光纤通信技术讲座光纤传输原理特性和应用
光纤的原理和应用
光纤的原理和应用1. 光纤的原理光纤是一种可传输光信号的纤维，采用光的全反射原理传输信号。
其原理可以分为两个方面：光的折射和全反射。
1.光的折射光线在两个介质之间传播时，会发生折射现象。
光线从光密介质传播到光疏介质时，会向法线方向弯曲，光线传播速度减慢。
根据斯涅尔定律，入射角和折射角之间的正弦比等于两个介质的折射率之比。
2.全反射当光线从光疏介质射入光密介质时，如果入射角大于临界角，光线将会被完全反射，不会向外传播。
光纤正是利用了这个全反射的原理来传输光信号的。
2. 光纤的应用光纤具有许多优点，如大带宽、低损耗和抗干扰能力强等，因此在许多领域得到了广泛的应用。
2.1 通信领域光纤在通信领域有着广泛的应用。
传统的电话线使用的是铜线，而光纤可以提供更大的带宽和更低的信号损耗。
因此，现代的电话网络和网络通信都采用了光纤传输信号。
2.2 医疗领域光纤在医疗领域也有重要的应用。
医学成像技术中常常使用光纤传输光信号，例如内窥镜和光纤光学相干断层扫描（OCT）等设备。
光纤的柔韧性和小尺寸使其能够进入人体内部进行检查和诊断。
2.3 工业控制光纤在工业控制中也有广泛的应用。
由于光纤具有抗电磁干扰的特性，因此在高电磁干扰环境下，光纤可以更可靠地传输信号。
在工业控制系统中，光纤常用于传输传感器信号和控制信号，以提高系统的可靠性和稳定性。
2.4 数据中心随着大数据时代的到来，数据中心需要处理大量的数据传输。
光纤的高带宽和低延迟特性使其成为数据中心网络的理想选择。
传统的铜线网络无法满足大规模数据中心的需求，而光纤网络可以满足高速数据传输的要求。
2.5 家庭网络在家庭网络中，光纤也逐渐得到了应用。
越来越多的家庭选择采用光纤网络来提供更快的上网速度和稳定的网络连接。
光纤网络不受距离限制，并且具有较低的信号衰减，因此在家庭网络中越来越受欢迎。
3. 总结光纤是一种基于全反射原理传输光信号的纤维。
它具有大带宽、低损耗和抗干扰能力强等优点，因此在通信、医疗、工业控制、数据中心和家庭网络等领域得到了广泛的应用。
光纤通信技术的原理和应用
光纤通信技术的原理和应用光纤通信技术是一种基于光信号传输的通信技术，与传统的电信技术相比，光纤通信技术具有传输带宽高、信号损耗低、信息安全性高、抗干扰性强等优势，已经成为现代化通信基础设施的重要组成部分。
一、光纤通信技术的原理光纤通信技术的原理是基于光的全反射现象，在一根光纤内部通过反复的全反射来传输光信号。
光纤通信系统由三部分组成：发射机、光纤和接收机。
发射机将电信号转换成光信号，并将光信号通过光纤传输给接收机，接收机将光信号转换回电信号。
发射机中主要的组成部分是激光器和调制器。
激光器能够产生高速的光信号，调制器则能够将电信号转换成光信号。
在激光器中，电子受到电场力的作用，会跃迁到能量较高的激发态，然后通过受激辐射从激发态退回到基态，同时发射出光子形成光信号。
光纤是光信号传输的媒介，主要由二氧化硅等材料制成。
由于材料的折射率比周围介质的折射率大，光在光纤中会发生全反射。
光纤通常被分成两种类型：单模光纤和多模光纤。
单模光纤通常应用于长距离、高速率的光传输，而多模光纤主要应用于较短距离、相对低速率的光传输。
接收机中主要的组成部分是探测器和前置放大器。
探测器能够将光信号转换成电信号，前置放大器则能够放大电信号。
探测器有效地将光纤中的光信号转换成电信号，通过前置放大器进行电信号的放大，接收机就能够获取到正确的信号。
二、光纤通信技术的应用光纤通信技术在现代通信领域得到了广泛的应用。
其主要应用包括以下几个方面：1、远程通信光纤通信技术能够实现远程通信，应用于电话网络、宽带网络、移动通信网络等多个领域。
光纤通信技术具有较高的传输带宽和低的信号损耗率，能够支持大量的高速数据传输和多媒体信息传递。
