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第一部分 光纤理论与光纤结构 ! L4 u8 e( K9 P0 a' f: c
一、光及其特性: 4 G* M4 l% c' B; }2 ^8 `
1.光是一种电磁波 & o8 e4 O$ j, E4 @ V8 i5 a
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。
: f! x& h( Z% C, a: U2 _- `/ \2.光的折射,反射和全反射。
; s: n2 C+ b( v2 m 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。
9 W. Q# N5 V, T3 s! e+ X8 Y( C二、光纤结构及种类: ( J* l8 D1 L% D1 b4 O; @1 \+ ^5 D# _
1.光纤结构: # m9 }5 R* i$ w# 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。
_2 T% e! S) Z& g7 R' _# W2.数值孔径:
- o; X6 S/ V: 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)。 3 d b( t6 P) {2 d! k. O
3.光纤的种类:
# M" A6 L' H: j0 F7 WA.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
4 J& k; G- a7 G' ]6 X 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。 + `( n+ V) p/ W2 x
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。
6 B' h) Y: G. B& t& A4 w! N3 A* c 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。 / m, i1 Q) T0 I# o d2 U
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。
2 Z' \( i# ~' Y! HC.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。 # U4 {; w; j6 }& t
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。 $ K- S; C$ b2 s! s- m# w6 l
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。 % j! l" E: x' N1 P$ z% R
4.常用光纤规格:
: \; z$ H* N; I( n, x" W 单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm , M9 \! ]$ {. Y* X
多模:50/125μm,欧洲标准 " A, ] f' E( n [- S( P9 f
62.5/125μm,美国标准
7 \1 W, I: g6 m1 K 工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm
. x: ]% C% p3 ?) P 塑料:98/1000μm,用于汽车控制 2 t( s+ K' g# ?3 g$ | B4 ~
三、光纤制造与衰减: 2 ~* f, I; r$ j& x9 x w3 l, Q5 v
1.光纤制造: 5 i& p* w2 Y# E# U
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 ~4 n6 k' l2 u6 S2.光纤的衰减: 6 Z3 E# l, ^& f" c
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。 * j9 n4 W7 k3 m9 c6 K
本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
/ _' Q" J' J% }3 n' t5 M 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。
/ ^$ a a1 j5 a, X3 a# [8 W! M 挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。 / U; f" x- ?+ `, ^ u
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。 4 l+ g9 t0 c! X2 P1 E2 Q
不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。 ! D; @; m/ V( k6 M& M3 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。 * L7 M+ }2 J- N
四、光纤的优点: ) }9 j9 M7 M& ?2 F
1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。 4 x8 b% E; C/ q! J3 i* I1 \
2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。 , w: }$ [' J; g
3.不受电磁场和电磁辐射的影响。
9 \- K/ }; ~% ~- m& j! P4 Z4.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。 $ Y) r* ]* b w8 y" x
5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。
1 Q- u$ n6 e% l2 f. E* E3 T9 ]6.使用环境温度范围宽。 * m5 u7 n% d" i6 w
7.化学腐蚀,使用寿命长。 . x$ k$ n% |) f5 Z1 r4 t" E
第二部分 光缆 9 q# g7 r" N( H8 a s
一、光缆的制造:
9 v4 W8 J5 j' _0 M光缆的制造过程一般分以下几个过程: 4 l. o8 T8 f- v o' N1 {
1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。
' Z: C9 r" F; Q j2.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。 5 w2 c6 h$ ^+ x% _' L6 I! K' Z- V
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)。
$ x) d4 f/ r& k4.光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。
0 W6 \( I6 Z# j5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。
6 e" ?7 V2 m+ X( q: ?! ~二、光缆的种类:
2 r8 R2 k$ f" a' J4 |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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