史上最详细的光纤中的模式推导
前言
如果你是因为“史上最详细”这几个字来看这篇文章的，那可能会让您失望了，因为我只是想给我的文章起个霸气的名字，博取眼球。但倘若你不是特别忙的话，不妨读一读，也许会有收获。
波动光学-光纤波导模式理论推导
研究光学通常有两种方法——几何光学和波动光学，几何光学比较简单，画几根线，代几个公式，最复杂的可能解一个程函方程也能解决。相比而言，波动光学则比较复杂，里面涉及到数学和电磁学的东西比较多。本人的研究方向是光网络通信，因而本着实用主义的原则剖析整个光波导模式的推导过程。
如下图所示，这是光波导模式理论的推导逻辑。整个波动光学都是基于Maxwell方程组的，因而Maxwell方程也是此次推导的源头，由Maxwell方程组可推导出波动方程，结合边界条件可以求得场解的一般形式，然后再结合边界条件可以求得特征方程，解特征方程得传播常数，最后便可得到模场分布。过程有些许复杂，容我一一道来，以下推导以电场分量为例。
Maxwell方程组简化
先让我们花三秒钟一起膜拜一下Maxwell方程组：
(1)
由于光纤是无源介质，不存在自由电荷和传导电流，即，于是，Maxwell方程组可以简化成如下形式：
(2)
波动方程推导
明白推导的可以直接跳过，波动方程可直接由(2)式得到，对两边取旋度得
旋度和偏微分可以交换顺序（二者作用的对象不同，旋度针对空间坐标，而偏微分针对时间）：
(3)
D和E、H和B之间满足物质方程：
光纤是无磁介质，因而，P为感应电极化强度，不考虑非线性因素，通常可以简化为：
(5)式代入(3)式得：
又因为
其中（无源），因而
最后，得到波动方程：
亥姆赫兹方程推导
得到波动方程的过程我们通常称为电磁分离，也就是说把原本错综复杂的电磁关系变成了电场和磁场的单独关系。但是波动方程依旧很复杂，因为其场量既包括时间分量也包括空间分量，好在我们通常研究的是单色波，具有时谐电磁场的性质，因而，可以进一步进行时空分离，得到亥姆赫兹方程，需要指出的是，亥姆赫兹方程只是波动方程的一个特例。
假设
代入(8)式（简单的求导，不赘述），得：
通常令，k称为波数，最终得到亥姆赫兹方程：
分离变量法求解
由于光纤的圆柱对称特性，因而采用柱坐标求解比较方便，(10)式所表示的波动方程在柱坐标系下，可以表示为：
这里需要强调一点，因为和满足Maxwell方程组，因而6个分量其实只有2个是独立的，
习惯上选择和作为独立分量。
关于的波动方程可以用分离变量求解，通解为（至于通解是怎么来的，这应该属于数学问题，这里可以不必深究）：
将通解(12)代入波动方程(11)，得：
这个方程就是总所周知的贝塞尔函数的微分方程，当然稍微不太一样，于是，就有了下面的一些简单变换：
首先，，当，（这个量其实是横向传
播常数，在纤芯内这个量必须为整数，而在包层则为负数）。
有了上面的条件，可以定义：
最后，将定义(14)代入贝塞尔微分方程(13)，得到两个方程：
这个方程怎么解？我也不知道怎么解，不过贝塞尔已经帮我们解好了：
因为，这二者不能满足光纤传播条件，因而被舍去，同时，根据
边界连续条件：
所以：
最后：
分割线
看到这里，你已经基本掌握了利用波动光学求解光纤中传导模式的方法，虽然复杂，但细细去看，并不算难，既然这个东西如此重要，何妨多花点时间看看。如果你已经看懂了上面的推导，那我们就继续。
本征值方程
上面(18)式是的通解，采用同样的办法可以求得的通解，但这其中仍然有一些不确定的参数，如想要求这些参量，就要再一次用到边界条件：切向分量（、）在边界处连续。
根据边界条件（就是把代入电场和磁场通解中，然后对求偏微分），得到本征方程（亦成为特征值方程）：
本征值方程对每个整数有几个不同的解，习惯上把这些解用表示，其中都为整数，每个本征值对应光纤所能支持的一种特定模式，通常分两种情况，分别求解该特征方程。
（1）当，也就是说电场或者磁场的轴向分量趋于0，这些模式类似于平面波导的横电（磁）模（TE或者TM）。
（2）当，光纤模式变为混合模，此时模式为或。
当然，要解这两个方程，比较复杂，这里不作求解，通常我们只是求截止频率，这里要用到宗量近似。
光纤的分类特性优缺点详解 单模光纤：中心玻璃芯较细（芯径一般为9或10μm），只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。 多模光纤：中心玻璃芯较粗（50或μm），可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。传输距离较近，最多几公里。 我只是知道有单模和多模的，单模就是波长在1310NM上，多模就是850NM的，还有就是接口也不同，分LC ,SC ,FC，因本人专业知识有限,其他的是我在网上查找的！请参考！一，光纤的分类些特种光纤如晶体光纤并未列出 光纤是光导纤维（OF：Optical Fiber）的简称。但光通信系统中常常将Opti cal Fibe（光纤）又简化为Fiber，例如：光纤放大器（Fiber Amplifier）或光 纤干线（Fiber Backbone）等等。有人忽略了Fiber虽有纤维的含义，但在光系统 中却是指光纤而言的。因此，有些光产品的说明中，把fiber直译成“纤维”，显然 是不可取的。 光纤实际是指由透明材料作成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材 料作成的包层所被覆，并将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯 中传播前进的媒体。 光纤的种类很多，根据用途不同，所需要的功能和性能也有所差异。但对于有 线电视和通信用的光纤，其设计和制造的原则基本相同，诸如：①损耗小；②有一 定带宽且色散小；③接线容易；④易于成统；⑤可靠性高；⑥制造比较简单；⑦价 廉等。 光纤的分类主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法上
