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第一部分 光纤理论与光纤结构 . ~$ F8 V! t& G; F( ]) y
一、光及其特性:
$ J1 i) C% h. Z1 y, J) k1.光是一种电磁波 ( S( F& t7 c( {, W8 l5 j
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 {7 h7 s2 f! H2 @7 l
2.光的折射,反射和全反射。 1 y# K/ ]& c1 v8 w2 y- J( 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。
" C+ S% L2 h2 e0 D/ d3 ~二、光纤结构及种类: , A4 `6 _; ?8 q
1.光纤结构:
( \! T8 T+ u& u. B6 F0 W5 X# g 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 w$ {3 q: a, D% _7 {2.数值孔径: ' @1 N& H' I% i
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)。
5 I' z1 {4 z8 p- Q6 W4 M. V# ~3.光纤的种类: % [3 E" P, Z, r- v
A.按光在光纤中的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤。
5 a$ _- m) z/ G+ M# g) v* R) R 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。
# g& @6 u6 s3 r$ u( J/ f- t, d' TB.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。
$ B& a& V b& Z! X" Q 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。
5 i; ?3 e A# y0 J! Y" q/ D 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。 : s: u8 g. i; b* V9 m, J
C.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤。
% M, X) C5 ^, \ {7 I5 {* W9 _+ X 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。 / |3 t7 W. w4 s; u9 g6 y' t8 m- D
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。
; p$ |6 o5 ^+ D2 }# ^4.常用光纤规格:
5 b F' T+ |+ C( A+ f& z 单模:8/125μm,9/125μm,10/125μm # Y2 s, G3 I, Z" ]; u
多模:50/125μm,欧洲标准
$ c% w2 a. Q' D+ z; |4 p6 c! U 62.5/125μm,美国标准 2 Q/ h. R1 u* ^* }/ W
工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm ( a! {4 `0 m" T T+ R
塑料:98/1000μm,用于汽车控制
& ] |. k# V8 g+ v8 R) @三、光纤制造与衰减:
2 G% M/ N' B) q7 n& y6 }1.光纤制造: $ s d0 p- q% X
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。 1 l4 \3 t, m6 F5 E% h- l
2.光纤的衰减: ) K8 K. \' l- d/ k
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。 & X7 H, _- D# H/ m1 y( s
本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
! T- i2 t) v- \+ 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。
9 ^5 ~- a( @4 ^, l F 挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。 3 d7 e1 R( B3 q; p. Q
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。
, x ~5 ?+ j# I! G, A% q$ P7 q 不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
( r }. {" ^7 L% L 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。
2 H" D/ R3 X4 d/ x* }% ~四、光纤的优点: % t8 X5 q0 B4 n; y
1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
) U0 j$ U! [0 N% y3 h2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。 / n2 _7 Y7 q7 {7 x
3.不受电磁场和电磁辐射的影响。 ) |# A. c( a8 A9 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。
+ p2 B! s" J5 Q% {) ^5.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。
- ]5 L/ k" y# m6.使用环境温度范围宽。 * P8 R6 m$ \% o! K; A' E
7.化学腐蚀,使用寿命长。
Q( }, m) `4 q: u; g第二部分 光缆 2 }7 |3 v0 Y$ L
一、光缆的制造:
$ V& l% p2 W4 b t! d光缆的制造过程一般分以下几个过程: 1 l+ D+ M# W- j8 Q
1.光纤的筛选:选择传输特性优良和张力合格的光纤。
1 D0 r4 R+ F. L6 T. [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。
5 \% P5 C* m3 H! d7 i! J$ W3.二次挤塑: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 n/ R( c# ]+ q8 }; L
4.光缆绞合:将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。
! z! k8 j% O# k0 f0 {4 J; N- ^, P5.挤光缆外护套:在绞合的光缆外加一层护套。 , k) } j+ m, w$ N! i( D
二、光缆的种类:
# S, v2 Q% `0 |/ v% \$ V9 w1.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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