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光纤通信(第2版)-顾畹仪主编pdf

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  国家级特色专业“通信工程”系列教材 21 世纪高等院校信息与通信工程规划教材 顾畹仪 主编 顾畹仪 黄永清 陈 雪 编著 张 杰 张 民 喻 松 人民邮电出版社 北 京 内 容 提 要 本书系统地讲述了光纤通信的基本理论和关键技术,主要内容包括光纤的传输理论(射线光学理论和波 动光学理论)和传输性质(损耗、色散和非线性光学效应),半导体激光器的工作原理、性质、光源的直接 调制与间接调制、调制格式和激光发射机,光电检测器的工作原理和性质、直接检测光接收机的组成、噪声 的分析与灵敏度的计算方法、相干光检测光接收机,光纤通信系统的构成、性能参数和系统的设计、光载无 线技术,各种无源光器件(尤其是波分复用器件)的基本原理、性质及其在光通信中应用,光网络的发展与 演变、光传送网、自动交换光网络、分组传送网、城域与接入光网络的组成结构、关键技术和发展趋势,大 容量 WDM 系统超长传输技术如色散补偿、光时分复用、量子通信,光纤通信的测量技术(包括测量的标准、 光纤特性测量、光器件的测量和光纤通信系统的测量)等。 本书系统性强,论述深入浅出,可作为通信类和电子信息类大学本科生教材,也可作为光纤通信领域科 技工作者的参考书。 国家级特色专业“通信工程”系列教材 21 世纪高等院校信息与通信工程规划教材 光纤通信(第 2 版)  主 编 顾畹仪 编 著 顾畹仪 黄永清 陈雪 张杰 张民 喻松 责任编辑 滑 玉  人民邮电出版社出版发行 北京市崇文区夕照寺街 14 号 邮编 100061 电子邮件 315@ 网址 北京 印刷  开本:7871092 1/16 印张:23.5 577 2011 6 2 字数: 千字 年 月第 版 1- 000 2011 6 1 印数: 册 年 月北京第 次印刷 ISBN 978-7-115-25557-0 定价: 元 读者服务热线:( ) 印装质量热线 反盗版热线 年代以来,光纤通信一直以惊人的速度发展着,它为通信网络提供了难 以想象的传输带宽,成为信息网络最主要的传输手段。目前,无论是在陆地还是在海底, 在世界范围内都已形成了拥有巨大传输容量的光纤通信网络,为迅速增长的信息流量提供 了宽敞、可靠的传送平台。 本教材的作者们长期从事光纤通信的科研和教学工作,圆满完成过大量国家自然基金、 国家863 和国家攻关项目,具有丰富的研究经验和丰硕的研究成果,编写过多本教材和专 著,积累了丰富的教学经验。 《光纤通信》一书是最新出版的用于通信工程和电子信息工程等专业的本科生教材。该 书是普通高等教育“十五”国家级教材,作者总结了多年来的科研成果和教学经验,参考 了大量国内外的相关资料,系统讲述了光纤传输、光收发端机、光纤通信系统与网络、器 件与测量等方面的基本原理和关键技术,反映了光纤通信的最新技术和当前的研究水平, 是一本理论性、系统性、可读性和时新性均优秀的本科教材。 希望该教材在教学实践中不断完善,为培养我国光纤通信领域的科技人才做出贡献。 是为序。 中国科学院资深院士 北京邮电大学名誉校长 2005 年 12 月 第 2 版 前言 本书自 2006 年出版以来受到广大读者的关注,作者感谢读者的厚爱和提出的宝贵 意见。 五年来,光纤通信有了长足的发展。首先,随着通信流量的迅速增长,光纤通信系统 持续向高速率、大容量、高频谱效率的方向发展。为了适应这一发展需求,新型外调制模 块和光电检测器、高阶矢量调制格式、相干光检测和数字信号处理等技术受到人们的关注 并得到迅速发展。其次,光网络的建设已颇具规模,自动交换光网络(ASON )和光传送 网(OTN )已由研究阶段走向实用化;2005 年问世的分组传送网(PTN )也已推出系列产 品,开始了商用;光纤到户的建设也已提到日程。另外,人类社会不断增长的随时随地获 取宽带信息的需求,促进了光与无线通信的融合,用低损耗、大容量的光纤通信系统承载 宽带无线信息成为发展的必然趋势,Radio over Fiber (RoF )成为热点研究课题。