光纤的导光原理PPT课件
传播常数β
• 传播常数 β 是描述光纤中各模式传输特性的 一个参数，光纤中各模式的传输或截止都可以 由该参数决定。 • 光纤通信中信息就是由传导模传送的 。传导 模的传播常数是限制在到之间的，即 k0 n1 ＜β＜ k0 n2 。 • 当β＞ k0 n2时，包层中的电磁场不再衰减，而成 为振荡函数，这时传导模已不能集中于光纤纤 芯中传播，此时的模式称为辐射模，即传导模 截止。 2 • 当β= k0 n 时，传导模处于临界截止状态，光线 在纤芯和包层的界面掠射。
渐变光纤的导光原理示意图
为了分析渐变型光纤中光的传播，将纤芯划分成若干同轴的 薄层 ，假设各层内折射率均匀分布，而每层折射率从里到外逐渐 减小，即有 n11＞ n12＞n13 ＞ n14＞…。 若光以一定的入射角从轴心处第一层射向与第二层的交界面时，由 于是从光密介质射向光疏介质，折射接角大于入射角，光线将折射 进第二层射向与第三层的交界面，并再次发生折射进入第三层，依 次第推，由于光线都是从光密介质射向光疏介质，入射角将随折射 次数增大。当在某一界面处（图中是在第三层和第四层的界面上） ，入射角大于临界角时，光线将出现全反射，方向不再朝向包层而 是朝向轴心。之后光线是从光疏介质射向光密介质，入射角逐渐减 小，直至穿过轴心后，光线又出现从光密介质射向光疏介质，重复 上述折射过程。因此，当纤芯分层数无限多，其厚度趋于零时，渐 变型光纤纤芯折射率呈连续变化，光线在其中的传播轨迹不再是折 线，而是一条近似于正弦型的曲线。
多模传输的模式数
• 对于阶跃型光纤，光纤中的传输模式数为
V2 Ns 2
• 对于渐变型光纤，光纤中的传输模式数为
n1 n2 n1
对于渐变型光纤，若轴心处（r=0）的折射率为n(0) ,则相 对折射率差定义为 2 2
n ( 0) n 2 2 n ( 0) 2
数值孔径 NA
• 对于阶跃型光纤，当光线在纤芯与包层界面上 发生全反射时，光波在纤芯中传播轨迹为折线， 相应的端面入射角记为光纤波导的孔径角（或 端面临界角）。即只有光纤端面入射角大于的 光线才能在光纤中传播，故光纤的受光区域是 一个圆锥形区域，圆锥半锥角的最大值就等于。 为表示光纤的集光能力大小，定义光纤波导孔 径角的正弦值为光纤的数值孔径（NA），即：
光纤的归一化频率
• 归一化频率是为表征光纤中所能传播的模式数 目多少而引入的一个特征参数。 • 其定义为：
V 2a
n1 n2
2
2
k 0 an1
2
• 其中，a ——是光纤的纤芯半径； ——是光纤的工作波长； • • n1和 n2 ——分别是光纤的纤芯和包层折射率； k0——真空中的波数； • ——光纤的相对折射率差。 •
NA sin 0 n1 n2
2 2
由于
n1
2
n2
2
2
2n1
，上式简化成为
NA n1 2
可见，光纤的数值孔径与纤芯与包层直径无关，只与两者的相 对折射率差有关。若纤芯和包层的折射率差越大， NA 值就越大， 即光纤的集光能力就越强。 对于阶跃型光纤，由于纤芯折射率均匀分布，纤芯端面各点的 数值孔径都相同，即各点收光能力相同。对于渐变型光纤，纤芯折 射率分布不均匀，光线在其端面不同点入射，光纤的收光能力不同 ，因此渐变型光纤数值孔径定义为：
光纤的光学参数
• 相对折射率差Δ
• 数值孔径 NA
相对折射率差Δ
对于阶跃型光纤，假设是 n2 包层折射率，n1 是纤芯折 射率，且 n1＞ n2 ，n1 和 n2 的差值大小直接影响光纤的性 能。故引入相对折射率差Δ 表示其相差程度。 Leabharlann 1 n2 2n12 2 2
n1 ≈ n 2 对于通信光纤， ，上式简化成为
第三讲 光纤的导光原理
主要内容
• • • • • 一、光的基本特性 二、阶跃光纤的导光原理分析 三、渐变光纤的导光原理分析 四、光纤的模式 五、光纤的特性参数
光的反射与折射示意图
光的全反射示意图
n2
2
1
3
n1
n2
0
①②
n1 n2
4
阶跃光纤的导光原理示意图
阶跃型光纤折射率是沿径向呈阶跃分布，在轴向呈均匀 n2是包层折射率， n1是纤芯折射率。假设图中的阶跃 分布， 型光纤为理想的圆柱体，光线若垂直于光纤端面入射，并 与光纤轴线重合，或平行，这时光线将沿纤芯轴线方向向 前传播。若光线以某一角度入射到光纤端面时，光线进入 纤芯会发生折射。当光线到达纤芯与包层的界面上时，发 生全反射或折射现象。 若要使光线在光纤中实现长距离传输，必须使光线 在纤芯与包层的界面上发生全反射，即入射角大于临界角 。由前面分析已知光纤的临界角为 n2 c arcsin( ) n1