光纤的常见故障及排障方法 光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。光纤网络在生活中有很大用处，一旦出现故障会造成成大的麻烦，如何排除光纤网络常见故障及排除方法变得越来越重要。 任何做过网络排障的专业人士都清楚这是一个复杂的过程。这里给出了一些最常见的光纤故障以及产生这些故障的可能因素，这些信息将有助于用户对网络故障进行有根据的猜测。 在各种业务的通信系统中，由于光缆成本低，光信号传输距离远，损耗低的特点，光纤已经逐步取代电缆。所以光缆线路发生故障必须分秒必争进行抢修，尤其是在重要的应用网络系统中。下面将逐步分析光纤故障中出现的现象以及判断故障点可能发生的范围。 一、光缆故障的主要产生原因 为保证光传输信号距离远、低损耗的应用特性，一条光缆线路必须满足一定的物理环境条件。任何轻微的光缆弯曲形变或者轻度污染都会造成光信号的衰耗，甚至中断通信。 1、光缆路由线路长由于光缆本身的物理特性和生产过程中的不均匀性，使其中传播的光信号时刻都在发生着漫射和被吸收。当光缆链路过长时，就会造成整条链路光信号的整体衰耗超过网络规划的需求求，光信号衰耗太大，会使通信效果下降。 2、光缆放置弯曲角度过大光缆弯曲衰耗和受压衰耗其本质上都是由于光缆变形导致光传输过程中满足不了全反射生成的。光纤具有
一定的可弯曲性，但当光纤弯曲到一定角度时，将引起光信号在光缆中传播方向的变化，产生弯曲衰耗。这就要求在布线施工时，要特别注意给走线预留充足的角度。 3、光缆受压或断裂这是光缆故障中最容易出现的故障，光纤受到外力因素或自然灾害的原因，产生微小的不规则弯曲甚至断裂，当断裂发生在接头盒或光缆内部时，从外表是无法发现断点的，但是在光纤断裂点会发生折射率的变化，甚至会形成反射损耗，使光纤的传输信号质量变差。此时，用OTDR光缆测试仪检测反射峰的方式查找光纤内部弯曲衰耗处或断裂点。 4、光纤接头施工熔接故障在光缆铺设过程中，经常会使用光纤熔接机将两段光纤熔为一条。由于是对光缆纤芯层的玻璃纤维进行熔接，所以在施工现场熔接过程中需要根据光缆的类型正确的使用熔接机，由于操作不符合施工规范以及施工环境的变化，容易使光纤纤维被上沾染污物，从而导致在熔接过程中混入杂质，造成整条链路的通信质量下降。 5、光纤核心线径不同光纤铺设经常使用多种活动连接的铺设方式，例如法兰连接，经常使用在建筑物里的计算机网络铺设中。活动连接一般损耗较低，但活动连接时光纤的端面或法兰的端面不清洁，核心光纤直径不同，接合不严，将会使接头损耗大大增加。通过OTDR 或双端功率进行测试，可以发现核心直径不匹配故障。需要注意的是，单模光纤和多模光纤除了核心光纤直径不同外，光的传输模式、波长和衰耗方式完全不同，所以不能混用。
光纤类型及特点G652光纤纤芯图片 G657光纤纤芯图片
多模光纤纤芯图片 我们常用的光纤有G652B(蓝、橙、绿、棕、灰、白、红、黑)和G657A(蓝、橙、绿、棕、灰、黄、红、紫)，两种光纤主要特性的区别是光纤的弯曲半径，G652B 是R30（光纤弯曲半径不可以小于30mm），G657A是R10（光纤弯曲半径不可以小于10mm）
G652光纤的排列顺序 G657光纤的排列顺序 光纤类型知识： ITU—T建议规范分类：G.651、G.652、G.653、G.654、G.655、G.656、G.657 MMF（Multi Mode Fiber多模光纤） - OM1光纤（62.5?125um） - OM2?OM3光纤（G.651光纤）其中：OM2—50?125um；OM3—新一代多模光纤。 SMF（Single Mode Fiber单模光纤） - G.652（色散非位移单模光纤） - G.653（色散位移光纤） - G.654（截止波长位移光纤） - G.655（非零色散位移光纤) - G.656（低斜率非零色散位移光纤） - G.657（耐弯光纤） ◆G.651：长波长多模光纤（ITU-T G.651）50／125μm梯度多模光纤工业标准。70年代末到80年代初建立。ITU-T G.651即OM2?OM3光纤或多模光纤（50?125）。
ITU-T推荐光纤中并没有OM1光纤或多模光（62.5?125），但它们在美国的使用仍非常普遍。主要应用于局域网，不适用于长距离传输，但在300至500米的范围内，G.651是成本较低的多模传输光纤。 ◆G.652：常规单模光纤（色散非位移单模光纤），截止波长最短，既可用于1550NM，又可用于1310NM。其特点在设计和制造时的波长在1310nm附近时的色散为零，1550nm波长时损耗最小，但色散最大。（1310nm窗口的衰减在0.3～0.4dB/km，色散系数在0～3.5ps/nm.km。1550nm窗口的衰减在0.19～ 0.25dB/km，色散系数在15～18ps/nm.km。）主要缺点是在1550波段色散系数较大，不适于2.5Gb/s以上的长距离应用。 G.652A?B是基本的单模光纤，G.652C?D是低水峰单模光纤。 ◆G.653：色散位移单模光纤。在1550nm波长左右的色散降至最低，从而使光损失降至最低。 ◆G..654：截止波长位移光纤。1550nm下衰耗系数最低（比G.652，G.653，G.655光纤约低15%），因此称为低衰耗光纤, 色散系数与G.652相同, 实际使用最少的一种光纤。主要应用于海底或地面长距离传输，比如400千米无转发器的线路。 ◆G.655：非零色散位移光纤(NZ-DSF: Non zero-Dispersion-Shifted Fiber)。G.653光纤在1550nm波长时色散为零，而G.655光纤则具有集中的或正或负的色散，这样就减少了DWDM系统中与相邻波长相互干扰的非线性现象的不良影响。 第一代非零色散位移光纤，如PureMetro 光纤具有每千米色散等于或低于5ps?nm 的优点，从而使色散补偿更为简便。 第二代非零色散位移光纤，如PureGuide 色散达到每千米10ps?nm左右，使DWDM系统的容量提高了一倍。 ◆G.656：低斜率非零色散位移光纤。非零色散位移光纤的一种，对于色散的速度有严格的要求，确保了DWDM系统中更大波长范围内的传输性能。