在RoF 的研究中,不仅限于用光纤将射频信号或基带信号拉远,而且研究用光子学的技术与方法, 解决微波/毫米波通信中的难点问题。总而言之,在过去的五年中,光纤通信技术发展演变 迅速,新的光电器件、新的技术层出不穷。 为了保持教材的时新性,我们对本书进行了修订。在本次修订中,我们根据发展情况 对原有内容进行了删减,并补充了近五年来发展迅速且有应用前景的新技术,同时,保持 教材的总篇章和字数基本不变。 本书的不当之处,敬请广大读者批评指正。 第 1 版 前言 从 1970 年第一批损耗较低的光纤问世至今的35 年中,光纤通信以惊人的速度在发展, 迅速成熟并得到广泛应用,成为主导的传送技术,在为通信网络提供巨大的传输和吞吐容 量的同时,也不断地冲击着通信技术的各个领域发生变革,在人类信息化的进程中扮演着 重要角色。 回顾光纤通信的发展历史,1970 年是一个重要的里程碑。在这一年,美国的康宁玻璃 公司研制出损耗为20dB/km 的石英光纤,美国和日本同时实现了半导体激光器在室温下的 连续工作,既证明光纤作为通信的传输媒质是大有希望的,同时又为光纤通信提供了体积 小、容易调制的光源,为光纤通信的迅速发展和广泛应用拉开了序幕。几年后,光纤在850nm 的损耗已降到2dB/km 左右,半导体激光器和光电检测器的性能也不断提高,寿命不断加 长,到 1976 年,第一个速率为44.7Mbit/s 的光纤通信系统在美国亚特兰大顺利进行了现场 实验,向实用化迈出坚实的一步。该系统经过全面性能测试后,很快商用化。20 世纪 80 年代,光纤通信以其巨大的带宽、很低的损耗在通信网络中获得广泛的应用,并逐渐代替 了传统的电缆通信。 20 世纪 80 年代,为了进一步降低光纤的损耗,并获得更大的传输带宽,光纤通信经 历了由 850nm 的多模光纤通信系统向 1300nm 的单模光纤通信系统的转变,并向 1500nm 过渡。这是因为在长波长时光纤的损耗可以降得更低,光纤在850nm 的损耗为2dB/km 左 右,但在 1300nm 和 1500nm 时,损耗可以分别降到0.5dB/km 和0.2dB/km 以下。由多模光 纤向单模光纤的过渡是为了消除光纤的模间色散,获得更大的传输带宽。在这个时期,光 纤通信系统的速率也以超摩尔定律的速度迅速增长。 20 世纪90 年代初,掺铒光纤放大器(EDFA )以其优越的性能开始在光纤通信中应用, 这促使了密集波分复用(DWDM )技术的发展。在20 世纪90 年代,基于光纤通信的这两 项重大突破:DWDM+EDFA 光纤传输系统和光网络的蔚然兴起。DWDM 技术为单根光纤 提供了不可思议的带宽容量,到 2001 年,OFC 会议上报道的单根光纤的传输容量已达到 10.92Tbit/s。DWDM+EDFA 提供了大容量、长距离无电中继传输的可能,也促使了光网络 的发展。联合国“1999 世界电信论坛会议”副主席约翰·罗斯(John Roth )在论坛开幕演 说时提到:光纤通信容量每9 个月会增加一倍,但成本降低一半,比电子晶片发展速度的 每 18 个月还快。按如此疯狂的速度发展,光网络注定会在世界范围的电信基础结构中扮演 极其重要的角色。 Ⅱ 2 9 20 世纪90 年代中后期,基于WDM 技术的全光通信网引起众多的关注。全光通信网 主要特点是将光交叉连接设备和光分插复用设备引入网络,在光层实现信号的传输、复用、 交换和选路功能,构成灵活、透明、可动态重构的光网络。全光通信网被ITU-T 定名为光 传送网(OTN )。 进入 21 世纪后,增加网络的智能成为人们新的追求,高度智能化的自动交换光网络 (ASON )也应运而生。ASON 将控制与管理功能分离,通过控制平面的信令、路由和自动 发现机制实现连接的自动建立、维护和删除,通过网络的智能使QoS 保证和流量工程的特 征十分明显,可以支持带宽按需分配(BoD )、光虚拟专用网(OVPN )、组播等新业务的 需求,成为光网络发展演变的主流方向。与此同时,标记光交换、突发光交换和分组光交 换的研究也方兴未艾。 