光纤名词术语.docx

tongxin guangxian 通信光纤(communication optical fiber) 从广义上讲，由折射率较高的纤芯和 包围在纤芯外面的折射率较低的包层 所组成的光的传输媒质，利用在芯包 界面处的全反射向前传导光束，并且 用于光纤通信系统中的光信号传输的 所有光纤统称为通信光纤通信光纤按传输电磁波模式数量 的不同，分为单模光纤和多模光纤； 按工作波长的不同，分为短波长光纤 (0.8~0.9 pm )、长波长光纤(1.2~1.6 hm) 和超长波长(大于2 pm)光纤；按光纤 横截面的折射率分布的不同分为折射 率突变型光纤、折射率渐变型光纤， 以及可分为单包层光纤、W型光纤、 三包层光纤以及多包层光纤等等为 适应相干光通信和光纤传感器的需 要，还有光在光纤中传输时偏振态保 持稳定的偏振保持光纤等现在的通信光纤主要是指通信十 线中的石英系单模光纤，呈圆柱状， 纤芯直径约为8~10 pm ,包层直径为 125 p m，工作在 1.3 pm 和 1.55 pm 两 个通信窗口guangxian jiben jiegou 光纤基本结构(basic structure of optical fiber) 由折射率较高的纤芯 和包围在纤芯外面的折射率较低的包 层组成的的同心玻璃体，呈柱状，见 图1。

在石英系光纤中纤芯是由高纯 度的二氧化硅SiO2和少量的掺杂剂如 二氧化锗构成，掺杂剂用来提高纤芯 的折射率(nJ,纤芯的直径(2a)一般为 2~50 pm图1光纤基本结构包层的主要成份是高纯度的二氧 化硅和少量的掺杂剂，如氟等，掺杂 的目的是用来降低包层的折射率(n2) 光纤包层的外径(2b)一般为125 pm， 实用化的光纤中为增加光纤的机械强 度，在包层之外还要加涂覆层按光纤横截面折射率分布的不同 分为图2所示的折射率突变型和渐变(a) (b)图2突变型(a)和渐变型(b)光纤折射率率剖面 突变型折射率光纤纤芯和包层 的折射率都为一常数，纤芯折射率略 高于包层，在两者界面处有一个突变 界面的光纤突变型光纤又称为阶跃 型光纤在多模光纤中，突变型折射 率剖面的光纤有较小的带宽渐变型折射率光纤纤芯的折射 率沿芯径从中心向外逐渐变化减小， 直至与包层折射率一致的光纤比较 有代表性的光纤是折射率剖面沿芯径 是按抛物线变化的光纤，这种类型的 多模光纤的带宽要比同样数值孔径的 突变型的多模光纤大1~2个数量级光纤的几何特性参数有直径、不 圆度、同心度和偏心率等纤芯直径确定纤芯中心的圆的直径，纤芯中心是指能包含整个纤芯 在内的最小圆的圆心。

包层直径确定包层中心的圆的 直径，包层中心是指能包含整个包层 在内的最小圆的圆心平均纤芯直径 两条通过纤芯中 心的弦长的平均值它们分别是连接 纤芯和包层分界面上两相对点的最长 和最短直线平均包层直径 两条通过包层中 心的弦长的平均值它们分别是连接 包层外表面上两相对点的最长和最短 直线纤芯直径偏差 实际芯径同推荐 芯径之比和1的差值的百分率包层表面直径偏差包层表面直 径同推荐标称包层表面直径之比和1 的差值的百分率纤芯不圆度两条通过纤芯中心 的纤芯内的最长和最短弦长之差除以 纤芯直径所得之商包层不圆度 两条通过包层中心 的包层表面圆内的最长和最短弦长之 差除以包层表面圆直径所得之商纤芯/包层同心度误差纤芯中 心与包层中心之间的距离除以纤芯直 径所得之商包层偏心率最小包层厚度与最 大包层厚度之比值guangxian guanxue texing canshu 光纤光学特性参数(optical characteristics parameters of optical fiber) 反映光纤波导光学特性的参数主要有相对折射率差、折射率分 布系数、数值孔径、模场直径和截止 波长等相对折射率差表示纤芯的最大 折射率n1与包层的折射率n2的差异程 度的参数。

