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第一部分 光纤理论与光纤结构
1 R, E' B1 a" Z0 K一、光及其特性:
3 b8 I; d N2 \' I( X/ @9 {1.光是一种电磁波 4 B( q) ]8 Y1 L3 {, ]
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。 " u4 K1 F, F) T) t
2.光的折射,反射和全反射。 2 y5 N, @7 l: E& ~ v, \5 z4 q
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。
, J, B2 X9 }# B% f t0 E* l+ p二、光纤结构及种类:
/ ]/ ^/ j3 |9 P* b. j1.光纤结构: 8 ?& a; _) D4 v9 S) k
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。
$ r% [, Z3 P4 b! v9 z8 X2.数值孔径:
$ @, V. S* ]: {! Q0 d$ k' f" c, g 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)。 5 B2 x; b' {( K2 F/ G
3.光纤的种类:
( |1 ^+ W3 ~7 n3 G1 H8 C" TA.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。 - J T( p4 P" Y8 z' v( A$ ?) [
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。
) C* W8 b, b5 kB.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。
& F5 c4 B, G9 a- J, y3 E 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。
( @6 r& {8 i& c, ^# w0 U8 | 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。 3 K1 ]6 k5 ` D$ l) a5 r8 L
C.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。 y& b( }* C4 z4 O; `: Z* N9 e
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。
5 l% q$ w: k3 k8 [) F# u9 P 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。 : L7 s w0 U- p. o) c. ~
4.常用光纤规格:
4 X0 o9 V, L6 c6 B# b/ X% T 单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm * w7 H1 N5 C4 m0 ?
多模:50/125μm,欧洲标准 ! M; ^' b* j. x" x g8 M- I
62.5/125μm,美国标准
; ~) |, ~! T) r; r! O 工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm
% p6 D$ l U# U% k" u 塑料:98/1000μm,用于汽车控制
$ x1 v- w: j7 d, s/ ]三、光纤制造与衰减:
2 K/ Q9 Y3 D2 R# `# f1.光纤制造: ( ?0 }' [& K/ @1 w9 q& E
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。 4 U7 j! n, a1 c. U9 Y0 b& Q7 _! J
2.光纤的衰减:
6 h5 P: H5 @' d% U6 D 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。 3 ]% @; X- K/ l' p5 r: K
本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。 & R, |) C# \7 u% o- \( h( M
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。
2 ?; C1 B: k1 F" [2 w 挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。 ) g$ p/ w' c$ `3 }7 Y; n
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。
9 g9 s3 x; h9 @" y8 o6 d: ^2 F 不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
( A5 w$ k1 T' D. e 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。 " y& J& N& y& U& e. r6 V" w
四、光纤的优点:
& P% v& U7 W$ _4 \. d# t4 e1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。 G- d* v' C/ S9 h6 @7 T
2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。
. s* X9 B$ C% W' p8 l K& T1 G- H3.不受电磁场和电磁辐射的影响。 & D5 w9 l; I$ |7 U5 w ^: g
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。 8 U& ~& v0 ]: V, p
5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。 " h6 J. a: w$ i, |
6.使用环境温度范围宽。
8 S8 q$ d9 X* T. ]" |* r7.化学腐蚀,使用寿命长。 # h* { C# B3 C5 r0 W) m
第二部分 光缆
2 l6 Y) o% L1 T一、光缆的制造: " d7 M- Z+ K+ U9 s7 P4 {! ?* h
光缆的制造过程一般分以下几个过程:
6 V$ ]2 y/ [/ O( ]) k1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。
5 u0 P8 g3 Y1 m9 g( [7 |4 W( A2.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。
, K `6 D' ]6 y1 u, V* n# m3 i( ]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)。 ; C6 v7 ?4 T0 Z% B1 W
4.光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。 : J+ _# z% e6 N% X* @) N
5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。
" l% N* q3 U2 B8 [# k& O二、光缆的种类:
' ^4 X6 t5 O4 Y9 t1.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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