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第一部分 光纤理论与光纤结构
* s9 ~- ]* u! S& W9 v% z/ C" j一、光及其特性:
8 V) z1 W9 w' J9 U0 s1.光是一种电磁波
: d- D* P- B0 t z; I% w 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。 $ E# s" U1 R, p' q! @: Q" _0 I* c
2.光的折射,反射和全反射。
1 J& j! m0 Y: c# P6 W; \ 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。
+ e" o% P# X3 E: \% J5 T- T" J二、光纤结构及种类: S, t) Q. j+ {7 w0 \
1.光纤结构:
+ s# s. q5 P: _% ^# H: h: 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 u/ n# [* Z( i1 {: e9 H2.数值孔径: 3 C" C0 e/ N: S( g+ B$ G) F+ c8 h7 N7 q
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)。
6 K# Z+ [! Y/ f3.光纤的种类: 2 b( ]( {/ |& k; S4 T
A.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
& I! u, [5 u. ^- k" f- @ 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。 5 z9 s( N: n; W, p
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。
& `1 P2 u) r$ p. G/ W 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。
3 u' U# U. O( J$ m6 x, } 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。
& C" q1 Q6 ?! f" g! g( oC.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。 ( _9 f' u, h0 W! W7 x/ b1 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。
9 E- m& O4 N5 f0 A; C' v 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。 4 K$ F6 }- a# f% J3 g- q
4.常用光纤规格: ! c* e: M, K2 Y3 _( z% r1 M; p4 ^
单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm / f6 A3 f% Q& V) q
多模:50/125μm,欧洲标准 8 E" p! f6 \! y4 T1 k1 O
62.5/125μm,美国标准
9 n9 G( G3 r1 v6 H+ r+ i 工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm
H- P8 X* q/ Z; C g 塑料:98/1000μm,用于汽车控制
& `/ @9 L: X( n0 v1 t三、光纤制造与衰减: / S7 I s f9 o/ K. l
1.光纤制造:
* L# {! W, k4 Z: X$ p 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。 2 K5 y' k" f2 S
2.光纤的衰减:
! D7 E9 j) K$ y/ H; [ 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。
. @* E1 |7 H( C1 Y! Q5 e 本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
& R2 g1 f" v W1 ]" 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。 2 H6 t0 o( u2 l' M8 m* y
挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
- @ e) ?' G. [ 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。
2 @. P0 x- G: d7 N5 `( F 不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
' G* ^" [; e5 z 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。
, N$ M( ~- t5 X0 x) w四、光纤的优点:
3 r! J0 i3 T/ D/ p7 s3 R1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。 ' N; x+ f; P5 ?/ {9 H6 q
2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。 ' L4 c3 i8 I1 K" U) ?
3.不受电磁场和电磁辐射的影响。
& B* B, M( o- @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。
4 r$ x# I' k& B& ?& X5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。 - f6 _/ \! k3 H% Z
6.使用环境温度范围宽。 ( F, T3 {4 u! w4 I& g- C Y$ a
7.化学腐蚀,使用寿命长。
$ G( p4 d- g7 c: M" c. G第二部分 光缆
/ s% J) y1 ]6 h2 H一、光缆的制造:
: K! ^' T) q. b- ~# V3 C光缆的制造过程一般分以下几个过程: / b/ X- [1 Q1 k; l6 B3 r
1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。 ; i* P) s( S% G9 y1 e0 X& l% i
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。
; n0 }8 v" l L5 K3.二次挤塑: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)。 ) C0 \# Q8 h! M, Z6 [0 |
4.光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。 3 x& E% @5 f& j+ P/ w& s6 g8 L$ M
5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。 + y5 L: r) r% S' M! ?% d
二、光缆的种类:
1 D* r0 T! }* I+ T9 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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