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第一部分 光纤理论与光纤结构
* @0 [) W( P$ ?7 V+ i& T一、光及其特性: 7 Y3 i; U5 M3 [! x
1.光是一种电磁波
2 K* } ~; {1 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。
7 n# ~( x- s: D2.光的折射,反射和全反射。
' ?3 P& }8 A# w& X7 [ Z X& 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。 ( i8 S' c( r4 r% P5 T! P
二、光纤结构及种类:
3 y$ I* I2 ]7 D# ~1.光纤结构: 4 K/ f3 g( a1 P' B
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。 : s. A7 M) C0 }1 p: i: D
2.数值孔径:
9 L3 b, S8 d( K u6 a: W. b 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)。
1 p" p0 v3 D! e! B, M( Q3.光纤的种类: ' X: J" T( [+ P
A.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
7 t- N, h0 _+ r; w3 E$ C+ K 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。
7 E8 n0 z3 c: \8 hB.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。
! r1 C7 u4 ^4 n 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。
( w! A, {: c/ S& G/ ]0 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。 ( E7 j$ v8 Y" Z2 i, ^- y' J
C.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。
# N% M' \- ~2 t$ i+ Q, ?# r 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。
4 n" G* j2 ]- Y% F 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 A* O) X0 T* `7 B5 ^0 O4.常用光纤规格: 2 Q) E" s0 u, g! t) U; I4 }
单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm ) x& M/ G2 b# Q
多模:50/125μm,欧洲标准
+ L# B; A" z/ R1 K 62.5/125μm,美国标准
* t8 Z4 U5 q, _0 M+ k 工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm ( x( a9 N' d2 [/ o' s
塑料:98/1000μm,用于汽车控制
3 m' e7 m1 E, L n. ^三、光纤制造与衰减: 6 v4 R3 S+ k& } u) _' ]
1.光纤制造: % @* B; i {: 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。
( }5 a' d) Z. j$ R* F6 }$ J, w2.光纤的衰减:
0 i1 f% [, x! }/ p% _7 t 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。
% ~" w+ E6 }5 w( x" D9 s 本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
7 ]! _; p" R- a* E& ]2 S7 N 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。
( u1 G) t* U$ K* Y6 r6 o 挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
: B2 Q: D0 w: G7 k7 x" I) I# ] 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。
& i+ Y" l8 @' d! i9 v% j1 F& ~7 Y 不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。 ) n4 ` q: g7 j! n
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。 9 I! u) f" P5 J8 K6 o. h, G2 j0 f
四、光纤的优点: 2 U$ Q: H* `4 B2 Q/ [! s
1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
& o! V$ j4 l0 [' B& X* `6 _1 J2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。 6 ?) B" V: ^3 g0 y
3.不受电磁场和电磁辐射的影响。 . }. v0 ]5 R+ m& H* h
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。
0 s# L; e. Y: h9 m3 p& B5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。 9 [1 z& S: V9 @! D
6.使用环境温度范围宽。 % v8 ]% q! v$ G' W3 G
7.化学腐蚀,使用寿命长。
& ]" Z: c; c: W# [5 c" m, a7 q. R第二部分 光缆 & e; L5 h5 s7 z( j
一、光缆的制造:
' w% u3 o; P7 C- |. y光缆的制造过程一般分以下几个过程: , w6 `0 {3 d2 R4 g% b$ g% y
1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。
+ @( V( ` u( Z# }. I! M# b2.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。
}6 f, ] a8 _$ w0 a3.二次挤塑: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)。 ! z5 p) \6 b7 u. J7 s- x# p1 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。
# V+ L7 E' ?3 |# c$ Q& ^5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。 ) `5 R- n4 A9 ?8 m+ ]
二、光缆的种类: . e8 E. Q# i) Z
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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