《光纤基础知识》PPT课件

光纤基础知识培训,主讲人沈震强日期2020/5/14,光纤是什么？,内层为高折射率石英玻璃纤芯中间为低折射率石英玻璃包层(直径？)外层是加强用的树脂涂层,全反射的必要条件：从折射率大的介质到折射率小介质,折射率,如何导光？,一般波长越小，折射率越大：蓝光折射率大，红光折射率小,培训内容,光纤的历史光纤的基本性质光纤的测试,1通信容量大,光纤通信优点,2中继距离长,3保密性能好,4抗电磁干扰,5体积小、重量轻、便于施工维护,6原材料来源丰富,光纤的历史,1、公元2000多年前的“烽火台”是光通信的原始形式2、1621年，荷兰人斯涅耳发现全反射定律3、1870年，英国人第达尔首次验证了光可以在一个弯曲的水流中传播4、1881年，贝尔发明光电话5、1951年，医学上出现光导纤维镜6、1960年，梅曼发明红宝石激光器,7、1966年，英籍华裔科学家高锟发表论文“用于光频率的绝缘纤维表面波导管”8、1970年，康宁公司制造出第一根衰减小于20dB/km的光纤9、1983年，在纽约和华盛顿安装了最早的城市间光纤链路10、目前、随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大。,光纤的分类,按折射率分：阶跃折射率光纤，梯度折射率光纤按原材料分：石英光纤、塑料光纤按传输模式分：单模光纤、多模光纤,接受角度,数值孔径,NA表明了光纤集光的能力，大NA有利于光纤对接,相对折射率,数值孔径,这个公式表明：n1和n2本身并不重要，重要的是它们的平均值和相对差。,能够在光纤内稳定传输的光波，除了要满足全反射条件，还要满足相位谐振条件。因此，光只能以一组独立的角度传播。这些具有不同传播角度的光束称为模式。传播角度越小，其级越低。,模式,归一化频率,V越大，模式数量越多,单模光纤=0.3%0.6%，d=89mm多模光纤=1%2%，d=5060mm,对于均匀光纤来说，可用单位长度的衰减，即衰减系数a(l)反映光纤的衰减性能的好坏。衰减系数定义为：,光纤的衰减A()定义为：在波长处，光通过一段光纤上相距为L的两个横截面1和2之间的光功率差，为,衰减,一、吸收损耗,紫外吸收,红外吸收,水峰吸收：945nm，1240nm，1380nm,二、散射损耗,光纤中的缺陷会引起光的散射，破坏全反射的条件，导致部分光穿出纤芯，造成光功率的损耗。,通常是由折射率的细微变化引起的,典型的光谱衰减,三、弯曲损耗,最小弯曲半径：对于长期应用，弯曲半径超过光纤包层直径的150倍；对于短期应用，弯曲半径应超过包层直径的100倍。对于石英光纤，这两个值分别为19mm和13mm。局限在光纤中的光能越多，光纤对弯曲的敏感性越低。,背向散射法测量光纤的衰减常数,背向散射法测得的典型曲线,光纤色散定义为在光纤中传输的光脉冲，受光纤折射率分布、光纤材料的色散特性、光纤中的模式分布以及光源的光谱宽度等因素影响，出现脉冲展宽的现象。,色散的四种形式：模式色散、材料色散、波导色散、偏振模色散。,色散,模式色散,脉冲展宽的影响：40Gb/s的光纤链路要求每秒传输40109个脉冲，而脉冲展宽严重限制了光纤链路的比特率，因此多模光纤只能用于短距离的光纤通信,材料色散：不同波长的光在光纤中以不同的速度传播波导色散：光在拥有不同折射率的结构纤芯和包层中传播材料色散和波导色散总称为波长色散、在超过1300nm时材料色散为正而波导色散参数为负。,色散系数,光纤的衰减特性及不同类型光纤的色散特性比较,测量原理相移法，即测量不同波长的光信号通过光纤后的产生的相移量，由此算出不同波长的相对群时延，经曲线拟合和数学运算得到光纤的色散特性曲线。,色散测量,S0称为零色散斜率，l0称为零色散波长,偏振模色散（PMD）指单模光纤中的两个正交偏振模式之间的差分群时延,测量原理干涉法，当光纤一端用宽带光源照明时，在输出端测量电磁场的自相关函数，从而确定PMD。,偏振模色散与波长无关，偏振模色散无法完全消除,单模光纤的截止波长是指光纤的第一个高阶模截止时的波长。对于阶跃光纤，截止波长有,截止波长,实际截止波长被定义为总功率与基模光功率之比减小到小于0.1dB时所对应的波长,测量原理传输功率法，由随波长变化的传输功率与参考功率之比来确定截止波长,PK2200,测量原理近场扫描法，在近场图上沿一经过模场中心的直线扫描，测量出近场光强度和F(r)。,模场直径是一个表示光束强度分布的度量,模场直径,微弯损耗,宏弯损耗,弯曲损耗,随模场直径MFD的增加而增加,而工作波长l受到截止波长lc的限制，即llc,相互联系,光纤的几何尺寸是光纤最基本的标准化参数，对光纤的连接损耗，光传输和机械性能等有决定性影响，,测量原理近场图像法，光纤输出端面的近场传导模的光功率分布与折射率分布相似,几何尺寸的特征参数包括：包层直径、包层不圆度、芯层直径、芯层不圆度、芯层-包层同心误差等,PK2400,翘曲度剥除涂敷层后的裸光纤自然弯曲的曲率半径,测量原理激光束散射法，由线传感器读出反射光束之间的距离，将各参数代入公式求出翘曲,光纤翘曲半径RC应不小于4m,由于光纤断裂会导致通信线路中断，修理和更换光纤的成本很高，故光纤的材料强度、操作性的便利性和可靠性是人们最关心的问题。,机械性能测试,在一定条件下，光纤表面微裂纹生长扩大至光纤断裂的过程称为光纤的疲劳。动态疲劳即施加一个具有恒定速率s的应力，测量加载和断裂时间在恒定外加应力速率下，观察断裂时间t和断裂应力，三者之间满足的关系为,Nd称为动态疲劳指数，Nd值愈大，光纤的使用寿命也就愈长，按规定Nd应不小于20,涂覆层剥离力宜在1.38.9N范围之内。,温度依赖性：在周围环境温度在-60和+80间变化测量的结果，增长衰减不超过0.1dB,环境性能测试,水浸依赖性：光纤在20的水中浸泡30天，衰减增长不超过0.2dB,