目前,光纤通信已经广泛应用到长途骨干网、城域网和接入网中,成为支撑信息网络 的重要柱石之一。光纤通信之所以能获得如此迅速的发展,与其特有的优越性能是分不开 的。光纤通信具有以下优点:  传输损耗小,带宽大;  尺寸小,重量轻,便于运输与敷设;  抗电磁干扰性能好;光纤间串扰小;  原材料是SiO2 ,取之不尽,用之不竭。 本书较系统、全面地介绍光纤通信的基本理论、关键技术和发展情况。本书的前3 章 系统地论述光纤通信系统的各个组成部分的基础理论,包括光纤的传输理论和传输性质; 半导体激光器和光电检测器的原理、性能;光源的调制和光发射机;光接收机的噪声分析 和灵敏度计算;光收发端机的组成等。在前3 章的基础上,第4 章介绍光纤通信系统的组 成、性能参数和系统的设计。第5 章介绍各种无源光器件,尤其是WDM 复用/解复用器件 和光开关的工作原理、性能及其在光纤通信中的应用;第6 章介绍光网络的发展演变,光 传送网、自动交换光网络、光突发交换网、城域与接入光网络的组成结构和关键技术;第 7 章介绍近几年出现的扩大容量和增加功能的光通信新技术,如色散补偿、光分组交换、 光时分复用、量子通信等。最后一章介绍光纤通信的测量技术。 本书在写作过程中参阅了大量的国内外的研究资料,也凝聚了作者及其所在研究室多 年来的教学经验和科研成果,可作为通信类和电子信息类大学本科生教材,也可作为光纤 通信领域科技工作者的参考书。 由于作者的水平所限,本书难免有错误或不当之处,敬请广大读者批评指正。 作者于2006 年 1 月 作者简介 顾畹仪,1970 年毕业于北京大学物理系,1982 年在北京邮电 大学获硕士学位,毕业后留校任教至今。 顾畹仪长期在光纤通信领域从事教学和科研,研究领域包括 高速光纤通信系统、WDM 光传送网、智能光网络和WDM 超长 传输系统等。承担并圆满完成过十多项国家 863、自然基金、国 家攻关项目和部重点项目,研究成果曾六次荣获部级科技进步奖。 主要论著《光纤通信系统》、《全光通信网》、《光传送网》、《WDM 超长距离光传输技术》等,曾获得原邮电部优秀教材特等奖和全 国优秀教材奖。顾畹仪从事教学工作20 余年,曾二次荣获市级优 秀教学成果奖和一次国家优秀教学成果奖,于 1992 年被授予“国家有突出贡献的中青年专 家”称号,2001 年被评为“全国优秀教师”。 顾畹仪现任北京邮电大学学术委员会副主任,信息光子学与光通信研究院教授,博士 生导师,中国通信学会会士,北京通信与信息协会光通信专业组主任,《通信学报》、《北京 邮电大学学报》和《中兴通信技术》杂志编辑。 1 1 目 录 1 1 2 46 1.1 光纤的射线 2.1.1 激光原理的基础知识 46 1.1.2 多模阶跃折射率光纤的射线 1.1.3 渐变折射率光纤4 2.1.4 典型分类 58 1.2 阶跃折射率光纤的波动光学理论 6 2.1.5 模式概念 65 1.2.1 波动方程6 2.1.6 基本性质 68 2.2 半导体发光二极管 74 1.2.2 波动方程的解和光纤中的模式 7 1.3 渐变折射率光纤的理论分析22 2.2.1 工作原理 74 1.3.1 平方律型折射率分布光纤的 2.2.2 结构和分类 75 波动理论解法23 2.2.3 主要性质 75 1.3.2 WKBJ 法的基本思想27 2.3 光源的直接调制 76 1.4 光纤的损耗27 2.3.1 光源的两种调制方式 76 1.4.1 引起光纤损耗的因素28 2.3.2 光源的直接调制 77 1.4.2 光纤的损耗特性曲线 直接调制激光发射机 82 谱28 2.4 光源的间接调制 86 1.5 光纤的色散29 2.4.1 间接调制的类型和特点 86 1.5.1 光纤色散的概念29 2.4.2 电光调制和波导调制器 88 1.5.2 光纤色散的种类30 2.4.3 电吸收调制器 88 1.5.3 光纤色散的表示法31 2.5 光源的调制格式 89 1.6 光纤中的非线 受激散射效应32 2.5.2 高速长距离系统中常用的调制 1.6.2 折射率扰动33 格式 91 1.7 单模光纤35 2.6 小结 