第3 章光纤传输理论
3.1 基本结构
3.2 光线理论
3.3 模式理论
3.4 单模光纤中的偏振现象
3.5 光在非正规光波导中的传输
3.6 小结
思考与练习3. 1 基本结构
光纤是一种高度透明的玻璃纤维, 由纯石英拉制而成。从横截面上看光纤由三部分组成, 即折射率较高的纤芯, 折射率较低的包层以及表面涂层。光纤折射率( RI) 分布在轴向上通常是相同的。根据芯区折射率径向分布的不同, 可分为两类光纤。阶跃光纤和渐变光纤
折射率在纤芯中保持恒定, 在芯与包层界面突变的光纤称为阶跃光纤;
折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤。
不同折射率分
布的光纤其传
输特性完全不同。
图3. 1 阶跃光纤( a) 与渐变光纤( b) 的横截面和折射率分布多模光纤和单模光纤(1)
光纤有多模光纤和单模光纤两种基本类型。
单模光纤:只能传播一种模式的光纤称为单模
光纤。标准单模(single mode,SM)光纤折射
率呈阶跃型分布,纤芯直径较小,模场直径只
有8～10μm,光线沿轴直线传播。
多模光纤:多模(multimode,MM)光纤纤芯直径
较大,可以传播数百到上千个模式,根据折射
率在纤芯和包层的径向分布的不同,又可分为
阶跃多模光纤和渐变多模光纤。多模光纤和单模光纤(2)
根据纤芯直径2a和光波波长λ比值的大小,
光纤的传输原理可用光线理论和电磁场及模式理论进行分析。
对于多模光纤, 2a/λ远大于光波波长λ;
对于单模光纤, 2a 与λ可比拟。3. 2 光线理论
光波从折射率较大的介质入射到折射率较
小的介质时,在边界发生反射和折射,当入
射角超过临界角时,将发生全反射。3.2.1传输条件
图3.2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(a)θI>θc(b)临界角θI=θc(c)全反射θI
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有效地传输,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。
课程设计（专业课综合设计）指导书
【课程编号】 011013
【学分/学时】 1/16
【课程类别】 实践、必修
【适用专业】 通信与信息类专业
一、设计题目：SDH设备组网设计
二、设计目的
传输网是重要的电信基础网，而SDH是目前应用最为广泛的传输体制，通过光传输系统课程设计使学生熟悉常见的几种传输网络的特点及应用场合，掌握典型传输设备的组网过程以及网管工具的使用，培养学生在传输组网工程方面的实际应用技能，帮助即将毕业的大四学生逐渐进入角色，树立就业信心。
三、任务要求
用指定的SDH设备进行组网，网络的站点数要求至少5个以上。
四、时间、地点及进程
根据我院本科教学计划，本课程设计时间安排在第七学期的第一周，地点在我院专业实验中心各实验室或机房。过程主要分为四个阶段：堂上集中讲解、学生各自在堂下设计（在此期间教师在指定地点答疑）、每个学生到指定实验室上机验收、报告撰写。具体安排在行课前另行通知。
五、预备知识
1、 SDH基本知识（主要熟悉各种网络拓扑结构，特别是通道保护环和复用段保护环的特点）
2、 华为OptiX 155/622光传输设备硬件组成情况
六、上机操作工具
1、SBS MN-NES 传输网管系统；
2、传输网元模拟器（DEMO4.0）；
3、微机。
七、设计步骤
1、选择网络结构，要求每个站的站名以自己的名字命名，如“王勇－1，王勇－2”， 网络的站点数要求5个以上；
SDH网是由SDH网元设备通过光缆互连而成的，网络节点（网元）和传输线路的几何排列就构成了网络的拓扑结构。网络的有效性（信道的利用率）、可靠性和经济性在很大程度上与其拓扑结构有关，所以在建设网络时，首先要确定采用何种网络结构。
常见的网络结构有链形网、星形网、树形网、环形网、网孔形、环带链、环相切、环相交等，如下图：
链形网：
ABCDE
星形网：
ABCDE
第３ｌ卷第５期
