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第一部分 光纤理论与光纤结构 - a) q5 K1 L& Z/ G0 }9 Y
一、光及其特性:
/ r6 { U/ r7 Y1.光是一种电磁波 : c! B, a& l* `% }! b9 P
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。
$ V7 F& S0 Z* s- i7 L% T2.光的折射,反射和全反射。 ! r1 h- b" c6 y, q- ?8 d! m, e3 b
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。 ( o4 N! c2 d; f4 h6 v
二、光纤结构及种类: 1 q% R; Q W- l
1.光纤结构:
5 @$ `3 S3 g, s j7 G5 Z 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。 " v( }2 H3 d) p4 G: T7 K
2.数值孔径: 4 ]: `6 ]. c k# O1 [
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)。 + r3 R4 T" C7 O) r w% K2 t
3.光纤的种类: & j+ K, F$ r( E% j# v
A.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
$ H, k3 G' Z* }, e" k. Z 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。 4 V5 a- \1 t1 t
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。
, H$ V! E v, B 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。 , t. b4 k8 R5 ?, F
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% w# L3 Q/ d- t5 l* hC.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。 - c$ J8 d% R7 a; V+ E$ f/ y' s. p
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。
: {; q( `0 R% Y: Y$ L1 Y 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。 0 l3 H) |. b( ]$ Z/ |
4.常用光纤规格:
; j t$ O- k2 t/ K& v- z 单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm
- b: E f0 m( a1 G8 J2 ` 多模:50/125μm,欧洲标准 , w/ }1 u0 s. q- P7 C$ O2 x
62.5/125μm,美国标准 * [; z, X* I/ Q
工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm 5 N+ o( o" |& S: _0 j- I0 R
塑料:98/1000μm,用于汽车控制 ( ? p u5 E6 p2 Q u( t
三、光纤制造与衰减:
; Y$ X- \; ?, o1.光纤制造: / s$ J) Q) f# R2 [
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。 $ y( ]6 Y! M; D5 p: Y1 ~: p
2.光纤的衰减: ; L6 O& v7 I p# B+ g
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。
4 K% p$ N7 x. k0 n+ F 本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
9 n7 \0 m- E& Q( Y 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。 , u1 C6 l1 a* w, h3 S" b! Q% b
挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。 9 A+ O4 t& d( S( \! _$ V. O
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。 1 J' N: R+ u. S; c
不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
8 O/ F6 l0 }' V8 `( A 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。
6 ?" _% V# b5 R& f% {: v四、光纤的优点:
) g7 O. g$ F; J. H+ `( x/ Q! H" O, o1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。 2 n, j$ A" D8 V' ]. ~0 s% t
2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。 ( N1 C0 G# S4 N
3.不受电磁场和电磁辐射的影响。
! s% R: m; i% H6 x% ^7 p6 a2 W3 i! a4.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。 \* l$ j+ k( B" a! k/ u2 \
5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。 B2 b' y; T! M' j
6.使用环境温度范围宽。 ) ]. w# h0 L" N( w& H( ^
7.化学腐蚀,使用寿命长。 ; E h0 z% k5 _+ l) X
第二部分 光缆 ; _7 u3 L& g* K
一、光缆的制造:
( Y! ?! T8 \& n( @) z+ W9 Y/ l光缆的制造过程一般分以下几个过程: 0 ^% }" h7 R% r% m) q
1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。
% t, a2 n- W+ z$ ~$ O2 l+ \2.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。 " r0 [9 z7 o; g9 I* j/ w W, J
3.二次挤塑: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)。 8 W% [! e0 a$ y! e1 X: s# n
4.光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。 & [3 e) `) A* y
5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。
# S' [& l) }2 W' N! C" D6 S二、光缆的种类:
) @8 Y6 X2 Y% Y# `8 U+ T/ i% ?4 e1.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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