NA(r ) n(r ) 2 n2 2 n(r ) 2
光纤中的模式
• 电磁波的传播遵从麦克斯维尔方程，而在光纤中传播的电磁场， 还满足光纤这一传输介质的边界条件。因此根据由光纤结构决定 的光纤的边界条件，可求出光纤中可能传播的模式有横电波、横 磁波和混合波。 • （1）横电波 TEmn • 纵轴方向只有磁场分量，没有电场分量；横截面上有电场分量的 电磁波。中下标m表示电场沿圆周方向的变化周数，n表示电场沿 径向方向的变化周数。 • （2）横磁波 TM mn • 纵轴方向只有电分量，没有磁场分量；横截面上有磁场分量的电 磁波。中下标m表示磁场沿圆周方向的变化周数，n表示磁场沿径 向方向的变化周数。 • （3）混合波HEmn 或 EHmn • 纵轴方向既有电分量又有磁场分量，是横电波和横磁波的混合。 • 无论哪种模式，当m和n的组合不同，表示的模式也不同。
归一化传播常数β /k0与归一化频率V的关系曲线
n1
HE11 TE01 β /k0 EH11
HE31 HE41 TM01 n2 0 1 2 HE21 3 EH21 TM02 4 5 6 HE22
HE12
TE01
V
2a
c
n1
2
单模传输条件 当 0 ＜ V ＜ 2.405 时 , 光纤中除 HE11模以外，其余 主模（或基模） 模式均截止，此时可实现单模传 输。
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光纤的导光原理
谢谢观看
光纤的导光原理
1.光的全反射：当入射光的角度达到或超 过某一角度时，折射光会消失，入射光全 部被反射回来，这就是光的全反射。 2.光纤的原理：光导纤维简称光纤，是利用光的全反射原理 制作的一种新型光学元件，是由两种或两种以上折射率不同 的透明材料通过特殊复合技术制成的复合纤维。它可以将一 种讯息从一端传送到另一端，是让讯息通过的传输媒介。
3. 在光导纤维内传播的光线，其方向与纤维表面的法线 所成夹角如果大于某个临界角度，如图5-18所示。 则将在内外两层之间产生多次全反射而传播到另一端， 如图5-19所示。
图5-18 光的全反射
图5-19 光在光纤中的传播
在传输过程中没有折射能量损失！
4.光纤的组成
纤芯
覆盖直径100—150微 米的包层和涂敷层，如 图所示，包层的折射率 比纤芯略低，并要求芯 料和涂层的折射率相差 越大越好
包层
涂敷层
5.光导纤维按材质分类
无机光导纤维
单组分（石英）： 四氯化硅，三氯氧磷，三溴化硼 多组分： 二氧化硅，三氧化二硼，硝酸钠， 氧化铊等
高分机硅聚合物
6.光纤的应用
光纤通信是现代通信网的主要传输手段， 除此之外光纤还在医学领域也有着举足轻重的 作用，我们看到的各种漂亮的灯光效果都是纤 维的成果。
光纤通信系统PPT课件
套塑光纤结构
48 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(2)单模光纤 当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级， 这时，光纤只允许一种模式（基模）在 其中传播，其余的高次模全部截止，这 样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
41 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒 质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础 设施的支柱。
7 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光 技术、光电集成技术为基础发展起来的 通信系统，它具有频带宽、重量轻、体 积小、节省能源，主要用于大容量国际、 国内长途通信干线，也用于短局间中继。 我国今后不再敷设新的长途电缆线路， 而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向 的，每一端都有光发送机、光接收机和 电发送机、电接收机并且每一端的光发 送机和光接收机做在一起，称为光端机， 电发送机和电接收机组合起来称为电端 机。同样，中继器也有正反两个方向。