94 1.7.1 单模光纤的结构特点35 习题 94 1.7.2 单模光纤的基本分析35 3 96 1.7.3 单模光纤的特性参数37 3.1 光接收机简介 96 1.7.4 单模光纤的分类39 3.1.1 光接收机的分类与性能指标 96 1.8 光纤的制造工艺和光缆的构造 40 3.1.2 直接检测光接收机的构成及 1.8.1 光纤的制造工艺40 功能 97 1.8.2 光缆的构造41 3.2 光电检测器 98 1.9 小结44 3.2.1 PN 结的光电效应 98 习题 45 3.2.2 PIN 光电二极管 99 2 9 II 3.2.3 雪崩光电二极管 104 4.5.3 ROF 技术的主要应用168 3.3 放大电路及其噪声 108 4.6 小结170 3.3.1 噪声的数学处理 108 习题 170 3.3.2 放大器输入端的噪声源 110 5 172 3.3.3 场效应管和双极晶体管的 5.1 无源器件的几个常用性能参数 172 噪声源 112 5.2 光纤和波导型无源光器件173 3.3.4 前置放大器的设计 116 5.2.1 光连接器和光耦合器173 3.4 光接收机的灵敏度 117 5.2.2 偏振控制器176 3.4.1 灵敏度计算的一般方法 117 5.2.3 光纤布拉格光栅177 3.4.2 灵敏度的高斯近似计算 118 5.2.4 Mach-Zahnder 滤波器179 3.4.3 影响光接收机灵敏度的主要 5.2.5 非线 光接收机的组成模块 122 5.3.1 偏振分束器182 3.5.1 码间干扰问题与均衡滤波 5.3.2 光隔离器182 电路 122 5.3.3 光环行器183 3.5.2 接收机的动态范围和自动增益 5.3.4 自聚焦透镜185 控制电路 125 5.3.5 F-P 腔滤波器185 3.5.3 再生电路 127 5.3.6 光栅187 3.6 相干检测光接收机简介 130 5.4 波分复用、解复用器件188 3.6.1 相干检测原理简介 132 5.4.1 光栅型复用、解复用器188 5.4.2 干涉膜滤波器型复用、解复用 3.6.2 DPSK 信号的准相干检测 134 小结 135 器件190 习题 136 5.4.3 阵列波导光栅型复用、解复 4 138 用器191 4.1 模拟光纤通信 138 5.5 光开关193 5.5.1 机械光开关193 4.2 数字光纤通信系统和总体设计 140 5.5.2 微电机械光开关194 4.2.1 数字光纤通信系统基本组成 140 3 5.5.3 热光开关195 4.2.2 数字光纤通信系统总体设计 14 4.3 数字光纤传输系统的性能指标 150 5.5.4 波长选择开关197 4.3.1 误码性能 150 5.5.5 高速光开关199 4.3.2 抖动、漂移性能 153 5.6 WDM 光纤传输系统201 4.3.3 可用性 154 5.6.1 波分复用、密集波分复用和 4.4 光纤放大器及其在光纤通信系统 光频分复用201 中的应用 154 5.6.2 波分复用系统的构成202 4.4.1 掺铒光纤放大器 155 5.6.3 WDM 系统的标称波长204 4.4.2 喇曼光纤放大器 161 5.6.4 波分复用系统的管理技术 206 4.5 光载无线 大容量WDM 实验系统的 4.5.1 光载无线 ROF 系统的关键技术 165 5.7 小结208 1 III 习题 209 7.1.5 前向纠错编码技术265 6 211 7.1.6 光孤子技术265 6.1 光网络的发展与演变 211 7.2 色散和偏振模色散补偿266 6.1.1 光网络发展概况 211 7.2.1 概述266 6.1.2 光分组交换网213 7.2.2 常用的色散补偿技术268 6.1.3 光突发交换网218 7.2.3 偏振模色散补偿技术272 6.2 光传送网221 7.3 光时分复用技术273 6.2.1 光传送网的分层结构222 7.3.1 概述273 6.2.2 光交叉连接节点的结构222 7.3.2 光时分复用原理273 6.2.3 光分插复用器和WDM 