通信广电工程辅导:光电缆特点及应用
一、光纤结构和类型
二、光纤通信的工作窗口
三、光纤分类
四、多模光纤
五、单模光纤
一、光纤结构和类型
(一)光纤的结构
光纤是光导纤维的简称,是一种新的光波导,是光通信系统最普遍和最重要的传输媒质。
它由单根玻璃纤芯、紧靠纤芯的包层、一次涂覆层以及套塑保护层组成。(光纤呈圆柱形,由纤芯、包层和涂覆层三部分组成。)
纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成,内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高。
包在外围的覆盖层就像不透明的物质一样,防止了光线在穿插过程中从表面逸出。
1. 纤芯
位置: 位于光纤的中心部位,
直径:在4~50μm,单模光纤的纤芯直径为4~10μm ,多模光纤的纤芯直径为50μm。纤芯的成分:含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅(如二氧化锗,五氧化二磷)作用是适当提高纤芯对光的折射率,用于传输光信号。
2. 包层
位置: 位于纤芯的周围
直径:125μm
成分:是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。
掺杂剂(如三氧化二硼)的作用:适当降低包层对光的折射率,使之略低于纤芯的折射率,即纤芯的折射率大于包层的折射率(这是光纤结构的关键),它使得光信号封闭在纤芯中传输。
3. 光纤的最外层为涂覆层,包括一次涂覆层、缓冲层和二次涂覆层。
一次涂覆层:一般使用丙烯酸醋、有机硅或硅橡胶材料;
缓冲层:一般为性能良好的填充油膏;
二次涂覆层:一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。
涂覆层的作用:是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤,同时增加光纤的机械强度与可弯曲性,起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤外径约2. 5 mm 。
(二)光纤的折射率分布
光纤的折射率分布有两种典型的情况:阶跃折射率光纤,渐变折射率光纤。
它们的共同特点:纤芯的折射率大于包层的折射率,这也是光信号在光纤中传输的必要条件。
(三)光在光纤中的传播
对于阶跃折射率光纤,由于纤芯和包层的折射率分布有明显的分界,光波在纤芯和包层界面的交界面形成全反射,并且形成锯齿形传输途径,引导光纤芯向前传播。
对于渐变折射率光纤,由于在其界面上折射率是连续变化的,轴中心的折射率最大,沿纤芯半径方向折射率按抛物线规律减小,在纤芯边缘的折射率最小,因此光波在纤芯中产生连续折射,形成穿过光纤轴线的类似于正弦波的光折射线,引导光波沿纤芯向前传播。
(四) 光纤最重要的两个传输特性 (P14)
损耗和色散是光纤最重要的两个传输特性,它们直接影响光传输的性能。
(l)光纤传输损耗:损耗是影响系统传输距离的重要因素之一,光纤自身的损耗主要有吸收损耗和散射损耗。
吸收损耗是因为光波在传输中有部分光能转化为热能;
散射损耗是因为材料的折射率不均匀或有缺陷、光纤表面畸变或粗糙造成的。
当然,在光纤通信系统中还存在非光纤自身原因的一些损耗,包括连接损耗、弯曲损耗和微弯损耗等。这些损耗的大小将直接影响光纤传输距离的长短和中继距离的选择。
(2)光纤传输色散:色散是光脉冲信号在光纤中传输,到达输出端时发生的时间上的展宽。
产生的原因是光脉冲信号的不同频率成分、不同模式,在传输时因速度不同,到达终点所用的时间不同而引起的波形畸变。
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