48 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(2)单模光纤 当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级， 这时，光纤只允许一种模式（基模）在 其中传播，其余的高次模全部截止，这 样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
41 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒 质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础 设施的支柱。
7 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光 技术、光电集成技术为基础发展起来的 通信系统，它具有频带宽、重量轻、体 积小、节省能源，主要用于大容量国际、 国内长途通信干线，也用于短局间中继。 我国今后不再敷设新的长途电缆线路， 而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向 的，每一端都有光发送机、光接收机和 电发送机、电接收机并且每一端的光发 送机和光接收机做在一起，称为光端机， 电发送机和电接收机组合起来称为电端 机。同样，中继器也有正反两个方向。
光纤PPT课件
光纤的典型结构是多 层同轴圆柱体由图31-1 所 示 ， 自 内 向 外 为纤芯、包层及涂覆 层。纤芯和包层合起 来构成裸光纤，光纤 的光学及传输特性主 要由它决定。涂覆层
2
光纤按折射率分布来分类，一般可 分为阶跃型光纤和渐变型光纤。
(1) 阶跃型光纤
如果纤芯折射率(指数)n1半径方向保 持一定，包层折射率n2沿半径方向 也保持一定，而且纤芯和包层的折 射率在边界处呈阶梯型变化的光纤， 称为阶跃型光纤，又可称为均匀光 纤，它的结构如图3-1-2(a)所示。
2
渐变折射率光纤可以降低模间色散，如 图3-2-2所示
选择合适的折射率分布就有可能使所有 光线同时到达光纤输出端。
相对折射指数差Δ和数值孔径NA是描 述光纤性能的两个重要参数。
1相对折射指数Δ
光纤纤芯的折射率和包层的折射率的 相差程度可以用相对折射指数差Δ来 表示
相对折射指数Δ很小的光纤称为弱导
(2) 渐变型光纤
如果纤芯折射率n1随着半径加大而逐渐减小，而包 层中折射率n2是均匀的，这种光纤称为渐变型光纤， 又称为非均匀光纤，它的结构如图3-1-2(b)所示。
1
光线入射在纤芯与包层界面上会发 生全反射，当全反射的光线再次入 射到纤芯与包层的分界面时，它被 再次全反射回纤芯中，这样所有满 足θ1＞θc的光线都会被限制在纤芯中 而向前传输，这就是光纤传光的基 本原理。
第三章 光纤
3.1光纤概述 3.2光纤的导光原理 3.3相对折射指数差Δ和数值孔径NA 3.4阶跃型光纤的波动光学理论 3.5阶跃型光纤的标量模 3.6可导与截止 3.7渐变型光纤的理论分析 3.8光纤的损耗特性 3.9光纤的色散特性 3.10单模光纤 3.11光纤的传输带宽
1光纤结构
2
光纤按折射率分布来分类，一般可 分为阶跃型光纤和渐变型光纤。
(1) 阶跃型光纤
如果纤芯折射率(指数)n1半径方向保 持一定，包层折射率n2沿半径方向 也保持一定，而且纤芯和包层的折 射率在边界处呈阶梯型变化的光纤， 称为阶跃型光纤，又可称为均匀光 纤，它的结构如图3-1-2(a)所示。
2
渐变折射率光纤可以降低模间色散，如 图3-2-2所示
选择合适的折射率分布就有可能使所有 光线同时到达光纤输出端。
相对折射指数差Δ和数值孔径NA是描 述光纤性能的两个重要参数。
1相对折射指数Δ
光纤纤芯的折射率和包层的折射率的 相差程度可以用相对折射指数差Δ来 表示
相对折射指数Δ很小的光纤称为弱导
(2) 渐变型光纤
如果纤芯折射率n1随着半径加大而逐渐减小，而包 层中折射率n2是均匀的，这种光纤称为渐变型光纤， 又称为非均匀光纤，它的结构如图3-1-2(b)所示。
1
光线入射在纤芯与包层界面上会发 生全反射，当全反射的光线再次入 射到纤芯与包层的分界面时，它被 再次全反射回纤芯中，这样所有满 足θ1＞θc的光线都会被限制在纤芯中 而向前传输，这就是光纤传光的基 本原理。
第三章 光纤
3.1光纤概述 3.2光纤的导光原理 3.3相对折射指数差Δ和数值孔径NA 3.4阶跃型光纤的波动光学理论 3.5阶跃型光纤的标量模 3.6可导与截止 3.7渐变型光纤的理论分析 3.8光纤的损耗特性 3.9光纤的色散特性 3.10单模光纤 3.11光纤的传输带宽
1光纤结构
渐变型光纤导光原理课件.
