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第一部分 光纤理论与光纤结构
: w t- j# A! H5 F一、光及其特性: / \8 l7 Z6 F3 h
1.光是一种电磁波 v6 ~6 K3 f$ I0 f' 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。 ) }, e2 Z+ \1 [% {& v
2.光的折射,反射和全反射。 % k4 z$ V* e% y6 w! T# ~9 @
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。
( A- C5 \. q! f$ p4 U, {二、光纤结构及种类:
9 h0 E1 S% v' t) w3 n" B" A1.光纤结构:
# _9 j4 U @+ g+ B1 { 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。
! l* E7 m# d! a- I% I' b6 r$ {' L2.数值孔径:
* ^% }9 ~1 H# u 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)。
0 a0 k( L9 z) @& k# x. d3.光纤的种类:
* T8 U2 |3 z) p, d! FA.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
" }3 U. N% e1 |1 h: u' q, f8 L, e 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。 : X5 }' K1 j1 ]7 G/ b5 k2 ~( B
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。
7 f6 [7 G7 g. q. h/ z 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 t, p$ r/ r( k3 {- u2 @+ m 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。
5 f& J# _" x: s! v) X, e7 Y* zC.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。 # g: q5 }9 V7 n& M) X. U- L" a; w
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。 1 Z; s) }3 j- I1 U
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。
( l) E2 ^8 a# R9 r4.常用光纤规格: % t/ G* b0 h: T p: D
单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm
% R5 \9 y; K- U$ ?! k1 U 多模:50/125μm,欧洲标准 # ^5 o. w/ q" V4 e* J* R5 D9 u! s" {
62.5/125μm,美国标准
+ C# ^1 j" q, W1 b$ \ E 工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm 4 h! F; v$ L8 N7 Y7 M9 n/ s9 p1 D, O
塑料:98/1000μm,用于汽车控制 - _4 m, y2 A' q' d! W
三、光纤制造与衰减: # d" e/ `0 N. a- ~( |( C
1.光纤制造: . d- O8 h: V+ d( \( I2 K
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。 " {0 ?* a9 V4 X
2.光纤的衰减: , y p3 n7 e6 p
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。
- L/ n! v# s4 e7 Z+ ~! @8 U+ M 本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
& k, s" J: B: 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。
" r/ ~9 b7 Y/ e7 h- e3 y 挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。 ! S; v" _/ B1 J8 K+ S% Q3 _
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。
& L5 D! g0 |) p* Z9 D: J" y 不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
+ I! f' L& d% k6 e* {, 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。 2 _2 P8 o/ X+ Y$ o: z6 {
四、光纤的优点: 3 v+ e& Q$ T$ p
1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
i& O. Q0 D" Y2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。
2 _5 @$ |; z% l, g$ ^3.不受电磁场和电磁辐射的影响。
: \& B1 P0 Q# t9 O0 O4.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。 $ u' S7 X; B6 v) i4 ^6 }) L
5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。 ; \* ^, R* U2 [8 d/ h4 f$ B
6.使用环境温度范围宽。
5 m _, V' w7 Z0 m6 ?: q+ ?7.化学腐蚀,使用寿命长。
+ G) T5 ?7 @& a W第二部分 光缆 " V$ N+ z3 d) L. l: U2 G2 k% d
一、光缆的制造: 5 W! ~1 Q/ n5 b! z0 \. E' x
光缆的制造过程一般分以下几个过程:
2 C; z! T2 ] p5 n I8 D# _1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。 & e* i w1 \2 ?4 E8 b
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。
$ d3 z8 n+ G3 n3.二次挤塑: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)。 / I: J% O0 E6 g/ g' ?
4.光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。
: _* L& E0 A3 ?0 x0 K5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。 / D) l* t; i) E- h
二、光缆的种类:
! j$ e* e" U1 F5 E9 S1.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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