2、军事通信在军事通信领域，光纤通信技术的应用主要体现在高速数据传输、远程控制和情报传递等方面。
光纤通信技术能够支持极高速率和大量数据传输，通过其高度安全的特性，可以有效地保障军事机密信息的安全。
3、医疗领域光纤通信技术在医疗领域的应用主要体现在光纤内窥镜和激光切割系统等方面。
现代光纤通信技术及其应用
现代光纤通信技术及其应用随着现代社会信息的迅速发展，通信技术也在不断更新和发展。
光纤通信技术作为其中的一个重要分支，已经成为了现代通信领域中不可或缺的一部分。
本文将着重介绍光纤通信技术的基本原理、发展历程以及在现代社会中的广泛应用。
一、光纤通信技术的基本原理光纤通信技术是一种将光信号作为信息的传输介质的技术。
光是电磁波的一种，它的波长远远短于无线电波，因此具有更高的频率和更强的能量。
光纤通信技术利用这种特性，将电信号通过调制后转换为光信号，通过光纤传输，再将光信号转换成电信号，实现数据传输和通信的过程。
光纤通信系统主要由三部分组成：光源、传输介质和检测器。
光源产生的光信号进入光纤中，经过光纤的传输后到达接收端，接收器将光信号转换为电信号，最终输出数字信号。
整个过程中光源、光纤和检测器的性能都会影响通信质量的好坏。
二、光纤通信技术的发展历程光纤通信技术的发展可以追溯到19世纪，当时科学家就已经发现了光可以通过玻璃管进行传输。
20世纪初，民用电话开始普及，传输距离越来越长，信号失真的问题也越来越严重。
1960年代，美国贝尔实验室的科学家率先提出了光纤通信技术的概念，并于1970年代将其实现。
1980年代，光纤通信技术开始商业化运营，迅速发展，逐渐替代了传统的无线电通信和有线电缆通信等传输方式。
到了21世纪，光纤通信技术已经成为了全球通信领域的主要技术之一。
目前，世界上许多国家都在大力推进光纤通信技术的发展，提高通信的质量和速度，为现代化建设和信息化发展提供强有力的支持。
三、光纤通信技术在现代社会中的广泛应用随着互联网的兴起，光纤通信技术在信息领域的应用越来越广泛。
目前，光纤通信技术已经被应用于许多领域，例如：1. 互联网通信光纤通信技术被广泛应用于互联网通信领域，极大地提高了互联网传输的速度和带宽。
同时，由于光纤通信技术具有抗干扰能力强、传输损耗小等特点，使得互联网通信更加稳定可靠。
2. 医疗行业光纤通信技术在医疗行业中的应用主要集中在光纤内窥镜和光学成像领域。
光纤通信的应用原理
光纤通信的应用原理介绍光纤通信是一种通过光信号传输数据的通信技术。
它利用光纤作为传输介质，将信号转换成光信号，并通过光纤传输到目的地。
光纤通信具有高速、大带宽、抗干扰等优点，广泛应用于现代通信领域。
本文将介绍光纤通信的应用原理。
原理光纤通信的应用原理主要包括光信号的发射、传输和接收三个部分。
1.光信号的发射光信号的发射是由光发射器完成的，光发射器主要由激光器和调制电路组成。
激光器会产生一束高亮度、聚焦度好的光，这束光会通过调制电路进行调制，将数据信号转换成光信号。
2.光信号的传输光信号在传输过程中会通过光纤进行传输，光纤是一种由玻璃或者塑料制成的细长管道，具有高折射率。
当光信号发射到光纤中时，由于光纤的高折射率，光信号会在光纤内部跳跃反射，从而沿着光纤的轴线传输。
3.光信号的接收光信号的接收是由光接收器完成的，光接收器主要由光电二极管和放大电路组成。
当光信号到达光接收器时，光电二极管会将光信号转换成电信号，然后通过放大电路放大电信号，使其能够被设备进一步处理。
应用光纤通信的应用非常广泛，主要包括以下几个领域：1.长途通信光纤通信在长途通信中发挥了重要作用。
由于光纤具有高带宽和低衰减的特点，能够在长距离传输信号。
因此，光纤通信被广泛应用于国际、国内长途通信线路。
2.数据中心随着云计算、大数据等技术的迅猛发展，数据中心对高速、大带宽的需求也越来越高。