单模和多模光纤的特点和应用 一、光纤结构和类型 （一）光纤的结构 光纤是光导纤维的简称，是一种新的光波导，是光通信系统最普遍和最重要的传输媒质。它由单根玻璃纤芯、紧靠纤芯的包层、一次涂覆层以及套塑保护层组成。（光纤呈圆柱形，由纤芯、包层和涂覆层三部分组成。） 纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成，内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高。 包在外围的覆盖层就像不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。 1. 纤芯 位置: 位于光纤的中心部位， 直径：在4~50μm，单模光纤的纤芯直径为4~10μm ,多模光纤的纤芯直径为50μm。纤芯的成分：含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅（如二氧化锗，五氧化二磷）作用是适当提高纤芯对光的折射率，用于传输光信号。 2. 包层 位置: 位于纤芯的周围 直径：125μm 成分：是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。 掺杂剂（如三氧化二硼）的作用：适当降低包层对光的折射率，使之略低于纤芯的折射率，即纤芯的折射率大于包层的折射率（这是光纤结构的关键），它使得光信号封闭在纤芯中传输。 3. 光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层、缓冲层和二次涂覆层。 一次涂覆层：一般使用丙烯酸醋、有机硅或硅橡胶材料； 缓冲层：一般为性能良好的填充油膏； 二次涂覆层：一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。 涂覆层的作用：是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤外径约2. 5 mm 。 4. 光纤最重要的两个传输特性 损耗和色散是光纤最重要的两个传输特性，它们直接影响光传输的性能。 (l)光纤传输损耗：损耗是影响系统传输距离的重要因素之一，光纤自身的损耗主要有吸收损耗和散射损耗。 吸收损耗是因为光波在传输中有部分光能转化为热能； 散射损耗是因为材料的折射率不均匀或有缺陷、光纤表面畸变或粗糙造成的。 当然，在光纤通信系统中还存在非光纤自身原因的一些损耗，包括连接损耗、弯曲损耗和微弯损耗等。这些损耗的大小将直接影响光纤传输距离的长短和中继距离的选择。 (2)光纤传输色散：色散是光脉冲信号在光纤中传输，到达输出端时发生的时间上的展宽。产生的原因是光脉冲信号的不同频率成分、不同模式，在传输时因速度不同，到达终点所用的时间不同而引起的波形畸变。 色散结果：这种畸变使得通信质量下降，从而限制了通信容量和传输距离。 二、光纤通信的工作窗口 光纤损耗系数随着波长而变化，为获得低损耗特性，光纤通信选用波长范围在800 ~1800nm，
实验一光纤的几特性测试实验 姓名：学号： 一、实验的目的和意义 1、了解光纤的基本结构 2、学习光纤的处理法，包括光纤的剥线、端面切割和清洗等等法 3、利用显微镜并结合探测器放大分别观察单模和多模光纤端面结构 4、学会Matlab处理实验数据 5、掌握光学实验注意事项和实验室安全隐患及事故处理法 光纤的应用越来越广泛，了解光纤的机构、性能具有十分重要的意义。光学主要有纤芯和包层组成，纤芯由高度透明的介质组成，包层是折射率低于纤芯折射率的介质，并经过格的工艺制成光纤，光纤还要由多层保护层保护，起着增强机械性能、保护光纤的作用。 光纤的结构特性影响光纤的特性，并决定着光纤的用途，低损耗、高效率一直都是光纤的发展目标，光纤的各种特性参数（保护几参数、传光特性、加载特性、微弯特性等）的测量时光纤应用的重要依据，同时也促进各种测量技术的发展。[1]光纤按折射率分布可以分为阶跃型光纤和渐变型光纤，按模式可以分为单模光纤和多模光纤。 光纤的损耗因素众多，包括传输损耗、连接损耗、弯曲损耗、色散吸收损耗等等，光纤损耗可以用光时域反射技术等测量。[2]
本实验希望通过观测光纤的结构参数来测试光纤的性能，并更好的理解光纤的特性，观察光纤结构分析其带来的损耗影响。因为光纤较脆弱，所以日常使用的光纤有多层保护，所以首先要获取只有包层和纤芯的裸纤，然后采用显微镜结合电子探测器探测放大得到光纤的端面图像，从而分析其性能等。[3] 二、实验的系统结构和实验步骤 1、实验的系统结构 实验主要包括制作裸纤端面样本和观察端面结构两个部分，需借助剥线器得到裸纤，并进行端面处理，将得到的样本放在显微镜—探测器放大系统下观察，并利用计算机获取处理数据。 实验系统的基本结构图如下： 2、实验仪器 光纤、剥线钳、剪刀、棉球、酒精、光纤切割机、基片、双面胶、显微镜、探测器、电脑 3、实验步骤
光纤模块基本知识 光纤模块基本知识 光纤模块只有短波（SX）、长波（LX）和超长波（ZX）之分，没有单模多模之分！只有光纤才分单模多模！ 短波光纤模块：发光口大，传输距离近 长波和超长波光纤模块：发光口小，传输距离远 多模光纤：纤芯直径大，传输距离近 单模光纤：纤芯直径小，传输距离远 短波模块-单模光纤-短波模块：不可行！因为短波模块的发光口大于单模光纤的纤芯直径，部分光信号无法进入光纤 长波模块-多模光纤-长波模块：一般可行，因为长波模块的发光口小于多模光纤的纤芯直径，所有光信号能够进入光纤。但传输距离受多模光纤限制，只有几百米，而且本人见过连通性不稳定甚至连不通的情况！ 长波模块-多模光纤-短波模块：不可行！两端波长必须相同！ 如果传输距离较远，必须选择长波模块-单模光纤-长波模块！ 光纤主要分为两类： 单模光纤(Single-mode Fiber)：一般光纤跳线用黄色表示，接头和保护套为
