光纤通信毕业论文(3)

浅析多模光纤的弯曲损耗

费秀男

（黑龙江大学电子工程学院，黑龙江 哈尔滨 150080）

摘 要：随着光通讯、光网络、光传感技术的发展，光纤已经被广泛应用于上述系统作为信息载体和敏感元件。多模光纤以其结构简单、芯径大、耦合效率高，损耗、色散较大而被广泛应用于小型局域网，局域网的铺设线路上往往弯曲较多。因此，研究弯曲对多模光纤所传输信号的衰减对于合理构建和铺设局域网是十分必要的。

为此，我们实验研究了62.5微米芯径多模石英光纤在相同圈数不同弯曲半径和相同弯曲半

径不同圈数情况下的弯曲损耗，得到了如下结论：（1）多模光纤弯曲时有一个4.5厘米到5厘米的临界值。（2）当弯曲半径大于临界值时，弯曲不对损耗产生影响，当弯曲半径小于临界值时，弯曲半径越小则损耗越大；（3）当弯曲圈数到一定程度时，弯曲圈数不影响损耗。

关键词：多模光纤；弯曲损耗；弯曲半径

1.1 引言

当今的信息时代是以两大技术的出现与发展为基础，同时也是以这两大技术为

支撑的。其一是包括超大规模集成电路在内的计算机技术，它使信息处理能力成百万倍的提高;其二就是以半导体激光器、光纤和光电子器件为主力军的通信和网络技术，它使信息传输能力成百上万倍地提高。

1966年，英籍华人高锟博士(当时工作于英国标准电信研究所) 深入研究了光在

石英玻璃纤维中的严重损耗问题，发现了这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因，突破了应用的瓶颈，奠定了光纤通信的基础；在高锟理论的指导下，1970年美国的康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的光纤，日本也做出了超低损耗的光纤(损耗为0.2dB/km，波长为1.55μm)，二十世纪九十年代中期，由于掺铒光纤放大器的实用化推动了波分复用技术的实用化，实现了Tbit/s量级的传输速率；近年来光交叉连接，光分插复用光突发交换，光分组交换，无源光网络等技术应运而生，并得到迅速的发展。光电子集成，光纤传感器及传感系统等多种技术也得到了迅速的发展，并在许多领域中得到了广泛的应用[2]。

1.2 光纤的发展历史、种类及用途

1.2.1 光纤的发展历史

光纤的发展，大致可以分为三个阶段：

第一阶段，光纤的早期实验室研究阶段。

1870年英国物理学家Joan Tyndall验证了光可以在一个弯曲的水流中传播，证明

了全内反射现象的存在，为光纤的发明做好了理论上的。

第二阶段，光纤研究的蓬勃发展和传像应用阶段

1955年，美国的希斯乔威滋把高折射率的玻璃棒插在低折射率的玻璃管中，将

他们放在高温炉中拉制，得到了玻璃（芯）—玻璃（涂层）的光纤，初步解决了光纤的漏光问题，为今天的光纤制造工艺奠定了基础。

1960年，光纤束传像研究得以突破，美国人解决了光纤排列工艺方面的问题，制造出了可弯曲，高分辨率的光纤传像束，这种光纤传像束在医疗仪器中得到广泛的应用。

1961年研制出了红外和紫外波段使用的光纤，并且用钕玻璃制造出了激光光纤。

在这一阶段，建立和完善了光纤理论，光纤的制造工艺有了很大的改进，光纤

和光纤元件（光纤面板、光纤束）的质量明显改善。第三阶段，光纤研究的高速发展和通信应用阶段。

1.2.2 光纤的种类及用途

光纤的分类方法很多，既可以按照光纤截面折射率分布来分类，又可以按照光

纤中传输模式数的多少、光纤使用的材料或传输的工作波长来分类。

（1）按光纤组成材料一般可分为：①石英系光纤

②多组分玻璃光纤

③全塑料光纤

④氟化物光纤

⑤硫硒化合物光纤

⑥光子晶体光纤

（2）按工作波长可分为:①短波长光纤(800～900nm)