光纤通信具有高速传输和大带宽的特点，能够满足数据中心的需求，因此在数据中心中广泛应用。
3.有线电视光纤通信在有线电视领域也有重要应用。
传统的有线电视系统采用的是铜线传输信号，带宽受限。
而光纤通信具有高带宽的特点，能够传输更多的信号，提供更多的高清、多媒体服务。
4.家庭宽带随着家庭宽带需求的增加，传统的ADSL宽带已经无法满足用户的需求。
光纤通信具有高速、大带宽的特点，能够满足用户对高速上网的需求，因此在家庭宽带中得到广泛应用。
5.科学研究光纤通信在科学研究中也有重要应用。
光纤通信技术
光纤通信技术光纤通信技术是一种使用光纤传输信号的通信方式，它以其高传输速度、大带宽和低损耗等特点，成为现代通信领域的重要技术。
本文将深入探讨光纤通信技术的原理、应用和未来发展趋势。
一、光纤通信技术原理光纤通信技术基于光的传播原理，利用光纤作为传输介质，将信息信号转换成光信号进行传输。
光信号利用光纤内的全内反射现象，在光纤内以高速传输。
光纤由纤芯和包层组成，其中纤芯用于光信号的传输，而包层则起到保护和引导光信号的作用。
二、光纤通信技术应用1. 电信领域：光纤通信技术在电信领域得到广泛应用，用于电话、互联网和有线电视等通信服务。
光纤通信技术具有高速、稳定和大带宽等优势，能够满足人们对通信服务的需求。
2. 数据中心和云计算：随着大数据时代的到来，数据中心和云计算的需求越来越大。
光纤通信技术能够满足大数据传输的需求，提供高速、可靠的数据传输服务。
3. 医疗领域：光纤通信技术在医疗领域也得到广泛应用，被用于医学图像传输、远程医疗和手术机器人等领域。
光纤通信技术的高清晰度和低延迟性能，能够帮助医生进行精确诊断和手术操作。
4. 工业自动化：光纤通信技术在工业自动化控制中起着重要作用，用于工业机器人、传感器和监控系统等设备之间的数据传输。
光纤通信技术的稳定性和抗干扰性能，能够确保工业自动化系统的正常运行。
三、光纤通信技术的未来发展趋势1. 高速光通信：随着高清视频、虚拟现实和人工智能等技术的发展，对光纤通信的传输速度提出了更高的需求。
未来，光纤通信技术将继续提升传输速度，以满足不断增长的数据通信需求。
2. 光纤传感技术：除了传输数据，光纤还可以被用作传感器。
利用光纤的特性，可以实现对温度、压力和湿度等物理量的测量。
未来，光纤传感技术将在工业、环境和医疗等领域得到更广泛的应用。
3. 光纤无源器件的突破：光纤通信系统中的无源器件，如光纤连接器和耦合器等，在光纤通信质量和性能上起着重要作用。
未来，研究人员将致力于改进无源器件的制造工艺和材料，以提高光纤通信系统的可靠性和稳定性。
光纤的工作原理特点及应用
光纤的工作原理特点及应用光纤是一种通过光信号传输数据的传输介质，其工作原理是基于光的全反射现象。
它由中心的光芯和围绕其外部的光层组成，其中光芯用于传输光信号，而光层则起到保护光芯的作用。
光纤的工作原理是光信号在光芯中以光的全反射方式传输。
当入射到光芯表面的光线的折射角小于临界角时，光线将会被全反射回光芯内部，从而实现信号的传输。
由于光的速度非常快，因此光纤能够以高速传输大量的数据。
光纤的工作特点可以概括为以下几点：1. 大带宽: 光纤的传输带宽很大，能够同时传输多个频道的光信号，有效地提高了数据传输的速度和容量。
2. 低损耗: 光纤在传输过程中的信号衰减非常小，能够进行长距离的传输，一般在100公里以上，而且信号传输质量稳定可靠。
3. 电磁干扰小: 光纤传输不受电磁干扰的影响，能够在电磁环境较差的地方稳定地传输数据。
4. 安全性高: 光纤传输的光信号是通过光纤内部的全反射而传输的，非常难以被窃听或干扰，因此光纤传输的数据具有较高的安全性。
5. 体积小、重量轻: 光纤相比于传统的电缆，体积更小、重量更轻，更便于布线和安装。
