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第一部分 光纤理论与光纤结构 ) V- [+ \" ?! q$ I4 H; ^
一、光及其特性:
+ a/ o, _; D/ \; @1.光是一种电磁波
1 Q8 w; o0 P$ ~) q 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。
% m: G# F) {6 ~- T! Z6 `. p2.光的折射,反射和全反射。 * Q# c( D1 d2 Y1 q m
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。
' S0 G: J" P; J; s5 W# y3 |二、光纤结构及种类:
; o; v8 l; H, t: S1.光纤结构: 0 Z8 ?) Q9 P: |! v% l: P
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 {# V" A7 \# H+ @
2.数值孔径:
9 i" Q+ c2 Y% h9 P: V( \ 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&T CORNING)。
3 @- z7 x/ g. z! v O+ B3.光纤的种类: 2 F7 F& i6 B8 e% D) u8 {( i
A.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
- E" ]9 L, J5 R+ V) l( m9 F 多模光纤:中心玻璃芯较粗(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:中心玻璃芯较细(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。
# L, X/ W% j( A& Z8 M4 I7 R, @, M- WB.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。 0 p; t5 ^; e; j* @
常规型:光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上,如1300nm。 5 m j$ _: k0 b; Q1 g% E
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:1300nm和1550nm。
/ V! D) C/ _- F% X9 I5 w+ KC.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。
1 l( E% r8 j3 u9 s; i. r' M, I 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。
" f; ~$ ?$ l" F2 I 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。 & w, F$ d) C( t, K# T' @
4.常用光纤规格: q6 F0 s4 O$ a7 ^
单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm
8 r5 q- E1 S7 i# X$ ~1 E* N5 q 多模:50/125μm,欧洲标准
1 r/ J; V/ ~$ @ 62.5/125μm,美国标准 ! N9 z, }( W* b" p* g
工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm
8 G7 W5 F" t- {4 B( B( C' w) Y# H 塑料:98/1000μm,用于汽车控制 8 l1 F: k( T/ J- f/ q4 C
三、光纤制造与衰减:
5 |0 ?% q8 R0 L7 ~& m- B1.光纤制造: 0 j1 E) o9 D2 K( u5 A3 Q
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。
. t2 ?, }) n/ ~+ c2.光纤的衰减: 2 }2 s5 `9 n: x% n) @
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。 ( Z: `, _5 ^4 `* L+ D- ~0 S, j
本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。 % B) G& G7 Z+ G
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。
' M: c- @- l1 [- F2 a8 b 挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
" K& B/ k2 N/ ?* U5 G3 w 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。 2 S6 v2 L0 m! R% k) ]* V" Y: M
不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
' V4 J$ j$ R0 ~* X( J' E2 t+ Z+ J 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。 4 z K- r% f* N! [- G* s
四、光纤的优点: ! o3 t% F& v0 R) l
1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
: H" i5 h+ U, Q; H2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。 ( g; Y3 b0 }4 h. P' o% ^; ?" u
3.不受电磁场和电磁辐射的影响。
3 K& O' \; ?& t4.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。
8 D0 O1 E1 [4 o) ]; V) h5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。 , _7 X, n' h+ L4 @$ ? T, o
6.使用环境温度范围宽。
# e$ A' z ]3 m: [. `6 d C! m7.化学腐蚀,使用寿命长。 * T3 q/ y. H2 p. d% T
第二部分 光缆 ' S- ^- F( S. b/ b
一、光缆的制造:
! H9 f7 p p _0 A# R0 e. d* V光缆的制造过程一般分以下几个过程: ! ]; W; S% Z+ n- w# I
1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。
* O. o' f/ r- N7 {: a: I9 z" I* L2.光纤的染色:应用标准的全色谱来标识,要求高温不退色不迁移。
3 T x: D5 M, a; S3.二次挤塑:选用高弹性模量,低线胀系数的塑料挤塑成一定尺寸的管子,将光纤纳入并填入防潮防水的凝胶,最后存放几天(不少于两天)。 . V7 E9 G# _# w* X" c8 x2 _1 T. L b
4.光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。
( }* \, f' R7 E: \. l/ _1 h* v5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。 - j7 P1 ~6 D/ v0 f. p4 F1 o# X" ?
二、光缆的种类: ' Z7 l8 \, @6 H/ c9 d1 M# `
1.按敷设方式分有:自承重架空光缆,管道光缆,铠装地埋光缆和海底光 |
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