②长波长光纤(1300～1600nm)

③超长波长光纤(2000nm以上)

④全波光纤

（3）按传输模式可分为: ①单模光纤

②多模光纤

（4）按光纤横截面的折射率分布可分为:

①阶跃光纤

②渐变折射率光纤

由于光纤分类多种多样，各种分类相互交叉，各种光纤的传输特性还可根据用

户的需求而特殊制造，所以在这里我们只对上述光纤的一般特性和用途进行归纳[1]。

（1）石英光纤。这种光纤的损耗低，工作波长在1.55微米时．损耗可降到0.15dB

／km，工作波长在0.85微米时，损耗为30dB／km．

（2）多组分玻璃光纤。这种光纤由普通光学玻璃拉制而成，损耗也较低，如钠－硼硅酸盐玻璃光纤，工作波长在0.63微米时，最低损耗为3.4dB／km。

（3）塑料光纤。这种光纤是用两种以上的高分于材料共聚而成。它与石英光纤

相比具有重量轻、成本低、柔软性好、加工方便等优点，但损耗较大。工作波长0.63微米时达到100~200dB／km。基于此原因，塑料光纤的应用有限。

（4）多模光纤。可用上述所有材料制作。多模光纤又可以分为阶跃式和渐变式

两种。多模光纤可以说是第一种广泛应用于实际的光纤，直到现在，它还发挥着不可替代的作用。

（5）单模光纤。基本条件是芯径足够小，光纤中传输模式只有一个。单模光纤

以其损耗低、频带宽、容量大、成本低、易于扩容等优点，成为一种理想的长距离通信介质得到广泛的应用。单模光纤传输信号的速度远远高于多模光纤，无中继传播距离大于几千米。

（6）聚合物光纤。目前通信的主干线已实现了以石英单模光纤为基质的通信,但

是，在接入网和光纤入户(FTTH)工程中，石英单模光纤却遇到了较大的困难。由于石英单模光纤的纤芯很细（6-10μm），光纤的耦合和互接都面临技术困难，因为需要高精度的对准技术。

1.3 本论文工作的目的、意义和主要内容

随着光通讯、光网络、光传感技术的发展，光纤已经被广泛应用于上述系统作

为信息载体和敏感元件。不同的光纤对光能量和光信息的保真度是不同的。研究并了解不同光纤的传输特性将有利于我们合理选材、合理布局，为构建最合乎需要、性能最佳的光通讯、光网络、光传感系统提供依据。

2 光纤传输理论

光纤传输理论分为模式理论和光线理论。模式理论采用波动光学的方法，把光

作为电磁波来处理，研究电磁波在光纤中的传输规律，得到光纤中的传播模式、场结构、传输常数及截止条件。光线理论采用几何光学的方法可简单直观地得到光线在光纤中传输的物理图像。

光纤中传播的模式可分为三类：

传导模：满足全反射条件的那些模式。其光场分布特点是：在纤芯内为驻波场

或行波场，波场功率被限制在纤芯内传播。

辐射模：不满足全反射条件的模式，其电磁场不限于光纤芯区而可径向辐射至

无穷远。辐射模在纤芯和包层之中均为行波场，光纤失去了对光波场功率的限制作用。

漏泄模：以临界角入射的光线，在纤芯内传播时，光波场功率透过一定厚度的“隧

道”泄漏到包层之中，在包层中沿传播方向为衰减的行波场

2.1 光纤的模式理论

描写电磁场的麦克斯韦方程组为： .D

.B0

EB

t （2-1-1）

HJD

t

其中E是电场强度，D是电位移矢量，H是磁场强度，B是磁感应强度，是

电荷密度，J为电流密度。对于各向同性介质，E、D、H、B满足如下的物质方程：

DE （2-1-2） BH

式中，为介质的介电常数和磁导率，一般是频率的函数，即存在色散现象。现在讨论一种比较简单的情况，即对于均匀、各向同性介质，，为常数，可以写成： 由矢量解可得到如下结论：