光纤在通信领域广泛应用，主要有以下几个方面：1. 电话通信: 光纤可以用于长途电话通信，使得通信质量更高，传输信号更迅速，能够满足大容量的交换机需求。
2. 宽带接入: 光纤可用于提供宽带接入服务，能够满足用户高速上网、高清视频、在线游戏等需求。
3. 数据中心: 光纤被广泛应用于数据中心的互联互通，能够提供高带宽、低延迟的传输能力，确保数据中心的高效运行。
4. 无线基站: 光纤可以被用于无线基站的传输介质，能够提供高速、稳定的信号传输，提高无线通信质量和容量。
5. 医疗领域: 光纤在医疗领域中被广泛应用，如内窥镜、激光手术等设备中，能够进行高清影像传输和精确控制，提高医疗的精度和安全性。
6. 工业控制: 光纤在工业控制系统中可用于传输控制信号和监测信号，能够提供可靠的信号传输和远距离传输能力。
浅谈光纤通信技术
浅谈光纤通信技术光纤通信技术是一种利用光纤作为传输媒介进行信息传输的通信技术。
光纤通信技术已经成为现代通信领域中最主要的传输方式之一，其具有传输速度快、传输容量大、传输距离远、抗干扰能力强等优点，因此在通信领域得到了广泛的应用。
本文将从光纤通信技术的基本原理、技术特点、发展趋势以及应用领域等方面进行浅谈。
一、光纤通信技术的基本原理光纤通信技术是通过利用光的全反射特性，在光纤内部传输信息。
其基本原理是利用光的折射特性和全反射原理，在光纤内部传输光信号，并利用光电转换器件将光信号转换为电信号进行信息传输。
光纤通信系统通常由光源、调制器、光纤传输介质、解调器和接收器等组成。
光源通常采用半导体激光器或LED光源，通过调制器调制信号，然后将光信号通过光纤传输介质传输到接收端，接收端通过解调器将光信号转换为电信号，从而实现信息的传输。
二、光纤通信技术的技术特点1. 传输速度快：光纤通信技术传输速度远高于传统的铜质电缆传输速度，能够满足大容量、高速率的通信需求。
2. 传输容量大：光纤通信技术的传输容量远高于传统的铜质电缆传输容量，能够满足日益增长的通信数据量需求。
3. 传输距离远：光纤通信技术的信号衰减比铜质电缆小，能够实现远距离传输，满足长距离通信需求。
4. 抗干扰能力强：光纤通信技术传输过程中不受电磁干扰的影响，稳定性好，可靠性高。
5. 安全性好：光纤通信技术传输过程中不会泄露电磁信号，具有较好的信息安全性。
三、光纤通信技术的发展趋势1. 高速化：随着通信领域对速度的需求越来越大，光纤通信技术将不断追求更高的传输速度，以满足日益增长的通信数据需求。
2. 多频道化：光纤通信技术将不断追求多频道传输技术，以提高传输容量，满足多种通信需求。
3. 节能环保：光纤通信技术将不断提高能效，降低能耗，追求更环保的通信方式。
4. 智能化：光纤通信技术将不断追求智能化，结合人工智能、大数据等技术，提供更智能化的通信服务。
四、光纤通信技术的应用领域光纤通信技术已经广泛应用于各个领域，包括但不限于通信、互联网、电信、电视、军事、医疗、工业等领域。
光纤通信技术的原理和应用
光纤通信技术的原理和应用
光纤通信技术是指利用光纤作为传输介质传送信息的通信方式。
光纤
是一种非常细长的、柔软的玻璃或塑料管，可以将光信号无损地从一端传
输到另一端。
光纤通信技术的原理基于光的全反射和光电转换的原理，通
过将光信号转化为电信号，实现信息的传输。
光纤通信技术的原理可以分为光信号的发射和接收两个过程。
在光信
号的发射过程中，通过激光器或发光二极管产生的光信号经过调制装置进
行调制，将要传输的信息转化为光信号，并通过光纤传输到接收端。
在光
信号的接收过程中，光信号经过光纤传输到接收器，经过光电转换器将光
信号转化为电信号，再经过放大器进行放大，最后通过解调器恢复出原始
信息。
光纤通信技术在现代社会中的应用还涉及到医疗、军事、航天等领域。
在医疗领域，光纤通信技术可以实现医疗图像的传输，如X光、核磁共振
等医学影像学的应用；在军事领域，光纤通信技术可以实现军用通信的保
