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        光纤理论与光纤结构

        日期:2013年7月5日 13:50

        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:850,1300,1550三种。

        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。

        常规型:光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上,如1300μm。

        色散位移型:光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上,如:1300μm和1550μm。

        C.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。

        突变型:光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低,模间色散高。适用于短途低速通讯,如:工控。但单模光纤由于模间色散很小,所以单模光纤都采用突变型。

        渐变型光纤:光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小,可使高模光按正弦形式传播,这能减少模间色散,提高光纤带宽,增加传输距离,但成本较高,现在的多模光纤多为渐变型光纤。

        4.常用光纤规格:

        单模: 8/125μm, 9/125μm , 10/125μm

        多模: 50/125μm 欧洲标准

        62.5/125μm 美国标准

        工业,医疗和低速网络: 100/140μm, 200/230μm

        塑料: 98/1000μm 用于汽车控制。

        三.光纤制造与衰减:

        1.光纤制造:

        现在光纤制造方法主要有:管内CVD(化学汽相沉积)法,棒内CVD法,PCVD(等离子体化学汽相沉积)法和VAD(轴向汽相沉积)法.

        2.光纤的衰减:

        造成光纤衰减的主要因素有: 本征,弯曲,挤压,杂质,不均匀和对接等。

        本征: 是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。

        弯曲: 光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉,造成的损耗。

        挤压: 光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。

        杂质: 光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光,造成的损失。

        不均匀: 光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。

        对接: 光纤对接时产生的损耗,如:不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm),端面与轴心不垂直,端面不平,对接心径不匹配和熔接质量差等。

        四.光纤的优点:

        1. 光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。

        2. 无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。

        3 不受电磁场和电磁辐射的影响。

        4. 重量轻,体积小。例如:通2万1千话路的900对双绞线,其直径为3英寸,重量8 吨/KM。而通讯量为其十倍的光缆直径为0.5英寸,重量450P/KM。

        5. 光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。

        6. 使用环境温度范围宽。

        7. 化学腐蚀,使用寿命长。

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