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第一部分 光纤理论与光纤结构
- \6 J/ Y) B {/ ? H8 E" \一、光及其特性: 5 C! o* C* J3 _7 u+ E+ T. M( j N9 }
1.光是一种电磁波 & H7 v; z* f( Q# Q& p x% ?
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。 3 h% a( V9 k7 k& A L% O6 n w3 o
2.光的折射,反射和全反射。 , _; D, C8 s; z! q- 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。
& k% A0 B- ~1 g, o5 o+ D% k二、光纤结构及种类:
) `1 ]: F5 x: j- q) A' R4 J7 Z1.光纤结构: A: f6 q+ V" o0 h# N9 A1 d! T
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 R6 ~9 j9 _1 n1 N
2.数值孔径: . k9 I( K5 ^# c( `
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)。 2 u5 Q7 B g* L! e# X5 u
3.光纤的种类:
" u$ b3 B2 h! P% ^7 h/ FA.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。 7 V1 K3 T! G2 H
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。
! s) P, y) e j$ S# {( y: m$ rB.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 G# E) ]0 K& k/ \2 _
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。
( W2 F2 x- R1 N7 V7 n( V 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。
Z/ a8 D3 O( Y% e; [$ n0 ^7 P5 JC.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。
+ Y; ^* x) \1 t9 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$ b; m3 j& A1 f7 s; [4 } 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+ c& W2 D0 f# A( P4.常用光纤规格: 7 O N! T! t* n7 R
单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm
- {0 U2 l" D( g2 ~ 多模:50/125μm,欧洲标准
0 w8 f, ^( t' m5 M6 W/ U; O4 U 62.5/125μm,美国标准 # r/ h% c* v7 c' V4 k& U0 x1 y
工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm 7 g+ N4 [, ~2 M" j) d
塑料:98/1000μm,用于汽车控制
# y; y/ s/ p7 W4 t$ O# Y P( x三、光纤制造与衰减: , x. d5 E9 `3 O" `
1.光纤制造: 9 K% e% G; D/ u9 M0 A3 N8 J
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。 ) F5 g! a2 U6 O% s9 d' ?+ @
2.光纤的衰减:
# K( R8 m) X- O$ i- x6 h5 k 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。
6 G0 A- i2 ^* Q0 }2 I 本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。 4 o' j$ h0 |& h$ X$ p
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。 * } t" K9 |0 u! s8 g
挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
7 o! r* E' s3 s1 M: o1 w 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。
. H/ b K5 {" n 不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
3 |. i' S# i5 o O 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。
" Y3 _, o, Q8 ?6 U四、光纤的优点: 3 s# t4 Y! B6 @& ~
1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
3 ~- u: u) W- l% A/ S2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。
: W/ H9 o" e) Y: R- z5 l: k4 _3.不受电磁场和电磁辐射的影响。 # F6 w/ l7 M1 |& a
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。 # }) V# a0 Q V. ]! S, i
5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。 # W5 z* i1 I' X% O
6.使用环境温度范围宽。 2 Z$ |8 q3 {4 G4 t( X$ J; o
7.化学腐蚀,使用寿命长。
0 v9 z: O6 |9 z第二部分 光缆 8 e8 g; U! x' ^! N
一、光缆的制造:
! K1 d- W y8 E1 {+ h& i8 r) z: s光缆的制造过程一般分以下几个过程:
$ \( I( K! k/ k7 e+ w3 j1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。
( o( r1 D6 ~* N) x% q2 _+ _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。
$ I6 e" k$ v) ~/ N+ E: ^' ]$ v2 P3.二次挤塑: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)。
! g6 z2 \, Z. x. [4.光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。 . k/ \ C5 f% X4 i+ ^
5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。
) [# A, Y! v% X l& a二、光缆的种类: 9 ^! N6 u" E1 s3 x# V9 h* `
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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