密和高可靠性需求，保证军队指挥系统的快速响应和高质量的数据传输；
在航天领域，光纤通信技术可以实现航天器与地面之间的可靠通信连接，
提供准确、高速的数据传输。
总的说来，光纤通信技术通过光信号的发射和接收过程，实现了信息
的高速、长距离传输。
在现代社会中，光纤通信技术已经广泛应用于各个
领域，为人们的生活提供了方便和便利。
随着技术的不断进步，光纤通信
技术将继续发展，为未来的通信领域带来更广阔的应用前景。
探讨光纤通信的传输特性及应用
探讨光纤通信的传输特性及应用1.光纤通信的传输特性现在的光纤通信技术的特点有哪些？笔者经过深入的调查与总结，得出了以下的结论。
1.1光纤通信的传播速度较快。
光纤通信与其他传统的通信技术相比，有着较大的带宽。
就目前的光纤通信技术来看，其单波长的光纤通信系统的传输速度一般可以达到2.5Gbps到10Gbps。
这是一个相当快的传播速度。
光纤是通过较为复杂的技术使得传输的容量得以增加，使得其能够突破终端设备带来的电子瓶颈效应。
1.2光纤通信的损耗程度低，节约成本。
相比于传统的铜通信设备，光纤设备采用石英作为原料，降低了设备的损耗。
具实验表明，石英光纤的耗损低至0Db/Km到20dB/Km。
这就说明了其低损耗的性能。
同时由于光纤设备的低损耗现象，使得光纤通信可以使用更少的中继站，这就意味着光纤通信的系统费用也在减少。
笔者认为光纤通信的低损耗特性是一个较大的优势。
1.3光纤通信具有较好的抗电磁干扰的能力。
由于光纤的材料是石英，这就意味着其有较好的抗电、抗磁干扰的能力。
用于石英具有很好的绝缘效果，它不会受到雷电干扰、电离层变化的干扰，也不会受到太阳黑子运动的干扰。
不仅如此，光纤通信还可以很好的避免人为因素的干扰，使得其能够很好地应用于军事等需要较好保护的方面。
1.4光纤通信的泄漏较少，具有较好的保密作用。
在传统的通信技术中，信息的不经意泄漏是一个较为严重的问题，使其容易造成信息泄露与信息丢失。
但是光纤通信就可以很好地解决这一问题，在传播的过程中，射线的泄漏都可以很好地被包皮所吸收，使得其具有较好的保密性。
2.光纤通信的日常应用在日常生活中，光纤通信主要运用在那些方面？在光纤通信的运用过程中出现了什么样的问题？下面笔者将结合光纤通信的实际应用以及光纤通信的应用现状做一定的阐述与说明。
2.1光纤通信中的光纤到户接入技术的应用。
随着现代技术的不断发展，现代技术应用于各家各户。
那么光纤技术也不例外。
随着每家每户的对于网络的需求，宽带技术在不断的发展，为了能够更好地满足消费者的需求，往往采用光纤到户接入技术，它可以保证信息能够快速、准确地传输到每家每户。
光纤传输与光通信技术
光纤传输与光通信技术随着科技的发展，光纤传输和光通信技术在当今社会扮演着重要的角色。
光纤传输与光通信技术不仅在互联网和通信领域带来了革命性的变革，还在医疗、环境监测、能源管理等领域发挥着巨大的潜力。
本文将探讨光纤传输与光通信技术的原理、应用和未来发展方向。
首先，让我们了解光纤传输和光通信技术的原理。
光纤传输是利用光纤作为传输媒介将信息以光信号的形式进行传输的一种技术。
光纤是由纤维状的玻璃或塑料制成，通过光线在其内部的全反射而将信号传输到目的地。
光纤中的光信号是利用光的电磁波特性进行传输的，其速度远远快于传统的电信号传输。
而光通信技术则是利用光纤传输来实现信息交流和通信的一种技术。
通过调制和解调技术，将电信号转换为光信号，经由光纤传输，再转换回电信号的形式，实现信息的传输和接收。
其次，光纤传输与光通信技术的应用广泛且多样化。
最常见的应用就是在互联网和通信领域。
光纤传输提供了高速、大容量和低延迟的数据传输，可以满足日益增长的数据传输需求。
云计算、在线视频、高清音频等都需要高速稳定的网络传输，光纤传输技术能够满足这些需求。
