光纤光学讲义二
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光纤光缆基础知识培训讲义第一部分光纤理论与光纤结构一.光及其特性:1. 光是一种电磁波。
可见光部分波长范围是: 390~760nm(毫微米).大于760nm部分是红外光,小于390nm部分是紫外光。
光纤中应用的是:850,1310,1550三种。
2.光的折射,反射和全反射。
因光在不同物质中的传播速度是不同的,所以光从一种物质射向另一种物质时,在两种物质的交界面处会产生折射和反射。
而且,折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。
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。
不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率),相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。
光纤通讯就是基于以上原理而形成的。
二.光纤结构及种类:1.光纤结构:光纤裸纤一般分为三层:中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm),中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm),最外是加强用的树脂涂层。
2.数值孔径:入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输,只是在某个角度范围内的入射光才可以。
这个角度就称为光纤的数值孔径。
光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。
不同厂家生产的光纤的数值孔径不同(AT&TCORNING)。
3.光纤的种类:A. 按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
多模光纤:中心玻璃芯教粗(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。
单模光纤:中心玻璃芯教细(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。
B.按最佳传输频率窗口分:常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。
第一部分.光纤光学需要掌握的基本概念与重要结论第一章.绪论1.光纤的优缺点优点:大容量;低损耗;抗干扰能力强;保密性好;体积小重量轻;材料取之不竭;抗腐蚀耐高温。
缺点:易折断;连接分路困难;怕水;怕弯曲。
2.光纤的分类重点掌握(1)光纤的结构,纤芯、包层、涂覆层的特点与作用(2)阶跃折射率分布光纤(SIOF)与渐变折射率分布光(GIOF)的特点与区别,折射率分布形式。
一些基本参数的意义与其表达式:相对折射差∆的意义与表达式;折射率分布参数g的意义(当g=∞时为SIOF,当g=2时为平方率分布光纤,当g=1时为三角分布光纤)。
(3)单模光纤与多模光纤的特点与区别(传输的模式数,芯径的大小,归一化频率);归一化频率的意义与表达式(阶跃单模光纤的判据:V<2.405,渐变单模光纤的判据:V<3.508。
注意我们经常见到的2.405 是对阶跃光纤而言的)。
简单了解其它种类的光纤,例如保偏光纤与有源光纤(后面的课程会学到)。
3.光纤的制备工艺简单的了解一下。
第二章.光纤光学的基本方程1.分析光纤波导的两种理论“几何光学方法”与“波动光学理论”的应用条件(几何光学方法:芯径远大于光波长;波动光学理论:芯径与波长可比例)与特点。
2.由麦克斯韦方程组出发推导波导场方程(1)“三次分离”,基本过程以及能够这样分离的依据“电磁”分离:由麦克斯韦方程组到波动方程“时空”分离:由波动方程到亥姆霍兹方程“横纵”分离:由亥姆霍兹方程到波到场方程(2)SIOF与GIOF中光线方程的意义,即SIOF与GIOF中光线的传播形式3.模式及其基本性质(1)模式的基本概念与定义(2)TEM、TE、TM、HE、EH模式的特点(3)纵向传播常数β横向传播常数W、U的意义(重点了解W的意义),以及W、U、V之间的关系(4)截止与远离截止的概念与基本条件(W=0截止,W=∞远离截止)(5)相速度、群速度、群延时的基本概念(6)线偏振模的概念第三章.阶跃折射率分布光纤1.几何光学分析方法主要掌握一些基本的概念,“子午光线”与“偏斜光线”的定义;数值孔径的表达式,以及其物理意义(标志着光纤收光能力以及与光源耦合时偶和效率的大小),数值孔径与传输带宽的关系(成反比)。