7.3.3 光时分复用关键技术274 环形网226 7.3.4 光时分复用网络278 6.2.4 IP over WDM 技术231 7.4 量子通信280 6.3 自动交换光网络 233 7.4.1 概述 280 6.3.1 ASON 的体系结构233 7.4.2 量子通信的理论基础281 6.3.2 ASON 的控制平面235 7.4.3 量子通信的实现方案28 1 6.3.3 ASON 的三种连接237 7.4.4 量子密码术282 6.3.4 ASON 的特点238 7.4.5 量子通信的特点283 6.4 分组传送网239 7.5 小结283 6.4.1 发展情况239 习题 284 ... 8 285 6.4.2 MPLS-TP 的网络功能架构 240 6.4.3 MPLS-TP 的多业务承载 8.1 测量的标准285 和数据转发功能242 8.2 光纤特性的测量286 ... 8.2.1 光纤衰减常数的测量286 6.4.4 MPLS-TP 的OAM 与生存性 242 6.5 城域与接入光网络243 8.2.2 单模光纤色散的测量289 6.5.1 城域光网络概况243 8.2.3 单模光纤的偏振模色散的 6.5.2 城域网的技术选择245 测量290 6.5.3 接入光网络251 8.3 光器件的测量293 6.6 小结257 8.3.1 半导体光源的测量294 习题 257 8.3.2 半导体光检测器的测量298 7 8.3.3 无源光器件的测量301 259 8.4 光纤通信系统的测量303 ... 7.1 大容量WDM 系统超长传输技术 259 8.4.1 系统误码性能的测量 303 7.1.1 概述259 8.4.2 系统抖动性能的测量306 7.1.2 新型光纤技术260 8.4.3 系统光接口性能的测量312 7.1.3 新型光调制技术262 8.5 小结316 7.1.4 分布式光放大技术264 习题 316 1 1 1 光纤的基本理论 光具有波粒二象性,既可以将光看成光波,也可以将光看作是由光子组成的粒子流。因 而,在分析光纤中光的传输特性时相应地有两种理论:射线光学(即几何光学)理论和波动 光学理论。 射线光学是用光射线代表光能量传输线路来分析问题的方法。这种理论适用于光波长远 远小于光波导尺寸的多模光纤,可以得到简单、直观的分析结果。 波动光学是把光纤中的光作为经典电磁场来处理。因此,光纤中的光场必须服从麦克斯韦方 程组和全部边界条件。从波动方程和电磁场的边界条件出发,可以得到全面、正确的解析或数字 结果,给出光纤中的场结构形式(即传输模式),从而给出光纤中完善的场的描述形式。它的特 点是能够精确地、全面地描述光纤的传输特性,这种理论适合于单模光纤和多模光纤的分析。 本章首先用射线光学理论简单分析光在多模光纤中的传输情况,然后采用波动光学理论 分析光在光纤中的传输性能,其次讨论光纤的基本传输性能—损耗特性、色散特性和非线 性效应,分析单模光纤的结构和性能,最后介绍光纤的制造工艺和光缆的结构。 1.1 光纤的射线光学分析 光纤通信中所使用的光纤是截面很小的可绕透明长丝,它在长距离内具有束缚和传输光 的作用。 光纤是圆截面介质波导。图 1-1 所示是光纤的横截面图。光 纤由纤芯、包层和涂覆层构成。纤芯由高度透明的材料构成;包 层的折射率略小于纤芯,从而可以形成光波导效应,使大部分的 光被束缚在纤芯中传输;涂覆层的作用是增强光纤的柔韧性。此 外为了进一步保护光纤,提高光纤的机械强度,一般在带有涂覆 层的光纤外面再套一层热塑性材料,成为套塑层(或称二次涂覆层)。在涂覆层和套塑层之间 还需填充一些缓冲材料,成为缓冲层(或称垫层)。 目前使用的光纤大多为石英光纤。它以纯净的二氧化硅材料为主,为了改变折射率,中 间掺以合适的杂质。掺锗和磷使折射率增加,掺硼和氟使折射率降低。 2 2 9 光纤依据不同的原则可有不同的分类方法。 1 ()按光纤横截面的折射率分布分类 根据光纤横截面折射率分布的不同,常用光纤可以分成阶跃折射率分布光纤(简称阶跃 1-2 光纤)和渐变折射率分布光纤(简称渐变光纤)两种类型,其折射率分布如图 所示。 