蓝色；传输距离较长。 多模光纤(Multi-mode Fiber)：一般光纤跳线用橙色表示，也有的用灰色表示，接头和保护套用米色或者黑色；传输距离较短。 光纤使用注意！ 光纤跳线两端的光模块的收发波长必须一致，也就是说光纤的两端必须是相同波长的光模块，简单的区分方法是光模块的颜色要一致。 一般的情况下，短波光模块使用多模光纤（橙色的光纤），长波光模块使用单模光纤（黄色光纤），以保证数据传输的准确性。 光纤在使用中不要过度弯曲和绕环，这样会增加光在传输过程的衰减。光纤跳线使用后一定要用保护套将光纤接头保护起来，灰尘和油污会损害光纤的耦合。 单模多模 1. 光纤是如何工作的？ 通讯用光纤由外覆塑料保护层的细如毛发的玻璃丝组成。玻璃丝实质上由两部分组成：核心直径为9到62.5μm，外覆直径为125μm的低折射率的玻璃材料。虽然按所用的材料及不同的尺寸而分还有一些其它种类的光纤，但这里提到的是最常见的那几种。光在光纤的芯层部分以“全内反射”方式进行传输，也就是指光线进入光纤的一端后，在芯层和包层界
光纤传输的特点优势及传输原理 优点 光缆传输的实现与发展形成了它的几个优点。相对于铜线每秒1.54MHZ的速率 光纤网络的运行速率达到了每秒2.5GB。从带宽看，很大的优势是：光纤具有较大的信息容量，这意味着能够使用尺寸很小的电缆，将来就不用更新或增强传输光缆中信号。光纤电缆对诸如无线电、电机或其他相邻电缆的电磁噪声具有较大的阻抗，使其免于受电噪声的干扰。从长远维护角度来看，光缆最终的维护成本会非常低。光纤使用光脉冲沿光线路传输信息，以替代使用电脉冲沿电缆传输信息。在系统的一端是发射机，是信息到光纤线路的起始点。发射机接收到的已编码电子脉冲信息来自于铜线电缆，然后将信息处理并转换成等效的编码光脉冲。使用发光二极管或注入式激光器产生光脉冲，同时采用透镜，将光脉冲集中到光纤介质，使光脉冲沿线路在光纤介质中传输。由内部全反射原理可知，光脉冲很容易眼光纤线路运动，光纤内部全反射原理说明了当入射角超过临界值时，光就不能从玻璃中溢出；相反，光纤会反射回玻璃内。应用这一原理制作光纤的多芯电缆，使得与光脉冲形式沿光线路传输信息成为可能。光纤传输具有衰减小、频带宽、抗干扰性强、安全性能高、体积小、重量轻等优点，所以在长距离传输和特殊环境等方面具有无法比拟的优势。传输介质是决定传输损耗的重要因素，决定了传输信号所需中继的距离，光纤作为光信号的传输介质具有低损耗的特点，光纤的频带可达到1．0GHz以上，一般图像的带宽只有8MHz，一个通道的图象用一芯光纤传输绰绰有余，在传输语音、控制信号或接点信号方面更为优势t光纤传输中的载波是光波，光波是频率极高的电磁波，远远比电波通讯中所使用的频率高，所以不受干扰。且光纤采用的玻璃材质，不导电，不会因断路、雷击等原因产生火花，因此安全性强，在易燃，易爆等场合特别适用。 组成部分 光源(又称光发送机)，传输介质、检测器(又称光接收机)。计算机网络之间的光纤传输中，光源和检测器的工作一般都是用光纤收发器完成的，光纤收发器简单的来说就是实现双绞线与光纤连接的设备，其作用是将双绞线所传输的信号转换成能够通过光纤传输的信号(光信号)。当然也是双向的，同样能将光纤传输的信号转换能够在双绞线中传输的信号，实现网络间的数据传输。在普通的视、音频、数据等传输过程中，光源和检测器的工作一般都是由光端机完成的，光端机就是将多个E1信号变成光信号并传输的设备，所谓E1是一种中继线路数据传输标准，我国和欧洲的标准速率为2．048Mbps，光端机的主要作用就是实现电一光、光一电的转换。由其转换信号分为模拟式光端机和数字式光端机。因此，光纤传输系统按传输信号可分为数字传输系统和模拟传输系统。模拟传输系统是把光强进行模拟调制，将输入信号变为传输信号的振幅(频率或相位)的连续变化。数字传输系统是把输入的信号变换成“1”，“O”脉冲信号，并以其作为传输信号，在接受端再还原成原来的信号。当然，随着光纤传输信号的不同所需要的设备有所不同。光纤作为传输介质，是光纤传输系统的重要因素。可按不同的方式进行分类：按照传输模式来划分：光线只沿光纤的内芯进行传输，只传输主模我们称之为单模光纤(Single—Mode)。有多个模式在光纤中传输，我们称这种光纤为多模光纤(Multi-Mode)。 按照纤芯直径来划分：缓变型多模光纤、缓变增强型多模光纤和缓变型单模光纤按照光纤芯的折射率分布来划分：阶跃型光纤(Step index fiber)，简称SIF；梯度型光纤(Graded index f iber)，简称GIF；环形光纤（r iv er f iber)；W 型光纤。 光缆：点对点光纤传输系统之间的连接通过光缆。光缆含1根光纤(称单纤)，有2根光纤(称双纤)，或者更多。 单、多模光纤传输设备的原理 光纤传输设备传输方式可简单的分成：多模光纤传输设备和单模光纤传输设备。
光纤的分类与特点 姓名：吴卉班级：国际学院09级08班学号：09212965 光纤的简介 光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。在通讯中，光纤指由透明材料作成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料作成的包层所被覆，并将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。 利用光导纤维进行的通信叫光纤通信。一对金属电话线至多只能同时传送一千多路电话，而根据理论计算，一对细如蛛丝的光导纤维可以同时通一百亿路电话！铺设1000公里的同轴电缆大约需要500吨铜，改用光纤通信只需几公斤石英就可以了。沙石中就含有石英，几乎是取之不尽的。 另外，利用光导纤维制成的内窥镜，可以帮助医生检查胃、食道、十二指肠等的疾病。