①、对应于每一阶贝塞尔函数（m取某一确定整数），都存在多个解（以n＝1，2，…表示）,记为βmn；每一个βmn值对应于一个能在光纤中传输的光场的模式；根据不同的m与n的组合，光纤中将存在许多模式；m表示导波模式的场分量沿纤芯圆周方向出现最大值的个数，n表示沿径向出现最大值的个数。

②、HE11模式在任何光纤中都存在（因为任何光纤都有V>0）， HE11模称为基模。

2.2 光纤的光线理论

以几何光学为基础的光线理论，一直是传统光学仪器和元件设计的理论基础。

它在处理短波长情况的光传播问题要比波动方程简单得多。而且它并不局限于光传播问题的范围，它还可以描叙波动光学所描叙大部分现象，有简单，直观的优点。XP与XC的夹角。

3 光纤传输特性

3.1光纤的损耗、色散和非线性

3.1.1光纤的损耗

光纤传光并不是完全没有损耗的,光纤的传光损耗问题一直是研究光纤传输特性的最重要的内容之一。本章主要对光纤损耗进行一些简单的介绍。在光纤中损耗可以分为两类：内部损耗和外部损耗。内部损耗是那些与给定的光纤材料相关而不能通过技术改造和生产方法的改革而改善的损耗；外部损耗是那些与制造，制缆和安装方法相关的，也就是说在理论上可以是零的损耗。内部损耗主要产生的主要原因

是：1、在紫外和红外区域内的材料共振和瑞利散射。材料共振与电极化的虚数部分相联系且可以解释为：分子、原子、甚至单个的电子。当外界的光频率与这些微粒之间的振动频率一样时将产生共振，此时将消耗很大一部分能量，使外部的光损耗很大。

2、瑞利散射是由于光纤里的二氧化硅分子之间的距离和位置的不规则性引起的散射损耗，它随外界光波长的增加而减小

3.1.2光纤的色散

光纤的色散是光纤的一个重要的传输特性，也是制约光纤通信的一个主要问题。

由于实际光源总是具有一定的谱线宽度，不存在绝对的单色波。光脉冲信号是由多个波长或多个模式叠加而成的。光信号在光纤传输时，他们的群速不同，就会产生时延差，对模拟信号就会产生波形失真，对脉冲信号在接收端波形被展宽，这是一种延迟畸变。这种延迟畸变现象叫做色散。光纤的色散大体有以下几种：

（1）模式色散又称模间色散

光纤的模式色散只存在于多模光纤中。每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。

（2）材料色散

含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。

（3）波导色散又称结构色散

它是由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。光在光纤中通过芯与包层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。

3.1.3 光纤的非线性效应

光纤的非线性是由于输入光功率的改变引起的光纤性质发生改变而使得传输特

性成非线性的变化。从本质上讲所有的介质都是非线性的，只是有些介质的非线性 效应很小，一般情况下难以表现出来而已。

（1）自相位调制是指传输过程中光脉冲由于光场引起相位变化，导致光脉冲频

谱扩展的现象，这种变化是非线性的。自相位调制可用来实现调相，可是它需要很强的光强，且要选择折射率大的材料。

（2）受激喇曼散射是光纤中很重要的非线性过程。它可看作是介质中分子振动

入射光的调制。设入射光的频率为1，介质的分子振动频率为2，则散射光的频率为：s12和as12，这种现象叫做受激喇曼散射所产生的频率s的散斯托克斯波，频率为as的散射光叫反斯托克斯波。

（3）受激布里渊散射它与受激喇曼散射十分相似，入射频率为p的泵浦光波将

一部分能量转移给频率为s的斯托克斯波，并发出频率为的声波，可表示为：ps受激布里渊散射与受激喇曼散射在物理本质上稍有差别。受激喇曼散射

的频移量在光频范围内，属于光分支。受激喇曼散射的频移量在声学分支。

5 结束语

自从低损耗光纤问世以来，光纤的发展极为迅速，尤其是光纤应用于通信领域，极大了满足人们对于信息的大容量、高速率的要求。信息社会中光纤通信的飞速发展也更极大地推动了光纤技术的发展。光纤技术自出现以来在理论及技术上实现了几次突破，使得光纤技术的发展呈现出越来越美好的前景。