２００２年５月 ｔ 私
ＡＣＴＡ ＰＨＯＴｏＮＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ ＶＯ１．３１ Ｎ。．５
光纤传输特性的理论计算
宋宁殷宗敏葛文萍
（上海交通大学区域光纤通信网与新型光纤通信系统国家重点实验室，上海２０００３０）
Ｅ—ｍａｉｌ：ｎ．ｓｏｎｇ＠２６３．ｎｉｔ
摘要介绍了具有任意折射率分布的光纤传输特性参量的计算方法，利用这种方法计算并
分析了三种不同折射率分布的光纤的归一化传播常量、色散和模场直径等传输特性参量．
关键词 色散；模场直径；数值计算
０引言
随着光纤通信技术的日益发展，提高通信信
息容量和无中继传输距离就显得尤为重要 ．在
光纤的传输特性参量中，损耗和色散一直是限制
光纤通信系统的信息容量和无中继传输距离的两
个重要因素．随着光纤放大器的实用化，基本解
决了光纤的损耗问题，光纤的色散成为限制系统
性能的重要因素．光纤的色散是指不同波长的光
在光纤中传输速度不同引起光脉冲展宽和延迟畸
变的现象．当光纤通信系统的信息容量增加时，
色散的影响将增大，这将导致光纤通信系统的误
码率增加，从而限制光纤通信系统的无中继传输
距离．光纤的其他传输特性参量包括归一化传播
常量和模场直径等．归一化传输常量是表征光纤
传输的特性参量，即在光纤轴向上传输的参量．
模场直径定义为光纤径向光能量密度下降到最大
值的１／ｅ处的光纤径向宽度，它对研究光纤接续、
弯曲性能和能量分布有重要作用．对光纤的传输
特性参量进行数值计算，能够为光通信系统的仿
真提供重要的设计参量，这对于验证方案的可行
性并对系统的性能进行评估具有重要的意义．
目前，对光纤传输特性参量的计算方法主要
有解超越方程法、矩阵微扰法、伽辽金法和有限差
分法等 ，它们都能得到满意的计算结果．解超
越方程法只适用于简单阶越剖面光纤；矩阵微扰
法和伽辽金法都采用相同的基函数，需要计算数
值积分和求解矩阵的特征值，计算量较大，有限差
收稿日期１２００ｌ一０９—１８ 分法只需要计算矩阵的特征值，但它的计算精度
纤维光学
光纤及其传输理论
TN252007010488
圆形光子晶体光纤能带结构的一维近似=Banddiagramofcircularphotoniccrystalfiberwithonedimensionalap
proximation[刊,中]/王晶晶(北京交通大学电子信息工程
学院.北京(100044)),王智//北京交通大学学报.2006,
30(5).5964
利用等效介质结构,将圆形光子晶体光纤的二维光子
晶体结构近似为一维结构,应用平面波法得到其能带结
构。考虑实际Bragg光纤与圆形光子晶体光纤的共同之
处,同样将其近似为一维光子晶体,得到能带结构,结果与
以前直接的一维平面波法得到的能带结构存在细微差异。
图6参6(严寒)
TN252007010489光子晶体光纤色散特性的理论研究=Theoreticalstudyof
dispersioncharacteristicsofphotoniccrystalfibers[刊,
中]/陈波(装备指挥技术学院士官系.北京(102249)),杨
广强//光通信研究.2006,(3).4446利用矢量有效折射率法对全内反射型光子晶体光纤
的色散特性进行了系统的理论研究,着重分析了光子晶体
光纤的结构参量对其色散特性的影响,提出了3种有重要
应用价值的光子晶体光纤结构参量设计方案,这些设计方
案的提出对于促进光子晶体光纤在光纤通信系统中的应
用具有重要意义。图6参6(于晓光)
TN252007010490大模场宽频单模光子晶体光纤的设计与制备=Designand
fabricationoflargemodefieldwidefrequencysinglemode
photoniccrystalfibers[刊,中]/陈伟(烽火通信科技股份有
限公司光纤研发部.湖北,武汉(430074)),李进延//光
通信研究.2006,(4).5759
对无尽单模光子晶体光纤进行了理论设计,并提出了
微结构光纤的制造工艺技术和相应的光纤拉丝工艺参数,