光导纤维胃镜是由上千根玻璃纤维组成的软管，它有输送光线、传导图像的本领，又有柔软、灵活，可以任意弯曲等优点，可以通过食道插入胃里。光导纤维把胃里的图像传出来，医生就可以窥见胃里的情形，然后根据情况进行诊断和治疗。 就在刚刚公布的2009年度诺贝尔物理学奖获得者中，有“光纤之父”的华裔科学家高锟，凭借在光纤领域的卓著研究而获得此殊荣。 光纤的分类及其特点 光纤主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法上进行分类的。 （1）工作波长：紫外光纤、可观光纤、近红外光纤、红外光纤（0.85pm、1.3pm、1.55pm）。 红外光纤主要用于光能传送。例如有：温度计量、热图像传输、激光手术刀医疗、热能加工等等，普及率尚低。 （2）折射率分布：突变型和渐变型光纤。 突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低，模间色散高。适用于短途低速通讯，如：工控。但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。
史上最详细的光纤中的模式推导 前言 如果你是因为“史上最详细”这几个字来看这篇文章的，那可能会让您失望了，因为我只是想给我的文章起个霸气的名字，博取眼球。但倘若你不是特别忙的话，不妨读一读，也许会有收获。 波动光学-光纤波导模式理论推导 研究光学通常有两种方法——几何光学和波动光学，几何光学比较简单，画几根线，代几个公式，最复杂的可能解一个程函方程也能解决。相比而言，波动光学则比较复杂，里面涉及到数学和电磁学的东西比较多。本人的研究方向是光网络通信，因而本着实用主义的原则剖析整个光波导模式的推导过程。 如下图所示，这是光波导模式理论的推导逻辑。整个波动光学都是基于Maxwell方程组的，因而Maxwell方程也是此次推导的源头，由Maxwell方程组可推导出波动方程，结合边界条件可以求得场解的一般形式，然后再结合边界条件可以求得特征方程，解特征方程得传播常数，最后便可得到模场分布。过程有些许复杂，容我一一道来，以下推导以电场分量为例。 Maxwell方程组简化 先让我们花三秒钟一起膜拜一下Maxwell方程组： (1) 由于光纤是无源介质，不存在自由电荷和传导电流，即，于是，Maxwell方程组可以简化成如下形式： (2) 波动方程推导 明白推导的可以直接跳过，波动方程可直接由(2)式得到，对两边取旋度得
旋度和偏微分可以交换顺序（二者作用的对象不同，旋度针对空间坐标，而偏微分针对时间）： (3) D和E、H和B之间满足物质方程： 光纤是无磁介质，因而，P为感应电极化强度，不考虑非线性因素，通常可以简化为： (5)式代入(3)式得： 又因为 其中（无源），因而 最后，得到波动方程： 亥姆赫兹方程推导 得到波动方程的过程我们通常称为电磁分离，也就是说把原本错综复杂的电磁关系变成了电场和磁场的单独关系。但是波动方程依旧很复杂，因为其场量既包括时间分量也包括空间分量，好在我们通常研究的是单色波，具有时谐电磁场的性质，因而，可以进一步进行时空分离，得到亥姆赫兹方程，需要指出的是，亥姆赫兹方程只是波动方程的一个特例。 假设 代入(8)式（简单的求导，不赘述），得： 通常令，k称为波数，最终得到亥姆赫兹方程：
光纤，不仅可用来传输模拟信号和数字信号，而且
： 综合布线系统中使用的光纤为玻璃多模850nm波长的 其纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成。内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高。由物理学可知，在两种介质的界面上，当光从折射率高的一侧射入折射率高的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。只有那些初始入射角偏小的光线才有折射发生，并且在很短距离内就被外层物质吸收干净。
4、光纤传输的特点优势及传输原理 光缆传输的实现与发展形成了它的几个优点。相对于铜线每秒1.54MHZ的速率 光纤网络的运行速率达到了每秒2.5GB。从带宽看，很大的优势是：光纤具有较大的信息容量，这意味着能够使用尺寸很小的电缆，将来就不用更新或增强传输光缆中信号。光纤电缆对诸如无线电、电机或其他相邻电缆的电磁噪声具有较大的阻抗，使其免于受电噪声的干扰。从长远维护角度来看，光缆最终的维护成本会非常低。光纤使用光脉冲沿光线路传输信息，以替代使用电脉冲沿电缆传输信息。在系统的一端是发射机，是信息到光纤线路的起始点。发射机接收到的已编码电子脉冲信息来自于铜线电缆，然后将信息处理并转换成等效的编码光脉冲。使用发光二极管或注入式激光器产生光脉冲，同时采用透镜，将光脉冲集中到光纤介质，使光脉冲沿线路在光纤介质中传输。由内部全反射原理可知，光脉冲很容易眼光纤线路运动，光纤内部全反射原理说明了当入射角超过临界值时，光就不能从玻璃中溢出；相反，光纤会反射回玻璃内。应用这一原理制作光纤的多芯电缆，使得与光脉冲形式沿光线路传输信息成为可能。光纤传输具有衰减小、频带宽、抗干扰性强、安全性能高、体积小、重量轻等优点，所以在长距离传输和特殊环境等方面具有无法比拟的优势。传输介质是决定传输损耗的重要因素，决定了传输信号所需中继的距离，光纤作为光信号的传输介质具有低损耗的特点，光纤的频带可达到1．0GHz以上，一般图像的带宽只有8MHz，一个通道的图象用一芯光纤传输绰绰有余，在传输语音、控制信号或接点信号方面更为优势t光纤传输中的载波是光波，光波是频率极高的电磁波，远远比电波通讯中所使用的频率高，所以不受干扰。且光纤采用的玻璃材质，不导电，不会因断路、雷击等原因产生火花，因此安全性强，在易燃，易爆等场合特别适用。