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
渐变型多模光纤如图 在纤芯中心折射率最大为n1 沿径向r向外围逐渐变小
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
直到包层变为n2
光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播
特点是信号畸变小
1.渐变型光纤导光原理
通信技术专业教学资源库 石家庄邮电职业技术学院
谢谢
主讲：杨斐
渐变型光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
可使高次模的光按正弦形式传播 这能减少模间色散 提高光纤带宽 增加传输距离
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化 渐变型光纤导光原理是利用光的反射和折射
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
通信技术专业教学资源库 石家庄邮电职业技术学院
使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
渐变型多模光纤如图 在纤芯中心折射率最大为n1 沿径向r向外围逐渐变小
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
直到包层变为n2
光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播
特点是信号畸变小
1.渐变型光纤导光原理
通信技术专业教学资源库 石家庄邮电职业技术学院
谢谢
主讲：杨斐
渐变型光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
可使高次模的光按正弦形式传播 这能减少模间色散 提高光纤带宽 增加传输距离
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化 渐变型光纤导光原理是利用光的反射和折射
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
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光纤结构与导光原理
=(c/ )·(n2/n12)
9
光纤通信系统
习题
例1：已知n1=1.5， n2=1.0， 试求其BL。 解： BL<(c/ )·(n2/n12)=0.4(Mb/s).km
例2：已知n1=1.5， =0.002。试求其BL 。 。 解： BL<(c/ )·(n2/n12)=100(Mb/s).km
2020/7/21
光纤的导光原理(射线分析)
2020/7/21
7
光纤通信系统
全反射
❖定义：当入射角增大到某一角度，使折射角 达到90o时，折射光线完全消失，只剩下反射 光线，这种现象叫做全反射。
❖理解：全反射现象是光的折射的特殊现象， 折射光线的能量等于零，光线只按反射路线 传播，且遵循光的反射定律。
❖条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入 射角大于或等于临界角。
10
光纤通信系统
渐变光纤的引入
群时延差限制了光纤的传输带宽。 为了减少多模阶跃折射率光纤的脉冲展 宽，人们制造了渐变折射率光纤。渐变 折射率光纤的折射率在纤芯中连续变化。 适当选择折射率的分布形式，可以使不 同入射角的光线有大致相同的光程，从 而大大减小群时延差。
2020/7/21
11
光纤通信系统
渐变光纤的光学特性
光学特性决定于它的折射率分布。渐变型光纤 的折射率分布可以表示为
n(r
)
n1[1 n1 (1
2f (r 2)1/ 2
)]1/2 (r a) n2 (r a)
f(r)=(r/a)，是一个描述光纤剖面折射率分布的 函数；a是纤芯半径；r是光纤中任意一点到轴心的 距离。使群时延差减至最小的最佳的在2左右， 称为抛物线分布。
2020/7/21
光纤的导光原理
光纤的导光原理光纤是一种能够将光信号传输的特殊材料，其导光原理是通过光的全反射现象来实现的。
光纤的导光原理是光信号在光纤中的传输方式，其基本原理是利用光在光纤中的反射和折射来实现信号的传输。
光纤的导光原理是光通信和光传感技术的基础，对于光纤通信和光纤传感技术的发展起着至关重要的作用。
光纤的导光原理主要包括两个方面，一是光的全反射，二是光的折射。
光的全反射是指当光从光密介质射向光疏介质时，入射角大于临界角时，光将被完全反射回光密介质中。
