結(jié)構(gòu)光纖琉化物玻璃光纖重金屬氧化物玻璃光纖聚合物光纖色散平坦光纖（DFF）無(wú)水峰光纖保偏光纖特種2025/6/9111光纖制造光纖的材料是高純度的玻璃，按玻璃內(nèi)所含化學(xué)元素組成的不同，可分為石英玻璃光纖和多組分玻璃光纖。目前通信用的光纖基本上是以石英為主體材料的石英玻璃制造成的。為了得到低損耗光纖，這些材料都是由超純的化學(xué)原料經(jīng)過(guò)高溫合成的。2025/6/9112光纖檢驗(yàn)材料提純預(yù)制棒熔煉拉絲套塑成纜材料分析檢驗(yàn)預(yù)制棒檢驗(yàn)光纖制造流程圖2025/6/9113制造光纖，首先需要制造出一根合適的玻璃棒（通常稱(chēng)作預(yù)制棒），然后把預(yù)制棒放入高溫爐中加溫軟化，拉制成光纖。為了保護(hù)光纖。增加光纖的強(qiáng)度，需要涂覆、套塑、然后把幾根乃至幾十根套塑后的光纖絞合成光纜，以供使用。光纖制造2025/6/91142.5光纜2025/6/9115CableDesignsMechanicaldesign:Indoor,outdoor,submarineLocalornationalbuildingandconstructioncodesmayapply

Electricaldesigns:NometalorelectricalwiresatallPowerwires(supplyforremotelifiersorregenerators)Optical

fibersTubeStrainrelief

(e.g.,Kevlar)InnerjacketSheathOuterjacket2025/6/9116光纜的結(jié)構(gòu)

光纜的結(jié)構(gòu)：光纖芯線（纜芯）、護(hù)套、加強(qiáng)部件通常把經(jīng)過(guò)涂覆的光纖稱(chēng)為光纖芯線。護(hù)套起著對(duì)纜芯的機(jī)械保護(hù)和環(huán)境保護(hù)的作用。要求其具有良好的抗側(cè)壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的功能。加強(qiáng)部件起著承受光纜拉力的作用，通常位于纜芯中心，有時(shí)也配置在護(hù)套中。2025/6/9117光纜的種類(lèi)：1、按結(jié)構(gòu)分：層絞式、骨架式、束管式、帶狀式2、按應(yīng)用形式分：管道光纜、架空光纜、海底光纜、直埋光纜光纜的特性：損耗特性、色散特性、機(jī)械特性、環(huán)境特性光纜的種類(lèi)2025/6/9118光纜的典型結(jié)構(gòu)

帶纜2025/6/9119帶纜中心管式架空光纜端面結(jié)構(gòu)圖2025/6/9120纖纜2025/6/91212.6光纖特性測(cè)量方法2025/6/9122光纖的特性參數(shù)很多，但在其中我們著重考慮的是它的幾何特性、光學(xué)特性和傳輸特性三類(lèi)。我們關(guān)注的重點(diǎn)？？2025/6/9123光纖損耗測(cè)量光纖帶寬測(cè)量光纖色散測(cè)量光纖截止波長(zhǎng)測(cè)量2025/6/9124用特定波長(zhǎng)的光通過(guò)光纖，然后測(cè)出輸出端相對(duì)于輸入端的光功率或幅度、相位等物理量的變化，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理而實(shí)現(xiàn)。測(cè)量系統(tǒng)一般包括：發(fā)射光源、注入裝置和接收與數(shù)據(jù)處理部分。各部分要求穩(wěn)定、可靠，并有足夠的精確度。測(cè)量的詳細(xì)技術(shù)規(guī)范由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ITU-T）或國(guó)標(biāo)確定。測(cè)量的共同特點(diǎn)2025/6/9125損耗測(cè)量前面介紹光纖的損耗特性的時(shí)，我們引入了一個(gè)重要的參數(shù)α(l)，它表示在波長(zhǎng)l處的衰減系數(shù)。

α=10/L*lg(Pi/Po)(dB/Km)在使用的時(shí)候，要特別注意兩點(diǎn)：1、假設(shè)光纖沿軸向是均勻的，即α與軸向位置無(wú)關(guān)。2、對(duì)多模光纖必須達(dá)到平衡模分布。只有這樣，測(cè)得的衰減系數(shù)才能進(jìn)行線性相加。ITU-TG.650和ITU-TG.651都規(guī)定截?cái)喾榛鶞?zhǔn)測(cè)量方法，插入法和背向散射法（OTDR法）為替代測(cè)量方法。2025/6/9126損耗測(cè)量：截?cái)喾?/p>

截?cái)喾ㄊ且环N直接利用衰減系數(shù)定義的測(cè)試方法。在不改變注入電流的條件下，分別測(cè)出光纖的輸出功率P2和剪斷后約2米長(zhǎng)度短纖的輸出功率P1，按照定義算出α(l)。該方法測(cè)試精度高。根據(jù)需要可以在一個(gè)波長(zhǎng)或多個(gè)波長(zhǎng)上進(jìn)行，或在一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)出衰減譜。測(cè)試裝置見(jiàn)如所示下所示。2025/6/9127損耗測(cè)量：截?cái)喾˙IAS光源注入系統(tǒng)濾模器CladdingstripperCladdingstripper檢測(cè)器Amp.電平測(cè)量待測(cè)光纖2025/6/9128損耗測(cè)量：截?cái)喾y(cè)試系統(tǒng)主要包括光源、光注入系統(tǒng)、光檢測(cè)器及信號(hào)處理部分等單元。光源選擇取決于測(cè)量類(lèi)型、或是激光器、發(fā)光二極管，或是鹵素?zé)?。在測(cè)量過(guò)程中，光源的位置、強(qiáng)度和波長(zhǎng)應(yīng)保持穩(wěn)定。光檢測(cè)器要能收集所有的輻射光，頻響應(yīng)與光源的譜特性匹配，靈敏度應(yīng)線性。2025/6/9129損耗測(cè)量：截?cái)喾ㄋp譜測(cè)試系統(tǒng)的光源要有足夠?qū)挼牟ㄩL(zhǎng)范圍，如鹵素?zé)?。為了保證高精度的測(cè)量，要求：1、測(cè)試系統(tǒng)高度穩(wěn)定；2、有合適的注入條件；3、有高質(zhì)量的光纖端面。2025/6/9130損耗測(cè)量：截?cái)喾ㄗ⑷霔l件：對(duì)多模光纖衰減的測(cè)量，這點(diǎn)尤為重要。多模光纖中可以激勵(lì)成百上千個(gè)模，由于耦合條件不同，個(gè)模攜帶的初始能量不同。在傳播中，由于模變換、模耦合和模衰減，各模攜帶的能量的比例不斷變化，只有經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)