实际应用中，光纤需要弯曲成一定形状制备各种光纤器件，光纤弯曲损耗是很

重要的特性参量，在光纤的架设施工中，弯曲是不可避免的，研究弯曲损耗对降低施工时的弯曲损耗也有很有现实意义。不但如此，研究并了解不同光纤的传输特性将有利于我们合理选材、合理布局，为构建最合乎需要、性能最佳的光通讯、光网络、光传感系统提供依据。

本文设计试验，通过改变多模光纤的弯曲半径和弯曲圈数，测试出多模光纤弯

曲时在4.5到5.0厘米之间有一个临界半径，当弯曲半径大于临界值时，弯曲不对损耗产生影响，当小于临界半径时光纤弯曲半径越小则损耗越大；而弯曲半径小于等于1厘米时，光纤不能再弯曲且此时损耗特别大；当弯曲圈数到一定程度时，弯曲圈数不影响损耗。

同时光纤通信以它的海量传输和高保真性等诸多的优点，必将成为对未来信息

世界的主要通信手段。但是由于其制造工艺复杂，光纤元件敏感，外界的弯曲折叠都容易影响到光纤内部的信息传输等技术条件的限制，光纤通信还需要克服许多困难，克服安装过程中的弯曲、连接损耗尤为重要。

参考文献：

[1] 吴 平等 ．光纤与光缆技术[M]．太原：西南交通大学出版社，2001，1～121．

[2] 孙雨南等．光纤技术[M] ．北京：北京理工大学出版社，2000，1～84．

[3] 门巴耶夫（美）．光纤通信技术[M]．北京：机械工业出版社，2002，1～153．

[4] 姚启钧．光学[M]．北京：高等教育出版社，2002， 56～83．

[5] 赵凯华等．电磁学[M]．北京：高等教育出版社，2003，156～193．

[6] 李玲等 ．光纤通信基础[M]． 北京： 国防工业出版社，2006，98～103．

[7] 邱昆.光纤通信导论[M]． 北京：电子科技大学出版社，2004，156～204．

浅析多模光纤的弯曲损耗

费秀男

（黑龙江大学电子工程学院，黑龙江 哈尔滨 150080）

摘 要：随着光通讯、光网络、光传感技术的发展，光纤已经被广泛应用于上述系统作为信息载体和敏感元件。多模光纤以其结构简单、芯径大、耦合效率高，损耗、色散较大而被广泛应用于小型局域网，局域网的铺设线路上往往弯曲较多。因此，研究弯曲对多模光纤所传输信号的衰减对于合理构建和铺设局域网是十分必要的。

为此，我们实验研究了62.5微米芯径多模石英光纤在相同圈数不同弯曲半径和相同弯曲半

径不同圈数情况下的弯曲损耗，得到了如下结论：（1）多模光纤弯曲时有一个4.5厘米到5厘米的临界值。（2）当弯曲半径大于临界值时，弯曲不对损耗产生影响，当弯曲半径小于临界值时，弯曲半径越小则损耗越大；（3）当弯曲圈数到一定程度时，弯曲圈数不影响损耗。

关键词：多模光纤；弯曲损耗；弯曲半径

1.1 引言

当今的信息时代是以两大技术的出现与发展为基础，同时也是以这两大技术为

支撑的。其一是包括超大规模集成电路在内的计算机技术，它使信息处理能力成百万倍的提高;其二就是以半导体激光器、光纤和光电子器件为主力军的通信和网络技术，它使信息传输能力成百上万倍地提高。

