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第一部分 光纤理论与光纤结构
/ _0 F2 O( C, o% G. D一、光及其特性: 3 ^2 L: x% k' y) i
1.光是一种电磁波
7 h1 _+ m) S, T9 j( V6 C& T9 s 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。
% `1 B0 G; m: i& O2.光的折射,反射和全反射。
- B2 ] n- S8 B 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。 + B3 |# g% M+ s7 i/ Y) ^
二、光纤结构及种类: ; @- p' {9 r! h# p- b
1.光纤结构: - e; ]6 z4 H' f( f$ t, o
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。
3 ^3 v5 b$ \1 {+ f/ ^" w4 F# R2.数值孔径:
; t5 Y8 O' D t% x* y 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)。
. c9 X9 Y c4 m% D/ d4 R- {! ?3.光纤的种类: + |4 W0 H7 ^! v3 s" f% d+ l
A.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
% J% P' K8 [( g( k- P 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。
! v+ \ f9 Q" {8 u. CB.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。
: Q) w- f$ h* r4 r+ ~ m1 y 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 f- r* A9 S# z; ~ 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。 ; i- |2 t% A! \# Y/ O' \
C.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。
$ _: R* V, T/ y0 n. W1 l& 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。 8 Y- `- [4 C# i% L S4 u: c9 G
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。
3 H. v6 \5 ]/ q. H4.常用光纤规格: ; Q' ~' z4 h) `$ ?: g7 }; O& o
单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm 7 g; o( i: w8 @4 g
多模:50/125μm,欧洲标准
$ D7 ?2 q* S1 ? 62.5/125μm,美国标准 0 h3 @$ M/ |/ ~& v' Z9 }7 j
工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm 0 O0 V, [- [3 c) N
塑料:98/1000μm,用于汽车控制
) @ L5 [3 R: g/ E N) v" a& H三、光纤制造与衰减:
& P) T! M. U: g( _ X/ g' h1.光纤制造: % m# F. d' p, f
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。 3 I: l R/ p/ k
2.光纤的衰减:
3 P' w( f, f) c8 Q3 {9 D 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。 & O) D9 C, B$ I; _% P
本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。 : y9 D& ^9 E: L
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。 ) T8 A1 X5 ?& [% V8 a
挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。 ' f8 _9 W+ o# J* B8 D1 S4 D
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 Q7 P' s7 X# Z; \0 |9 c9 j5 B 不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
, |; |' l2 F( B5 H; @ 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。
( {' C" I6 b6 n- A- P3 `/ Z' J3 ]: O四、光纤的优点:
" {& Z$ ~6 m1 @6 n1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
& \# C0 H! R3 Z2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。
' Z5 G& N( l p7 W8 _9 x5 @3.不受电磁场和电磁辐射的影响。 % {: Y- p6 {& s2 |0 w4 ~
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。 2 M8 I/ [" ^& X4 P8 G/ k
5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。
% B' S9 n7 H$ r9 R3 D, \6.使用环境温度范围宽。
* N. q7 D0 U* S7.化学腐蚀,使用寿命长。 3 v* ^- }) Y5 ]7 k5 j$ A A
第二部分 光缆 4 D H" f5 ~" z! R
一、光缆的制造:
4 z& N7 y7 @6 k+ o光缆的制造过程一般分以下几个过程: ) J6 G' }1 N5 G$ B) }% W7 b: B$ _
1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。
9 U) g: }9 ?" F0 u3 Z2.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。
+ X0 F# M3 X6 @" s+ u; b1 @3.二次挤塑: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)。 $ v6 `0 @0 Q4 K# h5 o0 U4 `
4.光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。
' q8 z) _) t$ V! i7 A# y, ?5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。
: J) B2 e2 P( h Y( z+ W7 Q" c二、光缆的种类: ! R) D7 @) }; V: H# B& e( [3 o$ W
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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