光纤通信技术 教学课件 ppt 作者 彭利标 Fiber3-1光纤与光缆
51页1、第3章 光纤与光缆,内容提要, 3.1 光纤的结构与类型 3.2 光纤的传输原理 3.3 光纤的传输特性 3.4光纤的拉制 3.5几种常用光纤 3.6光纤的成缆与选用,教学提示:,教学重点: 光纤结构对传输特性的影响,单模光纤的传输特性、光纤的主要参数。,教学目的: 了解光纤的结构和光纤的种类。 掌握光纤的传输原理和衰减、色散特性、光缆的类型及选择方法。,一、对光纤(传输材料)的要求,衰减损耗要小,减少中继处理的次数,降低传输成本; 信号经传输后波形失真小,色散小,可以提高信号在介质中的传输速率;,抗干扰能力强,以使信号在传输环境较差、干扰厉害的场合也可正常进行信号传送; 信道的传输容量大,频带宽度要足够宽,以解决待传输信息量的不断增长问题。, 3.1 光纤的结构与类型,1、传输信号对材料要求:,电线电缆、光纤光缆、空中电磁波。,光纤在目前阶段可以说是有线通信网中最优良的传输介质,因为光纤的损耗、色散及抗干扰能力等均比电缆好得多。,随着对光纤技术的继续深入研究,光纤的制造工艺水平不断提高,使光纤的质量和传输特性逐步得到改善,价格也逐年下降。,2、目前信号传输媒质,二、光纤结构与类型,为
2、了满足光纤中光信号的传输要求,根据光的传输原理和传输特性,光信号在光纤内传输过程中要求全反射,以减少光信号在传输过程中的辐射损耗,因此光纤的结构和材料选择要满足一定的技术要求。,1、光纤的结构,光纤是由传输光信号的光纤芯、提供反射面的包层、外加涂敷层和外保护套构成,(1)纤芯-传递光信号,纤芯直径: 头发丝粗细相当 多模光纤:50m100m 单模光纤:8m10m 作用:光信号的传输路经 材料:玻璃或塑料,超高纯度石英玻璃(SiO2)制作的光纤具有很低的传输损耗,各种技术性能都较好。 折射率n:光纤芯的折射率n1通常在1.5左右,(2)包层-提供反射面,反射面: 纤芯与包层的交界面为在纤芯内传输的光线提供一个光滑的反射面,起到光隔离、防止光泄漏的作用。 全反射条件: 纤芯折射率n1大于包层的折射率n2,使光信号在传输过程中形成全反射,构成一条光通道。,导光过程:纤芯、包层作用示意图 光源位置n0 () 、入射角n1 (i )、 反射角n1 (r )折射角n2 (t),(3)涂敷层,作用:保护光纤不受水汽和各种有害物质的侵蚀、防止光纤被划伤,同时还可增强光纤的柔韧性,增加光纤的机械强度,提
3、高抗老化性能。 材料:环氧树脂或硅胶在包层外面涂敷一层保护层。,(4)保护套,作用:加装外保护套除了可保护光纤不受损伤外,还可增加机械强度,为了提高光缆的抗拉性能,便于光缆的工程敷设。 保护光缆: 要在光缆内增设金属加强芯,特殊应用场合的光缆,如海底光缆,还要加装铠甲,做成铠装光缆,防止鱼类等海洋动物咬伤光缆,保证信息传输道路的正常顺通。,2、光纤的种类,光纤用来作为光信号传输的介质,根据传输特性、传输模式数量、制造光纤所用材料、纤芯折射率分布规律等,可将光纤按如下方式分类:,(1)按光纤原材料分类,石英光纤: 材料:纤芯和包层都是由高纯度的SiO2掺入适量杂质制成(GeO2.SiO2和P2O5做纤芯,用B2O3.SiO2做包层)。 特性:这种光纤的损耗最低,强度和可靠性最高, 性能最优良,因此使用最广泛,但价格较高。,多组份玻璃纤维光纤:,例如用钠玻璃(SiO2.Na2O.CaO)掺入适当杂质制成的光纤,该光纤的损耗虽然较低,但强度和可靠性等方面还存在一些问题,有些技术问题还有待于解决。,塑料包层光纤:,这种光纤的纤芯是用石英玻璃材料制成,它的包层一般是用硅树脂塑料材料来制作。 全塑
4、光纤: 该光纤的纤芯和包层都是由塑料制成,其价格较低,但传输损耗较大,且可靠性也存在一定程度的问题。,(2)按纤芯折射率n径向分布,目前通信用光纤根据纤芯横截面上折射率的径向分布情况,可粗略分为阶跃型SI(Step Index)折射率分布光纤和渐变型GI(Graded Index)折射率分布光纤两大类。,A、阶跃型光纤,n1 r n2) n2 arb,阶跃型多模光纤特点: 优点:制造工艺简单(粗、折射率均匀) 缺点:模间色散太大, 脉冲展宽厉害。 原因:纤芯材料折射率分布均匀,各种模式的光信号在纤芯中的传播速度是相 等,但不同模式的光线,各自的传播路经(长短)不同,形成了模间色散。,折射率分布为,n11-2(r/a)1/2n11-(r/a) ra n(r)= n2 arb,B、渐变型光纤,渐变型多模光纤特点,优点:色散小:模间色散小, 脉冲展宽小。色散时间GI比阶跃型色散延时SI小的多。 容量大:传输带宽距离乘积可达(0.22)GHzkm,比特速率距离积可达(0.310)Gb/skm,当传输比特速率为100Mb/s时,传输距离可达100km,渐变型多模光纤传输容量比阶跃型光纤大1002
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