常见40种光缆型号图文详解 GYTA型光缆 GYTA(金属加强构件、松套层绞填充式、铝-聚乙烯粘结护套通信用室外光缆)光缆的结构是将单模或多模光纤套入由高模量的塑料做成的内填充防水化合物松套管中。缆芯的中心是一根金属加强芯，对于某些芯数的光缆来说，金属加强芯外还挤包一层聚乙烯(PE)。松套管(和填充绳)围绕中心加强芯绞合成紧凑和圆形的缆芯，缆芯内的缝隙充以阻水化合物。铝塑复合带纵包后挤塑聚乙烯护套。 ▲结构示意图 特点 ●精确控制光纤的余长保证了光缆具有很好的抗拉性能和温度特性 ●PBT松套管材料具有良好的耐水解性能，管内充以特种油膏，对光纤进行保护 ●PE护套具有良好的抗太阳辐射性能 ●光滑的外护套使光缆在安装中可以有更小的摩擦系数 ●采用下列措施来确保光缆的防水性能：松套管内填充特种防水化合物;完全缆芯填充;铝塑复合带防潮层 ●铝带侧压指标没有钢带好，但防潮隔锈效果优于钢带，GYTA用于穿管时寿命长。 使用范围： 架空、管道 GYTS型光缆 GYTS(金属加强构件、松套层绞填充式、钢-聚乙烯粘结护套通信用室外光缆)光缆的结构是将单模或多模光纤套入由高模量的塑料做成的内填充防水化合物松套管中。缆芯的中心是一根金属加强芯，对于某些芯数的光缆来说，金属加强芯外还挤包一层聚乙烯(PE)。松套管(和填充绳)围绕中心加强芯绞合成紧凑和圆形的缆芯，缆芯内的缝隙充以阻水化合物。钢塑复合带纵包后挤塑聚乙烯护套。
▲结构示意图 特点： ●精确控制光纤的余长保证了光缆具有很好的抗拉性能和温度特性 ●PBT松套管材料具有良好的耐水解性能，管内充以特种油膏，对光纤进行保护 ●钢-聚乙烯护套具有优良的抗压性能 ●光滑的外护套使光缆在安装中可以有更小的摩擦系数 ●PE护套具有良好的抗太阳辐射性能 ●采用下列措施来确保光缆的防水性能：松套管内填充特种防水化合物;完全缆芯填充、钢塑复合带防潮层。 使用范围： 直埋 GYTY53型光缆 GYTY53(金属加强构件、松套层绞填充式、聚乙烯护套、纵包皱纹钢带铠装、聚乙烯套通信用室外光缆)光缆的结构是将单模或多模光纤套入由高模量的塑料做成的内填充防水化合物松套管中。缆芯的中心是一根金属加强芯，对于某些芯数的光缆来说，金属加强芯外还挤包一层聚乙烯(PE)。松套管(和填充绳)围绕中心加强芯绞合成紧凑和圆形的缆芯，缆芯内的缝隙充以阻水化合物。缆芯外挤一层聚乙烯内护套，双面涂塑钢带纵包后挤塑聚乙烯护套。 ▲结构示意图 特点： ●精确控制光纤的余长保证了光缆具有很好的抗拉性能和温度特性 ●PBT松套管材料具有良好的耐水解性能，管内充以特种油膏，对光纤进行保护 ●具有优良的抗压性 ●光滑的外护套使光缆在安装中可以有更小的摩擦系数 ●采用下列措施来确保光缆的防水性能：松套管内填充特种防水化合物;完全缆芯填充;涂塑钢带防潮层 使用范围： 直埋 GYTA53型光缆 GYTA53(金属加强构件、松套层绞填充式、铝-聚乙烯粘结护套、纵包皱纹钢带铠装、聚乙烯套通信用室外光缆)光缆的结构是将单模或多模光纤套入由高模量的塑料做成的内填充防水化合物松套管中。缆芯的中心是一根金属加强芯，对于某些芯数的光缆来说，金属加强芯外还挤包一层聚乙烯(PE)。松套管(和填充绳)围绕中心加强芯绞合成紧凑和圆形的缆芯，缆芯内的缝隙充以阻水化合物。涂塑铝带纵包后挤一层聚乙烯内护套，双面涂塑钢带纵包后挤塑聚乙烯护套。
光纤中LP11模式的变化 对于普通的线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，可以用Stokes参量来表示： , , 其满足： 所以，Stokes参量构成了笛卡尔空间的一个球面，这个球面上任意一点都表示一种偏振态，这个球就是庞加莱球（图1.a）。但是庞加莱球无法表示非均匀偏振态，比如LP11模式的偏振。为了解决这个问题，文献[1]中将一阶模式分解为左旋的拉盖尔-高斯模式（）和右旋的拉盖尔-高斯模式（）的叠加，并类似于Stokes参量，定义了3个新的参数 并且这3个参数满足 由此这3个参数可以构成一个球，称为一阶模式的庞加莱球（图1.b）。
图1 (a)庞加莱球；(b)一阶模式的庞加莱球 文献[2]将模式和模式作为基矢来表示所有的模式，模式和模式可用类Jones矩阵表示为： |>=, |>=, 其余的模式可表示为： E=A|>+B|>= A,B分别是|>、|>的归一化强度（）,是两个模式间的相位差。图2表示一阶模式的庞加莱球的球面上每一个点对应的模式分布。 图2. (a) 一阶模式的庞加莱球;(b)不同点对应的模式分布 在光纤中，光束通过一段长L的存在双折射的光纤的传输Jonse矩阵为： 其中，表示分别沿着快轴和慢轴的两个相互正交的模式的相位差；表示
模式与慢轴的夹角，所以输出光束的Jones矩阵为 |Output>=H*|Input> 图3表示不同的入射角度（）下，标准的模式在一阶模式的庞加莱球上随的变化的轨迹，图4是模拟结果。 图3 图4
这说明模式可以通过改变入射角度和双折射的相位差来实现任意两个一阶模式之间的转化。特别地，可以从任意模场分布为两瓣的模式转化为环形分布的模式。 附录： 模式和模式与LP11中四个简并模间的关系： 反过来，也可以由模式和模式合成TE01，TM01和HE21模式。 参考文献： [1] M. J. Padgett and J. Courtial, “Poincaré-sphere equivalent for light beams containing orbital angular momentum,” Opt. Lett., vol. 24, no. 7, p. 430, 1999. [2] Y. Li, X. Zeng, Q. Mo, W. Li, Z. Liu, and J. Wu, “Mode evolution in polarization maintain few mode fibers and applications in mode-division-multiplexing systems,” no. October 2016, p. 100190N, 2016.