1-2 a 2a 2b 图 ()所示为光纤的横截面图,其纤芯直径为 ,包层直径为 。 1-2 b n n 图 ()所示为阶跃光纤横截面的折射率分布,纤芯折射率为 ,包层折射率为 。 1 2 纤芯和包层的折射率都是均匀分布,折射率在纤芯和包层的界面上发生突变。 1-2 c n ,是均匀的,而在 图 ()所示为渐变光纤横截面的折射率分布,包层的折射率为 2 纤芯中折射率则随着纤芯的半径的加大而减小,是非均匀的、且连续变化。 此外,还有三角型折射率光纤、双包层光纤和四包层光纤等,单模光纤的折射率分布如 1-3 图 所示。 2 ()按光纤中的传导模式数量分类 光是一种电磁波,它沿光纤传输时可能存在多种不同的电磁场分布形式(即传播模式)。 能够在光纤中远距离传输的传播模式称为传导模式。根据传导模式数量的不同,光纤可以分 为单模光纤和多模光纤两类。  单模光纤:光纤中只传输一种模式,即基模(最低阶模式)。单模光纤的纤芯直径极 小,为4 m~10 m ,包层直径为125 m 。单模光纤适用于长距离、大容量的光纤通信系统。     多模光纤:光纤中传输的模式不止一个,即在光纤中存在多个传导模式。多模光纤 的纤芯直径较大,多模光纤的纤芯一般为 50m ,其横截面的折射率分布为渐变型,包层的 外径为125 m 。多模光纤适用于中距离、中容量的光纤通信系统。  需要指出的是,单模光纤和多模光纤只是一个相对概念。光纤中可以传输的模式数量的 多少取决于光纤的工作波长、光纤横截面折射率的分布和结构参数。对于一根确定的光纤, 当工作波长大于光纤的截止波长时,光纤只能传输基模,为单模光纤,否则为多模光纤。 3 1 3 ()按光纤构成的原材料分类 4 光纤按其构成的原材料可分为以下 类。  SiO GeO SiO 石英系光纤:它主要是用高纯度的 2 掺有适当的杂质制成,例如用 2 · 2 P O SiO B O SiO 和 · 做纤芯,用 · 做包层。目前这种光纤损耗最低,强度和可靠性最高, 2 5 2 2 3 2 应用最广泛。  多组分玻璃光纤:例如用钠玻璃掺有适当的杂质制成。这种光纤的损耗较低,但可 靠性不高。  塑料包层光纤:纤芯是用石英制成,包层是硅树脂。  全塑光纤:纤芯和包层均由塑料制成,其损耗较大,可靠性也不高。 目前,光纤通信中主要使用石英系光纤。 4 ()按光纤的套塑层分类 光纤按其套塑层可分为以下两类。  紧套光纤:典型的紧套光纤各层之间都是紧贴的,光纤被套管紧紧箍住,不能在其 中松动。在光纤与套管之间放置了一个缓冲层,以减小外面应力对光纤的作用。紧套光纤的 结构简单,使用和测试都比较方便。  松套光纤:典型的松套光纤的护套为松套管,光纤能在其中松动。管内空间填充油 膏,以防水分渗入。松套光纤的机械性能、防水性能都比较好,便于成缆。若一根管内放入 2 20 ~ 根光纤,可制成光纤束,称为松套光纤束。 在多模阶跃光纤的纤芯中,光按直线传输,在纤芯和包层的界面上光发生反射。由于光纤中 n n 1-4 1-4 纤芯的折射率 大于包层的折射率 ,所以在芯包界面存在着临界角φ,如图 所示。图 1 2 c 所示为阶跃光纤的子午光线(一般将通过光纤轴线的平面称作子午面,把传输中总是位于子午面 内的光线称为子午光线)。当光线在芯包界 面上的入射角φ大于φ 时,将产生全反 c 射。若φ小于φ,入射光一部分反射,一 c 部分通过界面进入包层,经过多次反射后, 光很快衰减掉。所以可以形象地说阶跃光 纤中的传输模式是靠光射线在芯包界面上 的全反射而使能量集中在纤芯之中传输。 这里,首先定义光纤的相对折射率 差,这一参数直接影响光纤的性能: 2 2 n n Δ 1 2 1-1 2 ( ) 2n 1 1% 光纤通信中所用的光纤的 一般小于 ,所以 可近似表示为   n n ( )  1 2 n 1 1-2 ( ) n n ( ) 1 2  n 2 4 2 9 形成导波的子午光线必须能在芯包界面上产生全反射。由光纤中光线在界面的全反射条 件,可以推出临界角φ为 c n

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