1966年，英籍华人高锟博士(当时工作于英国标准电信研究所) 深入研究了光在

石英玻璃纤维中的严重损耗问题，发现了这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因，突破了应用的瓶颈，奠定了光纤通信的基础；在高锟理论的指导下，1970年美国的康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的光纤，日本也做出了超低损耗的光纤(损耗为0.2dB/km，波长为1.55μm)，二十世纪九十年代中期，由于掺铒光纤放大器的实用化推动了波分复用技术的实用化，实现了Tbit/s量级的传输速率；近年来光交叉连接，光分插复用光突发交换，光分组交换，无源光网络等技术应运而生，并得到迅速的发展。光电子集成，光纤传感器及传感系统等多种技术也得到了迅速的发展，并在许多领域中得到了广泛的应用[2]。

1.2 光纤的发展历史、种类及用途

1.2.1 光纤的发展历史

光纤的发展，大致可以分为三个阶段：

第一阶段，光纤的早期实验室研究阶段。

1870年英国物理学家Joan Tyndall验证了光可以在一个弯曲的水流中传播，证明

了全内反射现象的存在，为光纤的发明做好了理论上的。

第二阶段，光纤研究的蓬勃发展和传像应用阶段

1955年，美国的希斯乔威滋把高折射率的玻璃棒插在低折射率的玻璃管中，将

他们放在高温炉中拉制，得到了玻璃（芯）—玻璃（涂层）的光纤，初步解决了光纤的漏光问题，为今天的光纤制造工艺奠定了基础。

1960年，光纤束传像研究得以突破，美国人解决了光纤排列工艺方面的问题，制造出了可弯曲，高分辨率的光纤传像束，这种光纤传像束在医疗仪器中得到广泛的应用。

1961年研制出了红外和紫外波段使用的光纤，并且用钕玻璃制造出了激光光纤。

在这一阶段，建立和完善了光纤理论，光纤的制造工艺有了很大的改进，光纤

和光纤元件（光纤面板、光纤束）的质量明显改善。第三阶段，光纤研究的高速发展和通信应用阶段。

1.2.2 光纤的种类及用途

光纤的分类方法很多，既可以按照光纤截面折射率分布来分类，又可以按照光

纤中传输模式数的多少、光纤使用的材料或传输的工作波长来分类。

（1）按光纤组成材料一般可分为：①石英系光纤

②多组分玻璃光纤

③全塑料光纤

④氟化物光纤

⑤硫硒化合物光纤

⑥光子晶体光纤

（2）按工作波长可分为:①短波长光纤(800～900nm)

②长波长光纤(1300～1600nm)

③超长波长光纤(2000nm以上)

④全波光纤

（3）按传输模式可分为: ①单模光纤

②多模光纤

（4）按光纤横截面的折射率分布可分为:

①阶跃光纤

②渐变折射率光纤

由于光纤分类多种多样，各种分类相互交叉，各种光纤的传输特性还可根据用

户的需求而特殊制造，所以在这里我们只对上述光纤的一般特性和用途进行归纳[1]。

（1）石英光纤。这种光纤的损耗低，工作波长在1.55微米时．损耗可降到0.15dB

／km，工作波长在0.85微米时，损耗为30dB／km．

（2）多组分玻璃光纤。这种光纤由普通光学玻璃拉制而成，损耗也较低，如钠－硼硅酸盐玻璃光纤，工作波长在0.63微米时，最低损耗为3.4dB／km。

（3）塑料光纤。这种光纤是用两种以上的高分于材料共聚而成。它与石英光纤

相比具有重量轻、成本低、柔软性好、加工方便等优点，但损耗较大。工作波长0.63微米时达到100~200dB／km。基于此原因，塑料光纤的应用有限。

（4）多模光纤。可用上述所有材料制作。多模光纤又可以分为阶跃式和渐变式

两种。多模光纤可以说是第一种广泛应用于实际的光纤，直到现在，它还发挥着不可替代的作用。

（5）单模光纤。基本条件是芯径足够小，光纤中传输模式只有一个。单模光纤

以其损耗低、频带宽、容量大、成本低、易于扩容等优点，成为一种理想的长距离通信介质得到广泛的应用。单模光纤传输信号的速度远远高于多模光纤，无中继传播距离大于几千米。

