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第一部分 光纤理论与光纤结构 1 u M+ ^. K6 W: b6 v
一、光及其特性: # O; w2 |& P2 P+ ~5 w
1.光是一种电磁波 + p' |* q3 I( c& y1 K2 O0 O: ^9 w
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。
" V% V: S% A. ~1 ]2.光的折射,反射和全反射。
& o2 U0 o) K0 C5 V3 ]+ H. [ 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。
0 Y5 B. x. v/ e1 V- Q- j! p二、光纤结构及种类: ) d+ b* K+ q% l2 E5 a# C' Y
1.光纤结构: " q: H* J7 O$ r( m
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。
8 ^7 B' M- E6 U2.数值孔径: ' y$ |6 g* n1 M
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)。 & I9 u0 s0 e/ x3 F- @) J% j# ?
3.光纤的种类:
4 |* V2 R' j9 R! s3 iA.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
: L6 R( i- B9 [$ I3 m 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。
8 q- t+ b: X4 e) C8 X! Y. f2 qB.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。
$ x0 ^( J' _& \# E& i. I% [# u, { 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。 & j& [4 w) c& c" w: n
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。
* F1 M$ Z c' w$ t2 @: e7 EC.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。
: T# N" y8 r! D g2 W8 g n 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。
6 W8 [% Z: L5 `& S$ K* q$ S 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 M% `! N' v: T$ e/ t$ i
4.常用光纤规格:
6 u) D! d4 M# {6 X 单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm " P" x$ l/ C6 n- h
多模:50/125μm,欧洲标准
% N/ {, ]8 o$ M$ |) t3 c% D. g- p, y8 \ 62.5/125μm,美国标准
' a2 V+ l/ X E' i$ Z3 p6 } 工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm
. O( Z" b. v+ t1 ^: P( n+ F 塑料:98/1000μm,用于汽车控制 ' P* [* x! i1 }7 n @5 {
三、光纤制造与衰减:
& c! q! ~: W& ?9 e( }7 @4 z1.光纤制造: 2 l9 D+ m7 F! Z' n2 W1 f
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。
/ L3 W3 z; E# X+ M f3 o2.光纤的衰减:
7 Y) C& A, a) |; l4 v 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。 7 J! K2 e* S! v& x! d* m
本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
+ v% ?4 ]7 A, |6 V. ~% u 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。 ; k$ R9 m( u; G# V! b& X; K
挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
$ N! ?3 ?( x! ^3 b2 A m5 t5 Y 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。 . F! Z& T8 I9 D3 t) T
不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。 # @7 y: J B& _; K( t- W9 B c# x" b
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。
- ~" @: S# O- }# F( Q( C四、光纤的优点: ! }. P/ K# V/ W: W5 G3 ~/ b
1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
7 t) x9 O: ]+ Q, ]# r; W2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。 9 y% Q/ l/ Q: f% W
3.不受电磁场和电磁辐射的影响。 - i; S: \; m+ H! w+ Q
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。
/ c$ e& L7 @- |$ e5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。
$ r4 H& `- g9 H7 z/ z6.使用环境温度范围宽。
3 N5 ? ~4 h1 S4 [" J0 i4 U7.化学腐蚀,使用寿命长。
+ o1 [+ Z, n) l第二部分 光缆 % S+ U, c( y5 i2 u
一、光缆的制造:
% C- v7 ]1 f" \- S2 Q; J& p光缆的制造过程一般分以下几个过程: ; G( E, M/ s& J+ c7 i
1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。
% P6 e# u1 O) b" A# B2.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。 E5 H N" e3 O: f" n7 e
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)。
[2 H* S, D7 c3 I4.光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。 2 ?# C. u& Q8 r) i7 q" D) b
5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。
4 D" M% l9 _8 h/ |! m+ s$ ]5 d二、光缆的种类:
. i/ d+ r: Q$ ]. t* 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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