此外，光纤传输还应用于医疗领域，例如纤维光导技术可以实现内窥镜检查和光疗等操作。
光纤传输与光通信技术还可以应用于环境监测和能源管理领域，例如利用光纤传输进行地震监测和电网监控等。
然而，光纤传输与光通信技术在发展过程中也面临着一些挑战。
首先是光纤的损耗和衰减问题。
由于光纤的材质和制造工艺的限制，光信号在传输过程中会发生衰减，从而导致信号质量下降。
其次是光纤的折射和干扰问题。
光纤容易受到细微的弯曲和外界干扰，从而影响光信号的传输效果。
此外，光纤传输还面临着安全性和成本问题。
尽管光纤传输的速度快且容量大，但其建设和维护成本较高，可能限制了其应用范围。
然而，光纤传输与光通信技术的未来发展前景依然广阔。
随着技术的进步和创新，我们可以预见光纤传输与光通信技术将继续发展，成为更加高效可靠的数据传输方式。
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1光纤结构和类型光纤是一种纤芯折射率比包层折射率高的同轴圆柱形电介质波导,如图1所示。
纤芯材料主要成分为掺杂的5102,含量达99.999%,其余成分为极少量的掺杂剂如Geo:等,以提高纤芯的折射率。
纤芯直径约为8林m一100林m。
包层材料一般也为5102,外径为125林m,作用是把光强限制在纤芯中。
为了增强光纤的柔韧性、机械强度和耐老化特性,还在包层外增加一层涂覆层,其主要成分是环氧树醋和硅橡胶等高分子材料。
光能量主要集中在纤芯传输。
包层为光的传输提供反射面和光隔离,并起一定的机械保护作用。
根据光纤横截面上折射率的径向分布情况,把光纤可以粗略地分为阶跃型和渐变型两种。
作为信息传输波导,实用光纤有两种基本类型,它们是多模光纤和单模光纤。
图1表示光线在不同种类光纤纤芯中传播的路径由于色散引起的输出脉冲相对于输人脉冲的展宽△:,以及其横截面的折射率分布。
1.1多模光纤可以传播数百到上千个模式的光纤,称为多模(Multimode)光纤。
根据折射率在纤芯和包层的径向分布情况,又可分为阶跃多模光纤和渐变多模光纤。
阶跃(51,StepIndex)多模光纤折射率在纤芯n,保持不变,到包层突然变为nZ,如图1(a)所示。
阶跃多模光纤一般纤芯直径Za=50~100林m,光线以曲折形状传播,因光纤色散使输出脉冲信号展宽必丁二)最大,相应的带宽大约只有10MHz·km,通常用于短距离传输。
技术讲座/TEC扭帕LOGYFOR姗色散,所以带宽很宽。
但是随之出现的问题是,因单模光纤芯径很小,所以把光祸合进光纤很困难。
那么是不是制造一种光纤,既没有模间色散,带宽较宽,芯径较大,又使光祸合容易,我们说这就是如图1向所示的渐变折射率多模光纤,简称渐变多模光纤。
我们可以这样理解阶跃多模光纤存在的模间色散,在图1(a)中,代表各模的光线以不同的路经在纤芯内传输,在传输速度相同的情况下(均为c/nl,。
是自由空间光速),到达终点所需的时间也不同。
例如,编号为1的光线直线传输,路经最短,到达光纤末端所需的时间最短;编号为3的光线曲折传输,路经最长,到达末端所需的时间最长。
所以这些光线经接收机内的光电探测器变成各自的光电流,这些光电流在时域内叠加后,从而使输出脉冲相对于输人脉冲展宽了△、。
渐变(GI,GradedIndex)多模光纤折射率n,不象阶跃多模光纤是个常数,而是在纤芯中心最大,沿径向往外按抛物线形状逐渐变小,直到包层变为n:,如图1伪)所示。
这样的折射率分布可使模间色散降低到最小,其理由是,虽然各模光线以不同的路经在纤芯内传输,但是这种光纤的纤芯折射率不再是一个常数,所以各模的传输速度也互不相同。
沿光纤轴线传输的光线速度最慢(因nl。
最大,所以速度clnJ洲最小);光线3到达终点传输的距离最长,但是它的传输速度最快(因nl。
最小,所以速度c/nl。
最快),这样一来到达终点所需的时间几乎相同,输出脉冲展宽不大。
