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第一部分 光纤理论与光纤结构
. `# q# n7 }0 G一、光及其特性: - c$ J$ e3 t1 @+ p
1.光是一种电磁波 # Y5 q7 l d# Z% C- _
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。
! I4 y9 \$ d% Z# _3 V, _6 h- z$ R2 [2.光的折射,反射和全反射。
& {7 L. `9 C) ]7 e9 h 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。
8 v' u6 D R$ d: r; `二、光纤结构及种类: - s- \. P, f$ v+ _, ?( S' i
1.光纤结构:
a2 M+ A/ Y4 x5 t7 \ 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。 * ? u7 b, s' j- M' a8 p4 E
2.数值孔径:
" a" [% y! J `$ v! | 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$ J1 l' n4 o8 s! q' ?1 W
3.光纤的种类:
* _8 H6 ?. F2 |. G. b2 ]3 xA.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
) O/ M9 b( N |+ d; o. ] 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 O5 Y0 O7 a- n& m- ]; W
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 V# b! i* A$ h* m2 X 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。 * |* U& b3 U6 q) q. ?
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' F1 c" o1 q" V. T4 EC.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。
/ y: C5 u$ H# `3 Q 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。
' O0 {9 w- R( V& c; X+ B7 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。
* J; k* a0 T% w4.常用光纤规格:
" a; s8 W$ i3 c; Z 单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm 6 c, {, M: a6 h* B& h* y- ?# h% ?
多模:50/125μm,欧洲标准
, w1 P9 N$ `2 n7 s) s 62.5/125μm,美国标准
3 _0 o1 i% x! b* P2 ? 工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm " Z: f: D# i5 L Q
塑料:98/1000μm,用于汽车控制 1 r) w5 T5 v& u* x% D
三、光纤制造与衰减:
' b( [( b, F) i K& [& A1.光纤制造: * y7 K2 Q' }$ z3 q9 ?' q
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。 % R! r; O# @/ t1 w2 j- g
2.光纤的衰减: / i. @; n; G% Q! j w4 s
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。
! h4 P2 Q3 k6 I% \ 本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
: {4 N9 o8 ]" w$ L& ?1 L8 }/ _ 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! g! B" f; z( ^# x
挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
, t+ Z7 Q! r- 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。
3 v5 a1 m* j* s$ Z5 o4 t- |# j 不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。 i' u9 ~7 W( Q C% c! N/ v4 T; y
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。
- ]/ h' B1 j- m- | x& R四、光纤的优点: + H; {, P1 e! [2 @1 Y/ D) W: H
1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
% ?; y) X( ]. p9 ~- ]9 x% a5 p3 {2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。
/ s* J1 c1 _% b, h l: k5 ?3.不受电磁场和电磁辐射的影响。 3 I8 h$ p% G( o: ~5 ^+ m. c) d9 @$ S3 B
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。
1 @% f, {6 O4 h; l+ H3 ?" L9 L' y5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。
' @$ P& Z! T* _" y6.使用环境温度范围宽。 . P: q7 h3 @. \( a. \$ O
7.化学腐蚀,使用寿命长。 ; C/ s. c* H1 M+ J: Q
第二部分 光缆
; }6 j: n. ?; j2 g6 `/ q% `0 ~1 s! m一、光缆的制造: 7 {- W3 s: j9 C* h
光缆的制造过程一般分以下几个过程: 0 _8 J0 G) }" U' _
1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。
& z4 h" M" ?: r4 p3 Q2.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 u1 H; ^& s4 Y- 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)。 5 F+ I- m g3 x% m' k/ l2 k3 @- a
4.光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。 ( }/ t4 a! \! X5 a
5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。 - i: `) D" |# T
二、光缆的种类: ; @ Y! ~! T9 U* `
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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