光传输的特点 随着通信技术的不断进步，信号的传输媒介已逐渐从原来的同轴电缆转变为光纤。目前，我部门负责范围内电视信号的传输采用光纤与同轴电缆相结合的方式，近年也在有计划地对原有同轴传输系统进行光信号的传输改造和升级，努力优化完善老旧系统，保证电视信号传输的质量与稳定。 一、什么是光传输 光传输是在发送方和接收方之间以光信号形态进行传输的技术。光传输电视信号的工作过程是在光发射机、光纤和光接收机三者之间进行的。在前端机房的光发射机把输入的模拟电视信号变换成光信号，并由光纤进行信号的传输，导向光接收机进行信号的接收。光接收机把从光纤中获取的光信号转换还原成电信号。因此，光传输信号的原理就是电/光和光/电变换的全过程。
二、光传输的特点 光传输信号有以下特点： 1、通信容量大：光传输依靠传递光脉冲来进行通信，由于可见光的频率非常高，因此，光纤网络的运行速率达到了每秒2.5GB。 2、传输距离长：光传输依靠光纤作为传输介质，光纤的衰减极小，抗干扰性强、无论在光纤周围盘绕着多么复杂的强电，传输速度始终保持一致。这使得光信号可传输的距离更长。 3、保密性能好：首先光传输不同于无线电信号，它是在密封的玻璃纤维中传输的，因此不容易被截获，无线电信号很容易在空中被第三方拦截。其次，光纤通信采用特定的数字编码方式传输，不同于同轴电缆等模拟量的传送，因此也更安全。 4、适应能力强：光传输使用的光纤不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀，抗扰性强。 5、体积小、重量轻、便于施工和维护：光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底和架空。 6、原材料来源丰富，潜在的价格低廉：制造光纤的最基本原材 料是二氧化硅即砂子， 其潜在价格是十分低廉的。
光纤的模式是能在光纤中传输的光，每一个模式是满足亥姆霍兹方程的一个解 单模光纤只能传输一种光，就是平行于轴线的光，而多模光纤则可以传输多种波长的光，根据波长不同，数值孔径不同，等等跟你说的一样，不同的模式就是传输的路径不同，比如下图： 光纤是一种将讯息从一端传送到另一端的媒介.是一条玻璃或塑胶纤维,作为让讯息通过的 传输媒介。 通常「光纤」与「光缆」两个名词会被混淆.多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆,包覆后的缆线即被称为「光缆」.光纤外层的保护结构可防止周遭环境对光纤的伤害,如水,火,电击等.光缆分为:光纤,缓冲层及披覆.光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是15μm~50μm，大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8μm~10μm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。光纤通信，是指将要传送的语音、图像和数据信号等调制在光载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式 1.本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。 2.弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。 3.挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。 4.杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。 5.不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。 6.对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。 7.多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。 8.单模光纤：中心玻璃芯较细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。 9.常规型光纤：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300μm。 10.色散位移型光纤：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300μm 和1550μm。 11.突变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低，模间色散高。适用于短途低速通讯，如：工控。但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。 12.渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。
光纤特性及传输实验 在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。光波波长比微波短得多，用光波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，光纤通信就是用光波作载波，用光纤传输光信号的通信方式。 与用电缆传输电信号相比，光纤通信具有通信容量大、传输距离长、价格低廉、重量轻、易敷设、抗干扰、保密性好等优点，已成为固定通信网的主要传输技术，帮助我们的社会成功发展至信息社会。 实验目的 1.了解光纤通信的原理及基本特性。 2.测量半导体激光器的伏安特性，电光转换特性。 3.测量光电二极管的伏安特性。 4.基带（幅度）调制传输实验。 5.频率调制传输实验。 6.音频信号传输实验。 7.数字信号传输实验。 实验原理 1.光纤 光纤是由纤芯、包层、防护层组成的同心圆柱体，横Array截面如图1所示。纤芯与包层材料大多为高纯度的石英玻 璃，通过掺杂使纤芯折射率大于包层折射率，形成一种光 波导效应，使大部分的光被束缚在纤芯中传输。若纤芯的 折射率分布是均匀的，在纤芯与包层的界面处折射率突变， 称为阶跃型光纤；若纤芯从中心的高折射率逐渐变到边缘 与包层折射率一致，称为渐变型光纤。若纤芯直径小于 10μm，只有一种模式的光波能在光纤中传播，称为单模光纤。若纤芯直径50μm左右，有多个模式的光波能在光纤中传播，称为多模光纤。防护层由缓冲涂层、加强材料涂覆层及套塑层组成。通常将若干根光纤与其它保护材料组合起来构成光缆，便于工程上敷设和使用。 光纤与光纤之间固定连接时，用光纤熔接机进行熔接。光纤与光纤之间可拆卸（活动）连接，使用光纤连接器。光纤连接器把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去。各种光纤连接器结构大同小异，比较常见的有FC、SC、LC、ST等。一端装有连接器插头的光纤称为尾纤，两端都装上连接器插头的光纤称为光纤跳线。 光在光纤中传输时，由于材料的散射、吸收，使光信号衰减，当信号衰减到一定程度时，就必 需对信号进行整形放大处理，再进行传输，才能保证信号在传输过程中不失真，这段传输的距离叫
