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第一部分 光纤理论与光纤结构
! f/ J# l# d9 h! u' R X一、光及其特性: / l% K& S" O$ I3 K: [1 r( b$ A
1.光是一种电磁波 ) v" S( C4 r* W( [8 L# l
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。
% z# l, `9 F8 @2.光的折射,反射和全反射。
; Q9 u$ V1 K2 ]: U- x( U 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。
( Q7 |1 c' N9 ~" |9 ~, F二、光纤结构及种类: * V6 R! A1 B( j
1.光纤结构:
8 T5 w4 W5 u' ^& \6 a9 P3 ~/ ] 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。 ) _) ^. k: g0 W C
2.数值孔径:
8 J* R q% X0 X9 V; w( 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)。 3 X9 E) ?- G! n! x9 D$ V+ P
3.光纤的种类:
) J1 K, x J6 j" \8 i* ^6 @A.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
8 [4 V: o4 T' B% v) q! k 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。 ' L7 A0 d1 T+ o) N+ N
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。
2 l, ^2 k0 j3 c" C7 Y" n 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。 0 p, x$ Z9 @6 ^$ Z @( B5 ]6 ~ K
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。
; n K. _" N. H+ w w4 VC.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。 6 Y- |5 g. v) K/ w( }( }. @7 e2 y8 l
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。 - [7 B& T8 I4 r _' z
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。
$ w8 I0 W: b5 r4.常用光纤规格: ' P" |, }4 o8 q4 P6 [+ p/ o- L
单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm / L& K, [, C G9 T2 p( b O
多模:50/125μm,欧洲标准
' L6 a1 |+ _" P- S/ _; e 62.5/125μm,美国标准 * H& ^& T. d% x9 a2 R# [" N& F: }
工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm ) S' x' m6 G& u9 j. E2 D
塑料:98/1000μm,用于汽车控制 : Y; c4 X$ I6 }9 \
三、光纤制造与衰减:
3 L$ o. B8 D( B0 }1.光纤制造: B$ p6 f& R% U! K5 }! R* j0 b
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。
& ^: J$ [6 ^" R$ J7 B0 G8 R. N1 f2.光纤的衰减: ( F, Y* y& |+ U/ [
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。
; s5 w0 I- h1 R, R0 ?' n 本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。 9 ~) w2 g7 s% K1 m6 e
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。 9 `7 Q" \9 g5 G* K7 H; \
挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
r, @! F/ Z- F2 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。
* J* z) F H; V' ^* R7 f 不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
4 O) P* m' `1 s 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。 / R# P' N' P* h- x& j
四、光纤的优点:
, {) R/ ^0 j! h" a1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
0 z: ~" ?: H. L9 H G$ U% t( X* A. @" I2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。 ' A8 f6 D" U% x: Y/ G
3.不受电磁场和电磁辐射的影响。
1 O# k8 ^: s' _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。 - w( p2 j; E2 z p
5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。 2 @% @9 Y9 t8 ?3 v
6.使用环境温度范围宽。
6 N- d5 Y0 \. Z X' f7.化学腐蚀,使用寿命长。
8 E. x8 ^' d7 S/ Z/ |) O% r: Y( J第二部分 光缆
8 i0 S+ O5 a, O/ U0 K' _一、光缆的制造: 4 j8 g" {- _8 U8 J
光缆的制造过程一般分以下几个过程: 9 x. W, N* d2 `4 P, `9 n- [
1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。
; Z+ V9 J8 e: L: J2.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。
" t& v: A( b( G M/ p- x4 h3.二次挤塑: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)。 " `4 I3 [3 H- \
4.光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。
5 d0 U& t+ u- B3 ]- ?+ ?5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。
# [/ L8 N6 R& X3 ^二、光缆的种类: N( X; n0 u. e4 D' O
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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