这种全反射现象是光纤能够实现信号传输的基础。
光的折射是指当光从一种介质射向另一种介质时，由于介质密度的不同而引起光线的偏折现象。
在光纤中，光线的折射使得光能够沿着光纤传输，而不会发生明显的衰减和扩散。
在光纤中，光信号是通过光的全反射和折射来实现传输的。
当光信号进入光纤时，由于光的全反射和折射，光信号能够沿着光纤传输，并且几乎不会发生衰减和扩散。
这使得光纤成为一种非常理想的传输介质，能够实现长距离、高速、大容量的光通信和光传感。
光纤的导光原理在光通信和光传感领域有着广泛的应用。
在光通信方面，光纤的导光原理使得光通信能够实现长距离、高速、大容量的传输，成为现代通信技术中不可或缺的一部分。
在光传感方面，光纤的导光原理能够实现对光信号的高灵敏度检测，广泛应用于光纤传感、光纤光栅、光纤陀螺等领域。
总之，光纤的导光原理是光纤通信和光传感技术的基础，其原理主要包括光的全反射和折射。
光纤的导光原理使得光信号能够在光纤中实现长距离、高速、大容量的传输，对于现代通信技术和传感技术的发展起着至关重要的作用。
光纤的导光原理将继续推动光通信和光传感技术的发展，为人类的信息交流和科学研究提供更加便捷和高效的手段。
第四章 光波导(光纤)传输理论PPT课件
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
光波 ？是高频率的电磁波，其频率 为1014HZ量级，波长为微米量级。 光纤 ？是工作在光频的一种介质波 导，它引导光沿着与轴线平行的方 向传输。 电磁波的频谱图
3
图4.1 电磁波谱图4
可得光纤中导波特征方程：
[n12 1J'm(U)1K'm(W)][1J'm(U)1K'm(W)] n22UJm(U) WKm(W) UJm(U) WKm(W)
m2(11)(n12 11) U2 W2 n22U2 W2
(4.15) 35
对于弱导波光纤n2≈n1 ，则特征方程可简化为：
U 1J J'm m ((U U ))W 1K K 'm m ((W W )) m (U 1 2W 12) (4.16)
25
贝塞尔函数曲线 第二类修正贝塞尔函数曲26 线
2. U、W、V和β作用
（在光纤中引入的几个重要参数）
U叫导波径向（r向）归一化相位常数，它描述 了导波电场和磁场在纤芯横截面上的分布； W叫导波径向（r向）归一化衰减常数，它描述 了导波电场和磁场在包层横截面上的分布； V叫归一化频率，它是表示光波频率大小的无量 纲的量； β为导波沿光纤轴向传输时的相位常数。
(4.4) 24
在纤芯中应为振荡解，故其解取贝塞尔函数；在 包层中应是衰减解，故其解取第二类修正的贝塞 尔函数解。于是R(r)可写为：
R(r)Jm[n21k202]1/2r
R (r)K m [ 2n22k20]1/2r
ra
第二章光纤的导光原理
一、光在光纤中的传播 2、子午射线在渐变光纤中的传播
n1sin θ1=n2sin α n4 n3 n1>n2 ⇒ α > θ1 n2 α =θ2 ⇒ θθ1> θ1 n1 2 n2 同理： 同理： n3 θ1 ＜ θ2＜ θ3＜…4 θn n＜
nc
θ3
φ
θ1
θ2
α θ1
θ2
nc 渐变光纤的导光原理：依据折射原理, 渐变光纤的导光原理：依据折射原理,光线最 迟在芯包界面发生全反射， 迟在芯包界面发生全反射，将子午射线限制在纤芯 中向前传播的。 中向前传播的。
θmax
三、光纤的传输模式
射线模：在射线理论中， a、射线模：在射线理论中，我们认为一 个传播方向的光线对应一种模式。 个传播方向的光线对应一种模式。 b、传导模：光源在光纤中激励出所有模 传导模： 式中的一部分能由光纤的一端传到另一端， 式中的一部分能由光纤的一端传到另一端， 这种能在光纤中传播的模式称之为传导模 式(简称导模)。 简称导模)光纤的数值孔径
数值孔径的定义： 数值孔径的定义：能在光纤中形成全反射的 光线在空气中的最大入射角的正弦值。 光线在空气中的最大入射角的正弦值。
1、阶跃光纤的数值孔径 n2 α0
θa
Фc
n1
二、光纤的数值孔径 Фc
n2
α0
θa
n1
角θa的正弦sin θa，称为光纤的数值孔径，以NA表示。 θa的正弦sin θa，称为光纤的数值孔径， NA表示。 的正弦 表示 • n0sin θa =n1sinα0=n1sin(90 － Фc)=n1cos Фc sin(90º－ n1sin Фc =n2sin90° ⇒ sin Фc＝ n2/n1 • • (1－ [1－ sin θa =n1(1－sin2 Фc )1/2=n1[1－(n2/n1)]1/2 (2∆ =n1(2∆)1/2 (2∆ 即NA=n1(2∆)1/2
知识点渐变型光纤导光原理课件.