1.2单模光纤只能传播一个模式的光纤称为单模光纤。
标准单模(SM,SingleMode)光纤折射率分布和阶跃型光纤相吨李翔盔(a)夕,<0c(b)临界角已=氏(c)全反射6:>氏图2光波从折射率较大的介质以三种不同的入射角进入折射率较小的介质,出现三种不同的情况似,只是纤芯直径比多模光纤小得多,模场直径只有9一romm,光线沿轴线直线传播,如图1(c)所示,因色散使输出脉冲信号展宽必玩)最小。
事实上,为调整工作波长或改变色散特性,可以设计出各种结构复杂的单模光纤。
已经开发的有色散移位光纤、非零色散移位光纤、色散补偿光纤,以及在1.55卜m衰减最小的光纤等。
表l阶跃多模光纤、渐变多模光纤和阶跃单模光纤的特性比较多多多模光纤纤阶跃跃单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单模光纤纤阶阶阶跃多模光纤纤渐变多模光纤纤纤ddd二(nl一司In,,0.02220.015550.00333芯芯径Za(林m)))1oooo625558.3(MFD二9.3)))包包层直径(卜m)))14DDD12555,12555NNNAAA0333026660.111带带宽x距离离(20一l(X))MHZ·kmmm哪一3)GHz·kmmm<3.sp以(km·nm)))或或色散散散散>100(Gb儿)·kmmm衰衰减(dBlkm)))850nm:4一666850nm:333850nm:1.888 11111300nm:0.7一11113(X)nm:0.6一lll13(X)nm:03444巧巧巧巧50nrn:0.333巧50llnl二0222应应用光源源LEDDDLED,LDDDLDDD典典型应用用短距离或或本地网、宽域网网长距离通信信用用用户接人网网或中等距离离离2光纤传输原理光波从折射率较大的介质人射进人折射率较小的介质时,在边界将发生反射和折射,当入射角超过临界角时,将发生全反射,如图2(c)所示。
光纤传输电磁波的条件除满足光线在纤芯和包层界面上的全反射条件外,还需满足传输过程中的相干加强条件。
因此,对于特定的光纤结构,只有满足一定条件的电磁波可以在光纤中进行有效的传输。
这些特定的电磁波称为光纤模式。
光纤中可传导的模式数量取决于光纤的具体结构和折射率的径向分布。
如果光纤中只支持一个传导模式,则称该光纤为单模光纤。
相反,支持多个传导模式的光纤称为多模光纤。
定义数值孔径(NA,NumeriealAperture)为NA=幼不丈=nl、厄万,式中△=(nl一nZ)/n,为纤芯与包层相对折射率差。
设△=l%,nl=l.5,得到NA二0.21或ec= 12.10。
因此用数值孔径表示的光线最大人射角。
~是NA.、:‘,,、、sin“萨竺sina~=NA(n0=1时)(l)n0角度Za~称为人射光线的总接收角,它与光纤的数值孔径和光发射介质的折射率有关。
式(l)只应用于子午光线入射,对于斜射人射光线,具有较宽的可接收入射角。
多模光纤的大多数导模的人射光线是斜射光线,所以它对人射光线所允许的最大可接收角要比子午光线人射的大。
当。
=e。
时,光线在波导内以人射到纤芯与包层‘日范通信教术2003年第2期阶跃多模光纤的主要缺点是存在大的模间色散,光纤带宽很窄;而单模光纤没有模间色散,只有模内_2003年第2期龙透信俄术..交界面,并沿交界面向前传播(折射角为),如图3(b)所示。
当时,光线将折射进人包层并逐渐消失。
因此,只有与此相对应的在半锥角为2的圆锥内人射的光线才能在光纤中传播。
NA表示光纤接收和传输光的能力。
NA(或)越大,光纤接收光的能力越强,从光源到光纤的藕合效率越高。
对无损耗光纤,在内的入射光都能在光纤中传输。
NA越大,纤芯对光能量的束缚越强,光纤抗弯曲性能越好。
但NA越大,经光纤传输后产生的输出信号展宽越大,因而限制了信息传输容量。