其值的大小可用A来表示: A = (n2 -n2)/2n2a通常以百分比表 1 2 1示，A的大小表明把光封闭在纤芯里 传输的难易程度A越大，越容易把光 封闭在纤芯里，有利于减小光纤里的 弯曲损耗但是大的A会使光纤的带 宽降低或色散增大多模光纤的A约 为1%以上，单模光纤则更小A很小 的光纤称为弱导光纤，其A可以近似 表示为A)/nw折射率分布系数 当光纤纤芯中 的折射率为指数(幕)分布时，其数学 表达式为：n(r)=气r、a1 - 2A -顷)式中a为纤芯半径；r是从纤芯轴心沿 半径方向的一个变量；a称为折射率 分布系数，简称分布指数，或分布参 数a = 1时，纤芯的折射率分布为三 角形，a = 2时为抛物型折射率分布， a为无穷大时就成为突变型分布a 的变化影响光纤的传输特性理论和 实践均证明a = 2时，多模光纤的模间 色散最小，带宽最高数值孔径(Numerical Aperture) 衡量光纤集光能力的参数，是描述光 纤光学特性非常有用的参数记为 NA光纤的数值孔径是以子午光线 (包含在光纤中心轴平面即子午面内 的光射线)来描述其定义的：NA = n sin 0 = \；n 2 一 n 2 = n、：2A，其中0 max为在一点能进入或离开光纤 的子午光线的最大锥体的半顶角，n 为该点所在介质的折射率。

渐变型光纤的纤芯折射率分布 n(r)是径向坐标的函数，光线射入光 纤端面不同点时，其数值孔径亦不同 定义渐变型光纤中子午光线的局部数 值孔径为：NA(r) =，、：n2 (r) - n2，v 2NA(r)越大，该点捕捉光线的能力越 强为使光线有效的入射到光纤内， 所采用的透镜系统的数值孔径应尽可 能与光纤的数值孔径匹配；为减小不 同光纤接续时的损耗，应使数值孔径 尽可能一致大的数值孔径有利于提 高光源与光纤的耦合效率并减小光纤 弯曲时的附加损耗但数值孔径过大， 会使光纤的色散增大或带宽降低选 择最佳数值孔径值要兼顾几个方面， 并取决于光纤应用的具体要求截止波长(Cut-off Wavelength) 光纤中导模的总数与归一化频率有 关当归一化频率减小到某一值V时， cLP]i模式的传播常数等于包层内平面 波的相速度时，其光能不再沿轴向传 播，而是开始沿径向逸出光纤，这种 现象称为截止此时光纤只传导基模， V则称为归一化截止频率，此时它所 c对应的波长称为截止波长只有工作 波长大于单模光纤的截止波长时才能 保证单模工作，而实际上光纤中的有 效截止波长要比理论截止波长短对 单包层阶跃光纤，其匕=2.4048，当 0 < V < 2.448时为单模工作状态。

模场直径 MFD(Mode FieldDiameter)单模光纤中的基模场强在 光纤的横截面内有一特定的分布，这 个分布与光纤的结构有关，光功率被 约束在光纤横截面一定的范围内模 场直径就是衡量这个范围的物理量， 它是单模光纤的重要参数由这一参 数可以推导出单模光纤的截止波长、 耦合和连接的效果以及弯曲损耗等， 可以说模场直径是单模光纤的万能参 数一般说来，当工作波长并非远离 截止波长时，单模光纤基模场分布近 似于高斯分布，因此通常将纤芯中场 分布曲线最大值的1/e所对应的直径 定义为模场直径然而实际上单模光 纤的模场分布形状与光纤的折射率分 布有关，只有平方折射率分布单模光 纤的径向场分布才具有严格的高斯分 布，对于其它折射率分布，光线要向 折射率大的区域偏折，不再符合高斯 分布因此国际电信联盟ITU-T给出 了几种根据单模光纤中场分布W定义 的模场直径：1 . Petermann I 模场：2. Petermann II模场:3.高斯拟合定义:d = 2dpnf，其中w g 为 g [「ww rdr j高斯拟合分布函数一般情况下，由上三式给出的光 纤模场直径并不相同，但如果光纤中 的场分布为高斯形式时，则有 d = d = d。

