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
αλAλ/L dB/Km
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。
LP11
LP02
LP21
单模光纤 △=0.3% ~ 0.6%，d=8~9mm 多模光纤 △= 1% ~ 2%， d=50~60mm
衰减
光纤的衰减A(l)定义为：在波长l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
Aλ10lP oP12gλλdB
对于均匀光纤来说，可用单位长度的衰减，即衰减系数al 反映光纤的衰减性能的好坏。衰减系数定义为：
λc 22π.a40n512n22
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
模场直径
模场直径是一个表示光束强度分布的度量
d
纤芯n1 包层n2
I(r)I0
ex[p(r)2]
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)。
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
L
线传感器 Ds
光纤
Dz 光纤保持器
激光器
Rc
2L Δs 1
Δz
光纤翘曲半径RC应不小于4m
机械性能测试
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。
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
色散
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。
光纤基础知识培训
主讲人 沈 震 强 日 期 2020/4/8
光纤是什么？
n2 n1
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
如何导光？
折射率 nc/v
一般波长越小，折射率越大：蓝光折射率大，红光折射率小
全反射的必要条件：从折射率大的介质到折射率小介质
涂覆层剥离力宜在1.3～8.9N范围之内。
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
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
N A sim na xn 12 n 22
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 n1 n2 n
数值孔径 N A n 1 2 n 2 2 n 1 n 2 n 1 n 2 2 n 2
(lll034)
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
截止波长
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
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。
模式
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。
归一化频率
V πdn 2 λ
V越大，模式数量越多
LP01
模式色散
脉冲展宽的影响：40Gb/s的 光纤链路要求每秒传输40×109 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
色散系数 D(l) 1 L l
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
相互联系
弯曲损耗
宏弯损耗F Dl
而工作波长l受到截止波长lc的限制，即l lc
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
培训内容
光纤的历史 光纤的基本性质 光纤的测试
光纤通信优点
1通信容量大 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
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。
光纤的衰减特性及不同类型光纤的色散特性比较
色散测量
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。
D(l)
S0 4