（6）聚合物光纤。目前通信的主干线已实现了以石英单模光纤为基质的通信,但

是，在接入网和光纤入户(FTTH)工程中，石英单模光纤却遇到了较大的困难。由于石英单模光纤的纤芯很细（6-10μm），光纤的耦合和互接都面临技术困难，因为需要高精度的对准技术。

1.3 本论文工作的目的、意义和主要内容

随着光通讯、光网络、光传感技术的发展，光纤已经被广泛应用于上述系统作

为信息载体和敏感元件。不同的光纤对光能量和光信息的保真度是不同的。研究并了解不同光纤的传输特性将有利于我们合理选材、合理布局，为构建最合乎需要、性能最佳的光通讯、光网络、光传感系统提供依据。

2 光纤传输理论

光纤传输理论分为模式理论和光线理论。模式理论采用波动光学的方法，把光

作为电磁波来处理，研究电磁波在光纤中的传输规律，得到光纤中的传播模式、场结构、传输常数及截止条件。光线理论采用几何光学的方法可简单直观地得到光线在光纤中传输的物理图像。

光纤中传播的模式可分为三类：

传导模：满足全反射条件的那些模式。其光场分布特点是：在纤芯内为驻波场

或行波场，波场功率被限制在纤芯内传播。

辐射模：不满足全反射条件的模式，其电磁场不限于光纤芯区而可径向辐射至

无穷远。辐射模在纤芯和包层之中均为行波场，光纤失去了对光波场功率的限制作用。

漏泄模：以临界角入射的光线，在纤芯内传播时，光波场功率透过一定厚度的“隧

道”泄漏到包层之中，在包层中沿传播方向为衰减的行波场

2.1 光纤的模式理论

描写电磁场的麦克斯韦方程组为： .D

.B0

EB

t （2-1-1）

HJD

t

其中E是电场强度，D是电位移矢量，H是磁场强度，B是磁感应强度，是

电荷密度，J为电流密度。对于各向同性介质，E、D、H、B满足如下的物质方程：

DE （2-1-2） BH

式中，为介质的介电常数和磁导率，一般是频率的函数，即存在色散现象。现在讨论一种比较简单的情况，即对于均匀、各向同性介质，，为常数，可以写成： 由矢量解可得到如下结论：

①、对应于每一阶贝塞尔函数（m取某一确定整数），都存在多个解（以n＝1，2，…表示）,记为βmn；每一个βmn值对应于一个能在光纤中传输的光场的模式；根据不同的m与n的组合，光纤中将存在许多模式；m表示导波模式的场分量沿纤芯圆周方向出现最大值的个数，n表示沿径向出现最大值的个数。

②、HE11模式在任何光纤中都存在（因为任何光纤都有V>0）， HE11模称为基模。

2.2 光纤的光线理论

以几何光学为基础的光线理论，一直是传统光学仪器和元件设计的理论基础。

它在处理短波长情况的光传播问题要比波动方程简单得多。而且它并不局限于光传播问题的范围，它还可以描叙波动光学所描叙大部分现象，有简单，直观的优点。XP与XC的夹角。

3 光纤传输特性

3.1光纤的损耗、色散和非线性

3.1.1光纤的损耗

光纤传光并不是完全没有损耗的,光纤的传光损耗问题一直是研究光纤传输特性的最重要的内容之一。本章主要对光纤损耗进行一些简单的介绍。在光纤中损耗可以分为两类：内部损耗和外部损耗。内部损耗是那些与给定的光纤材料相关而不能通过技术改造和生产方法的改革而改善的损耗；外部损耗是那些与制造，制缆和安装方法相关的，也就是说在理论上可以是零的损耗。内部损耗主要产生的主要原因