所以要根据使用场合,选择适当的NA。
3光纤传输特性衰减、色散和带宽是光纤最重要的传输特性。
在传输高强度功率条件下,还要考虑光纤的非线性光学效应。
图4表示标准单模光纤、色散移位光纤、非零色散光纤和色散补偿光纤的衰减、色散和折射率分布。
图中用灰色线也画出了标准单模光纤的衰减曲线数字通信工程师感兴趣的是光纤能够传输的最大数字速率。
这个速率称为光纤的比特率容量B(b/s), 它直接与光纤的色散特性有关。
对于归零码,最大比特率B=0.sl乙丁,八:是色散引起的脉冲展宽。
如果输人信号是模拟信号(如正弦波),B就是频率几对于非归零码,。
所以非归零比特率是归零比特率的两倍。
由于光纤色散,光脉冲经光纤传输后使输出脉冲4单模光纤种类和应用自从1970年美国贝尔实验室,根据英籍华人高馄提出的利用光导纤维可以通信的理论,成功地试制出用于通信的光纤以来,光纤光缆得到迅速的发展。
30年来,光纤光缆的新产品层出不穷,而且得到通信业的广泛应用。
现就人们目前常用的几种光纤和今后将广泛使用的新光纤的性能做一个介绍。
G.652标准单模光纤是指零色散波长在1.3mm窗口的单模光纤。
它的最大缺点是低衰减和零色散不在同一工作波长上,如图4所示。
为此,在上世纪80年代中期,开发成功了一种把零色散波长从1.3林m移到1.55林m的色散移位光纤(DSF,Dispersion一Shifted Fiber)。
ITU把这种光纤的规范编为G.653。
这属于第二代单模光纤。
然而,色散移位光纤在1.55林m色散为零,不利于多信道的WDM传输,因为当复用的信道数较多时,信道间距较小,这时就会发生一种称为四波混频(FWM, Fou:waveMixing)的非线性光学效应,这种效应使两个或三个传输波长混合,产生新的、有害的频率分量,导致信道间发生串扰。
如果光纤线路的色散为零, FWM的干扰就会十分严重;如果有微量色散,FWM干扰反而还会减小。
针对这一现象,科学家们研制了一种新型光纤,即非零色散光纤(NZ一DSD,ITU把这种光纤的规范编为G.655光纤。
非零色散光纤综合了标准光纤和色散移位光纤最好的传输特性,既能用于新的陆上网络,又可对现有系统进行升级改造,它特别适合于高密度WDM系统的传输,所以非零色散光纤是新一代光纤通信系统的最佳传输介质。
A T&T研制的真波光纤(TrueWave玛,美国康宁玻璃公司开发的叶状光纤(玩afFibef),阿尔卡特的特锐光纤汀eraugllt玛以及国内长飞公司的大保实光纤等均属于非零色散光纤。
它与标准光纤、色散移位光纤的比较见表2。
由表可见,非零色散光纤综合了常规光纤和色散移位光纤最好的传输特性,是新一代DWDM光纤通信系统的最佳传输介质,将在大容量线路中取代色散移位光纤。
近年来,非零色散光纤的用量在逐年增加。
为了满足海底光缆长距离通信的需求,科学家们开发了一种应用于1.55林m波长的纯石英芯单模光纤,在该波长附近上的衰减最小,仅为0.185dB瓜m。
它在1.3林m波长区域的色散为零,但在1.55林m波长区域色散较大,约为(17~20)Ps/(nm·km)。
ITU把这种光纤规范为G.654光纤。
(召白 国息可琳1200130014001500波长(nm)6001700图5光纤的损耗谱和工作窗口我们知道,光纤在1390nm波长附近,由于OH离子的作用,产生一个较大的吸收损耗峰。
随着工作在(1290一1660)nm波段的光纤喇曼放大器技术的突破, 为了将DWDM系统应用于城域网,仅使用现有的波段还是不够的,为此光纤制造商在1380nm波长附近,把OH离子浓度降到了ro名以下,消除了(1360~ 1460)nm波段的损耗峰,使该波段的损耗也降低到0.3 dBlkm左右。
该波段就是E波段(Extendedwavelength band),它位于0波段和S波段之间。