1.3.3单模光纤的传输条件
• 光传输频率低于某一频率Vc时，光纤中只有一种模式的光 （基模）被传输，其余的高次模全部被截止，称该频率Vc为
截止频率。
• 除了光纤的参量如纤芯半径、数值孔径必须满足一定条件外， 要实现单模传输还必须使光纤的归一化频率V小于截止频率，
即V≤Vc。
V
2a n1 n2
V
2a n1 n2
2
2
2an1 2
•V值的大小能决定光纤中传播模式的数量。只传输基模光信号的
光纤为单模光纤。传输多种模式光信号的光纤为多模光纤。 •阶跃光纤导波模式的数量为N=V2/2，渐变光纤导波模式的数量 为N=V2/4 。
1.3.3单模光纤的传输条件
•单模光纤为什么只传输一种模式， 有什么好处？ •单模光纤是如何避免多种模式的光 在光纤中传输的？ 探 讨
1.3.2 光信号的传输模式
• 光纤中光信号的传输模式有基模和高次模。为了表征光纤中 传输模式的数量，引入归一化频率V，用它来表征光纤中传输 导波模式的数量（简称导模数），其表达式为：
其中：λ为光波的波长（μm）；n1为纤芯区域中最大折射率， 对阶跃光纤而言它为常数，对渐变光纤而言它为轴心处的折射 率；n2为包层区域中最大折射率；a为纤芯的半径(μm)；Δ为 光纤的相对折射率差
第1章 光通信基础
第一教学情境内容和要求
光纤通信系统认识
掌握光的反 射、折射 和全反射
了解SDH、 WDM传输 设备
认识光学
认识光纤
认知光纤通 信系统
认知光纤设备
掌握光纤的结 构、型号、 特性和标准 第一章 光通信基础
掌握光纤通信系 统组成，理解 SDH原理及保护 第二章 光纤通信系统
光纤通信原理及基础知识ppt课件
光纤的通信原理及基础知识
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0
光纤的通信原理及基础知识
第一章 光纤通信的基本原理 第二章 光纤的基本结构和分类 第三章 光纤的基本参数 第四章 光纤的制造方法
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1
第一章 光纤、光缆的基本知识
§1.1 光纤通信的基本原理
信号 处理
发送端
光波导
信号 处理
接收端
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2
光纤通信的基本原理
1.0
1,600 km
100 km
6km
0.5
6,400 km
400 km
25km
0.2
40,000 km 2,500 km 156km
• 当比特率大于10Gb/s, 偏振模色散必须考虑.
• 降低光纤偏振模色散值:
– 改进光纤的几何形状
• 导致裸纤的旋转
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31
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
8
1 非色散位移光纤 2 色散位移光纤 3 色散平坦光纤 4 非零色散位移光纤
1
4
2
4
3
0 1200
1400 1500 1600 1700 1800 nm
-4
色散D(ps/(nm•km))
-8
波长(nm)
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28
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
定义：
基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过 程中会产生时延，从而引入偏振模色散
928km
1550nm (G.655)
4528km
1310nm (G.652)
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光纤的通信原理及基础知识
第一章 光纤通信的基本原理 第二章 光纤的基本结构和分类 第三章 光纤的基本参数 第四章 光纤的制造方法
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第一章 光纤、光缆的基本知识
§1.1 光纤通信的基本原理
信号 处理
发送端
光波导
信号 处理
接收端
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2
光纤通信的基本原理
1.0
1,600 km
100 km
6km
0.5
6,400 km
400 km
25km
0.2
40,000 km 2,500 km 156km
• 当比特率大于10Gb/s, 偏振模色散必须考虑.
• 降低光纤偏振模色散值:
– 改进光纤的几何形状
• 导致裸纤的旋转
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光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
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1 非色散位移光纤 2 色散位移光纤 3 色散平坦光纤 4 非零色散位移光纤
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4
3
0 1200
1400 1500 1600 1700 1800 nm
-4
色散D(ps/(nm•km))
-8
波长(nm)
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光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
定义：
基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过 程中会产生时延，从而引入偏振模色散
928km
1550nm (G.655)
4528km
1310nm (G.652)