是：1、在紫外和红外区域内的材料共振和瑞利散射。材料共振与电极化的虚数部分相联系且可以解释为：分子、原子、甚至单个的电子。当外界的光频率与这些微粒之间的振动频率一样时将产生共振，此时将消耗很大一部分能量，使外部的光损耗很大。

2、瑞利散射是由于光纤里的二氧化硅分子之间的距离和位置的不规则性引起的散射损耗，它随外界光波长的增加而减小

3.1.2光纤的色散

光纤的色散是光纤的一个重要的传输特性，也是制约光纤通信的一个主要问题。

由于实际光源总是具有一定的谱线宽度，不存在绝对的单色波。光脉冲信号是由多个波长或多个模式叠加而成的。光信号在光纤传输时，他们的群速不同，就会产生时延差，对模拟信号就会产生波形失真，对脉冲信号在接收端波形被展宽，这是一种延迟畸变。这种延迟畸变现象叫做色散。光纤的色散大体有以下几种：

（1）模式色散又称模间色散

光纤的模式色散只存在于多模光纤中。每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。

（2）材料色散

含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。

（3）波导色散又称结构色散

它是由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。光在光纤中通过芯与包层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。

3.1.3 光纤的非线性效应

光纤的非线性是由于输入光功率的改变引起的光纤性质发生改变而使得传输特

性成非线性的变化。从本质上讲所有的介质都是非线性的，只是有些介质的非线性 效应很小，一般情况下难以表现出来而已。

（1）自相位调制是指传输过程中光脉冲由于光场引起相位变化，导致光脉冲频

谱扩展的现象，这种变化是非线性的。自相位调制可用来实现调相，可是它需要很强的光强，且要选择折射率大的材料。

（2）受激喇曼散射是光纤中很重要的非线性过程。它可看作是介质中分子振动

入射光的调制。设入射光的频率为1，介质的分子振动频率为2，则散射光的频率为：s12和as12，这种现象叫做受激喇曼散射所产生的频率s的散斯托克斯波，频率为as的散射光叫反斯托克斯波。

（3）受激布里渊散射它与受激喇曼散射十分相似，入射频率为p的泵浦光波将

一部分能量转移给频率为s的斯托克斯波，并发出频率为的声波，可表示为：ps受激布里渊散射与受激喇曼散射在物理本质上稍有差别。受激喇曼散射

的频移量在光频范围内，属于光分支。受激喇曼散射的频移量在声学分支。

5 结束语

自从低损耗光纤问世以来，光纤的发展极为迅速，尤其是光纤应用于通信领域，极大了满足人们对于信息的大容量、高速率的要求。信息社会中光纤通信的飞速发展也更极大地推动了光纤技术的发展。光纤技术自出现以来在理论及技术上实现了几次突破，使得光纤技术的发展呈现出越来越美好的前景。

实际应用中，光纤需要弯曲成一定形状制备各种光纤器件，光纤弯曲损耗是很

重要的特性参量，在光纤的架设施工中，弯曲是不可避免的，研究弯曲损耗对降低施工时的弯曲损耗也有很有现实意义。不但如此，研究并了解不同光纤的传输特性将有利于我们合理选材、合理布局，为构建最合乎需要、性能最佳的光通讯、光网络、光传感系统提供依据。

本文设计试验，通过改变多模光纤的弯曲半径和弯曲圈数，测试出多模光纤弯

曲时在4.5到5.0厘米之间有一个临界半径，当弯曲半径大于临界值时，弯曲不对损耗产生影响，当小于临界半径时光纤弯曲半径越小则损耗越大；而弯曲半径小于等于1厘米时，光纤不能再弯曲且此时损耗特别大；当弯曲圈数到一定程度时，弯曲圈数不影响损耗。

同时光纤通信以它的海量传输和高保真性等诸多的优点，必将成为对未来信息

世界的主要通信手段。但是由于其制造工艺复杂，光纤元件敏感，外界的弯曲折叠都容易影响到光纤内部的信息传输等技术条件的限制，光纤通信还需要克服许多困难，克服安装过程中的弯曲、连接损耗尤为重要。

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