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第一部分 光纤理论与光纤结构
& B" Y$ M! ^9 b一、光及其特性:
2 z* v8 H' b2 X* ^1.光是一种电磁波
) [9 ?+ K8 Q2 X* \4 z 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。 $ x$ C* H# \$ g c( r
2.光的折射,反射和全反射。
' f6 v/ q( H9 {' j r- _# i 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。
4 D! l, q( O8 k7 d# n% i* T二、光纤结构及种类: ! D, q0 _5 @& r, \5 D( R$ K
1.光纤结构: 9 |7 q# @2 @. [2 I
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! o( i9 p& v4 l6 I
2.数值孔径: 7 q% \1 g7 }4 }3 y1 n# I3 X! h* x
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)。
9 Q! y: h3 \$ t8 z1 I3.光纤的种类:
3 h' u) D& \$ dA.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
: k4 |2 k2 {% G6 t: k' Y; n/ c 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。 2 k( y# `- U) S0 C8 O: J7 J' G
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。
( s8 J2 j4 M0 f# {: U2 k6 K6 O8 \" i 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。 " @7 u. j5 c) f. K, T+ i( |# B
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。 ! b2 z3 I% c8 r1 g2 f$ f
C.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。
$ c+ D2 A; e1 a% h8 f; _ 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。
$ y) r. O7 o1 ] 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 U1 p4 s$ A h1 {2 r% {
4.常用光纤规格: : _9 \: c0 T3 A! q/ U: Y
单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm ; g( F% D) v* B4 X1 y
多模:50/125μm,欧洲标准 - Q! g, |( r) n$ C8 z/ P0 A2 g/ a
62.5/125μm,美国标准
! o3 W; g0 c+ K7 ^% r 工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm
: Y1 F* l1 H {2 }3 T 塑料:98/1000μm,用于汽车控制 $ a: R9 g" ]3 `+ g
三、光纤制造与衰减: 2 j) `9 B' Q2 S% c3 O
1.光纤制造: % M M4 l& n. a; H/ y
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。
+ t; Z" ~& M4 t6 l2.光纤的衰减:
1 b6 N: Q' M0 d( u C2 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。
; [ L0 ]: }1 K6 } t1 H1 C 本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。 , e& ]/ N; k6 m3 J4 ]9 ]& r4 ~/ b
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。 + X, M. V3 O5 H& ^! C& r
挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。 $ [- E6 T. o! F% N( @; a
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。 4 X- g9 u) T% q' _: z/ H
不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。 ( _8 f" K* f2 u) }
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 S6 f: E" t- p9 m四、光纤的优点:
* P) l* y; b# Y p( N+ V1 x1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。 % D% e; ~! w9 a9 b. f { v: j
2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。 9 ^% h4 m7 Y9 p, g9 ~% U0 ^: |
3.不受电磁场和电磁辐射的影响。 $ u& {! O( r/ P, p/ f2 P
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。
6 P w2 g9 X. e" b( P5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。
8 a, d5 h2 X* J- O6.使用环境温度范围宽。 ' U. y8 \8 ]& v O; w O! x' r& _& }
7.化学腐蚀,使用寿命长。
2 f7 ^( V+ c8 y3 j ~3 ?, `第二部分 光缆 ) u/ @3 M8 `! e! f5 |
一、光缆的制造: 2 L( R9 P( a) d
光缆的制造过程一般分以下几个过程: + \- c# v2 Y0 m7 _. y
1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。 " T3 i7 K* x1 w1 z! 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。
# q- l; V: o* y( F+ U3.二次挤塑: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)。
; b6 x3 G- D& _+ X7 h, P5 {4.光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。 6 ]/ ?5 ?6 Y p
5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。
- h' X# Y1 [! _二、光缆的种类: 8 h7 b5 r3 w; q5 J" ]; G
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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