guangxian chuangshu光纤传输(optical fiber transmission) 将可见光谱或接近可见光谱范围内的 电磁波从光纤的一端传送到另一端 研究光波在光纤中传输的物理过程， 可以用射线理论（也称几何光学）或模 式理论（也称波动理论）射线理论射线理论也称几何光 学是光波长人-0,并把它忽略时， 用射线代表光能量传输路线的分析方 法射线可以是直线，也可以是曲线 它不能给出严密完整的结果，可以给 出直接的概念和简明的形象射线理 论适用于光波波长远远小于波导几何 尺寸的光纤，芯径尺寸大的多模光纤 运用射线理论可以得出相当好的结果， 单模光纤却不适用以阶跃光纤为例，用射线理论来 说明光波在光纤中传播的物理过程， 如下图所示，光从光纤的左侧端面射 入到均匀介质光纤，光的轨迹是一条 直线，一直射到纤芯与包层的界面上， 在界面上根据折射定律，在一定条件 下，形成全内反射，以“之”字形曲 折地向前传播如果光是在渐变型光 纤中传播，则由折射定律可知，光将 沿着一条曲线，弯曲着在光纤中传播图光在阶跃光纤中的传输轨迹波动理论 光波是电磁波，一切 宏观的电磁现象都满足麦克斯韦方 程。

用波动理论来解释光在光纤中的 传输，就是根据麦克斯韦方程组进而 推导出电场和磁场的波动方程，再代 入光纤的边界条件，解出光纤纤芯和 包层中的电场和磁场等各个分量的解 答，得到光纤的传输参量，再由特征 方程分析出截止波长，找出基模和单 模的传输条件用波动理论可以全面的得到正确 的解析或数学结果，给出光波导中容 许的场结构形式，即模式，给出光纤 中完美的场的描述duomo guangxian多模光纤（multimode optical fiber）在给定的工作波长上传输多种模式的 光纤按其折射率分布可分为突变型 和渐变型普通多模光纤的数值孔径 约为0.2 土 0.02，芯径/外径为50^m/125^m由于多模光纤中传输 的模式多达数百个，各个模式的传播 常数和群速率也不同，使光纤的带宽 较窄，色散较大，损耗也较大，只适 合于中短距离和小容量的光纤通信系 统使用基模在光纤中传播的光波包含 有多个电磁模式（简称模式），一个模式 代表一种电磁场的分布每个传播的 模式都有其截止波长，截止波长最长 的模式即是光纤的基模，除基模以外 的模式均称为高阶模danmo guangxian单模光纤（single mode optical fiber） 在某一工作波长上，所有的高阶模都 截止，只传输单一基模的光纤。

单模光纤与多模光纤相比较，芯 径细很多，仅为8~10 Rm因只传输一 个模式，无模间色散，总色散小，带 宽较宽单模光纤主要使用在1.3〜1.6 Rm的波长区域，通过对光纤 折射率剖面的适当设计，并选用纯度 很高的材料制备，可在此波段同时实 现最低损耗与最小色散单模光纤用 于长距离、大容量光纤通信系统，光 纤局部区域网和各种光纤传感器中零色散波长(zero dispersion wavelength)使单模光纤总色散为零 的光波波长单模光纤中的色散主要 有材料色散和波导色散现在的普通 单模光纤在1.31 ^m附近处两种色散 相互抵消，1.31 pm则为零色散波长guangxian sunhao光纤损耗(fiber loss) 光在光纤中传播的时候，其能量(光强)由于吸收、 散射等原因不断减小的现象一般用 “分贝(dB)”来表示光纤的损耗，记 为A = 10log二其中P ,P分别10 P in outout指光纤入射端和出射端的光功率在 稳态条件下，在长度为L的均匀光纤 中，单位长度光纤上的损耗系数表示 为：以(人)=A"L，式中得出的系。