光纤通信概论 一、单项选择题 1.光纤通信指的是： A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式； D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的： A 近红外区 B 可见光区 C 远红外区 D 近紫外区 3 目前光纤通信所用光波的波长围是： A 0.4～2.0 B 0.4～1.8 C 0.4～1.5 D 0.8～1.6 4 目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是： A 0.85、1.20、1.80 ； B 0.80、1.51、1.80 ； C 0.85、1.31、1.55 ； D 0.80、1.20、1.70。 6 下面说确的是： A 光纤的传输频带极宽，通信容量很大； B 光纤的尺寸很小，所以通信容量不大； C 为了提高光纤的通信容量，应加大光纤的尺寸； D 由于光纤的芯径很细，所以无中继传输距离短。 二、简述题
1、什么是光纤通信？ 2、光纤的主要作用是什么？ 3、与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信有何优点？ 4、光纤通信所用光波的波长围是多少？ 5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别是多少？ 光纤传输特性测量 一、单项选择题 1 光纤的损耗和色散属于： A 光纤的结构特性； B 光纤的传输特性； C 光纤的光学特性； D 光纤的模式特性。 2 光纤的衰减指的是： A 由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少； B 由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少； C光信号沿光纤传输时，光功率的损耗； D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。 3 光纤的色散指的是： A 光纤的材料色散； B光在光纤中传播时，不同波长光的群时延不一样所表现出来的一种物理现象； C 光纤的模式色散；
目录 1．光纤的基本知识 (2) 1．1单模光纤和多模光纤 (2) 1．2 光纤应用频率使用概况 (2) 1．3 常用单模光纤类型及特点 (3) 2．光纤传输特性 (4) 2．1 光纤损耗 (4) 2．2 色散 (5) 2．3 光纤的非线性效应 (7) 3．新的光纤类型 (8)
1．光纤的基本知识 本节简要介绍光纤的基本知识。1．1单模光纤和多模光纤
1．G.652（普通单模光纤） 也称为色散非位移单模光纤，可以应用于1310nm波长和1550nm波长窗口的区域。在1310nm窗口区域有近似于零的色散，在1550nm窗口损耗最低，但是具有17ps/km?nm的色散值。 当G.652光纤应用于1310nm窗口时，仅适用于SDH系统；当G.652光纤应用于1550nm窗口时，适用于SDH系统和DWDM系统，如果单通道速率大于2.5Gbit/s，需要进行色散补偿。 2．G.653（色散位移单模光纤）
该类型光纤在1550nm窗口同时获得最低损耗和最小色散值。因此，主要 运用于1550nm窗口。 适用于高速、长距的单波长通信系统。但是采用DWDM技术时，在零色 散波长区将出现严重的四波混频非线性问题，导致复用信道光信号能量的 衰减以及信道串扰。 3．G.655（非零色散位移单模光纤） 该类型光纤在1550nm窗口的光纤色散的绝对值不为零并处于某个范围 内，保证该窗口处具有最低损耗和较小的色散值。 适用于高速、长距的光通信系统。同时，由于非零色散值抑制了非线性四 波混频对DWDM系统的影响，因此，该类型光纤主要用于DWDM系统。2．光纤传输特性 2．1 光纤损耗 功率传输损耗是光纤最基本和最重要的参数之一。由于光纤损耗的存在，光纤中传输的光功率将随传输距离的增加按指数衰减。 1．光纤损耗的产生以及低损窗口 光纤损耗主要包括两个方面： （1）来自光纤本身的损耗，包括光纤材料本身的固有吸收损耗、材料中的杂质 吸收损耗（尤其是残留在光纤内的OH-成分导致的损耗）、瑞利散射损耗 以及由于光纤结构不完善引起的散射损耗。 （2）由于光纤经过集束制成光缆，在各种环境下进行光缆敷设、光纤接续以及 作为系统的耦合与连接等引起的光纤附加损耗。包括光纤/光缆的弯曲损 耗、微弯损耗、光纤线路中的连接损耗、光器件之间的耦合损耗等。 光纤的衰减谱如图1-1所示。窗口I的平均损耗值为2dB/km，窗口II的 平均损耗值为0.3dB/km~0.4dB/km，窗口III的平均损耗值为 0.19dB/km~0.25dB/km，窗口V的1380nm处存在OH-吸收峰。 2．常见单模光纤的线路损耗如表2-所示。 表2-1 单模光纤损耗值
优点 光缆传输的实现与发展形成了它的几个优点。相对于铜线每秒1.54MHZ 的速率?光纤网络的运行速率达到了每秒2.5GB。从带宽看，很大的优势是：光纤具有较大的信息容量，这意味着能够使用尺寸很小的电缆，将来就不用更新或增强传输光缆中信号。光纤电缆对诸如无线电、电机或其他相邻电缆的电磁噪声具有较大的阻抗，使其免于受电噪声的干扰。从长远维护角度来看，光缆最终的维护成本会非常低。光纤使用光脉冲沿光线路传输信息，以替代使用电脉冲沿电缆传输信息。在系统的一端是发射机，是信息到光纤线路的起始点。发射机接收到的已编码电子脉冲信息来自于铜线电缆，然后将信息处理并转换成等效的编码光脉冲。使用发光二极管或注入式激光器产生光脉冲，同时采用透镜，将光脉冲集中到光纤介质，使光脉冲沿线路在光纤介质中传输。由内部全反射原理可知，光脉冲很容易眼光纤线路运动，光纤内部全反射原理说明了当入射角超过临界值时，光就不能从玻璃中溢出；相反，光纤会反射回玻璃内。应用这一原理制作光纤的多芯电缆，使得与光脉冲形式沿光线路传输信息成为可能。光纤传输具有衰减小、频带宽、抗干扰性强、安全性能高、体积小、重量轻等优点，所以在长距离传输和特殊环境等方面具有无法比拟的优势。传输介质是决定传输损耗的重要因素，决定了传输信号所需中继的距离，光纤作为光信号的传输介质具有低损耗的特点，光纤的频带可达到1．0GHz以上，一般图像的带宽只有8MHz，一个通道的图象用一芯光纤传输绰绰有余，在传输语音、控制信号或接点信号方面更为优势t光纤传输中的载波是光波，光波是频率极高的电磁波，远远比电波通讯中所使用的频率高，所以不受干扰。且光纤采用的玻璃材质，不导电，不会因断路、雷击等原因产生火花，因此安全性强，在易燃，易爆等场合特别适用。 组成部分 光源(又称光发送机)，传输介质、检测器(又称光接收机)。计算机网络之间的光纤传输中，光源和检测器的工作一般都是用光纤收发器完成的，光纤收发器简单的来说就是实现双绞线与光纤连接的设备，其作用是将双绞线所传输的信号转换成能够通过光纤传输的信号(光信号)。当然也是双向的，同样能将光纤传输的信号转换能够在双绞线中传输的信号，实现网络间的数据传输。在普通的视、音频、数据等传输过程中，光源和检测器的工作一般都是由光端机完成的，光端机就是将多个E1信号变成光信号并传输的设备，所谓E1是一种中继线路数据传输标准，我国和欧洲的标准速率为2．048Mbps，光端机的主要作用就是实现电一光、光一电的转换。由其转换信号分为模拟式光端机和数字式光端机。因此，光纤传输系统按传