光纖基礎(chǔ)知識

光纖基礎(chǔ)知識f10km1km100m10m1m1cm1dm105m100km107m010Hz100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm100pm10pm1pm10G100G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.3m1.4m1.1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm紅外線紫外線X射線伽瑪射線光纖應(yīng)用范圍無線電電視衛(wèi)星LWKWMWUKWdmcm高頻微波低頻交流電直流電微波可見光電磁波譜光通信的基本原理2信號處理發(fā)送端信號處理接收端光波導(dǎo)光通信的基本原理3光的反射和折射定律光在傳輸過程中，在兩種不同的傳輸媒質(zhì)的界面將產(chǎn)生以下行為：一部分入射光將被反射 一部分入射光將進入第二種媒質(zhì)，并產(chǎn)生折射媒質(zhì)1折射率n1媒質(zhì)2折射率n2入射光線反射光線121=2n1·Sin1=n2·Sin2媒質(zhì)1折射率n1媒質(zhì)2折射率n2入射光線12折射光線4折射率n＝光在真空中的傳播速度/光在該媒質(zhì)中的傳播速度全反射：

當(dāng)n1>n2時，隨著入射角的不斷增加，在入射角達到某一值時，折射角達到90oC，我們把此時的入射角稱為臨界角0。當(dāng)入射角大于臨界角時，將發(fā)生全反射。媒質(zhì)1媒質(zhì)2根據(jù)折射定律，我們可以求出臨界角，此時2＝90o。即n1·Sin0=n2·Sin90o所以Sin0=n2/n1媒質(zhì)折射率真空空氣水多模光纖單模光纖玻璃鉆石5光通信正是利用了全反射原理，當(dāng)光的注入角滿足一定條件時，光便能在光纖(光波導(dǎo))內(nèi)形成全反射，從而達到長距離傳輸?shù)哪康?。包層n2纖芯n1光纖中心軸線090-0包層n2空氣n016光纖的基本結(jié)構(gòu)

涂層

力學(xué)影響的防護涂層

250μm涂層

250μm

標(biāo)準(zhǔn)單模光纖標(biāo)準(zhǔn)梯度折射率分布多模光纖纖芯

(摻鍺二氧化硅μm

纖芯

(聚甲基丙烯酸甲酯)

980μm

包層

純二氧化硅

125μm

纖芯

(摻鍺二氧化硅)

50μm/62.5μm/100μm涂層1000μm塑料光纖7涂層包層纖芯光纖的結(jié)構(gòu)8按材料分類：二氧化硅系光纖多組份光纖塑料光纖光纖：分類9用于通信，如：光纜用于傳感器，如：光纖陀螺用于傳輸圖像，如：內(nèi)窺鏡其它用途，如用于傳輸能量按用途分類：光纖：分類10按傳輸模式分類：多模光纖單模光纖光纖：分類11單模光纖最成熟的單模光纖，但未把最小的衰減與最小的色散有效的結(jié)合在一起。過渡性的單模光纖，通過對光纖的截止波長進行位移而獲得極低的衰減。過渡性的單模光纖，把零色散點移到了衰減最小的波長。一種新型的單模光纖，把最小的衰減與小的色散結(jié)合在一起。光纖：分類12短距離大容量傳輸系統(tǒng)普通容量傳輸系統(tǒng)高速率傳輸系統(tǒng)(10Gb/s)粗波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)最成熟的一種單模光纖最小的衰減窗口與最小色散窗口分離13高速率大容量傳輸系統(tǒng)長途陸地系統(tǒng)長途海底系統(tǒng)城域網(wǎng)系統(tǒng)如：Corning的Leaf光纖，Lucent的TrueWaveRS光纖如：Corning的SubmarineLeaf光纖Lucent的TrueWaveXL光纖如：Corning的MetroCor光纖最新的一種單模光纖；充分利用C/L波段衰減小和其為EDFA工作波段的特點；較小的色散有利于高速傳輸，同時又能有效抑制非線性效應(yīng)14幾何尺寸參數(shù)光學(xué)及傳輸特性參數(shù)機械及環(huán)境性能參數(shù)光纖：參數(shù)15光纖的幾何尺寸參數(shù)

纖芯直徑纖芯/包層同心度包層外徑(d={dx+dy}/2)

包層不圓度(|dmax-dmin|/d)

涂層外徑包層/涂層同心度光纖翹曲度Rdxdy光纖：參數(shù)R16光纖幾何尺寸參數(shù)典型值纖芯直徑(多模光纖)：纖芯直徑(單模光纖)：纖芯/包層同心度：包層外徑：包層不圓度：涂層外徑：包層/涂層同心度：m8～10m1.0m125m2m2%245m10m15m光纖：參數(shù)光纖翹曲度：2m17光纖的光學(xué)及傳輸特性參數(shù)衰減系數(shù)色散系數(shù)截止波長彎曲損耗偏振模色散光纖：參數(shù)模場直徑18光纖的光學(xué)及傳輸特性參數(shù)光纖：參數(shù)模場直徑：高斯分布的單模光纖，模場直徑是光場幅度分布1/e處各點所圍成圓的直徑，也等于光功率分布1/e2處各點所圍成圓的直徑。19衰減系數(shù)

＝10log(P0/PL)/L 這里； P0輸入光功率 PL經(jīng)過L長度的光纖后的輸出光功率 L傳輸距離P0PLL光纖的光學(xué)及傳輸特性參數(shù)光纖：參數(shù)20衰減(dB/km)波長(nm)131015500.360.20光纖的光學(xué)及傳輸特性參數(shù)－單模光纖的典型譜衰耗光纖：參數(shù)OH-吸收峰(又稱為：水峰)21色散系數(shù)：由于傳輸介質(zhì)的折射率與光波的波長相關(guān)而造成不同波長的光在相同傳輸介質(zhì)中的傳播速度不同的現(xiàn)象。其程度用色散系數(shù)進行反映。光纖的光學(xué)及傳輸特性參數(shù)光纖：參數(shù)2284-401200-818001400150016001700132nm4色散D(ps/(nm?km))波長(nm)1 非色散位移光纖2 色散位移光纖3 色散平坦光纖4非零色散位移光纖光纖的光學(xué)及傳輸特性參數(shù)－不同單模光纖的色散曲線光纖：參數(shù)23截止波長：光纖作為單模光纖工作的最短波長。工作波長超過此波長時，只能傳輸基模，此時光纖為單模光纖；工作波長低于此波長時，除基模外，高次模也可傳輸，此時光纖為多模光纖。光纖的光學(xué)及傳輸特性參數(shù)光纖：參數(shù)24彎曲損耗：

宏觀彎曲損耗：是指光纖在以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光纖外徑的曲率半徑彎曲時，所引入的附加損耗。

微觀彎曲損耗：是指光纖受到不均勻應(yīng)力的作用，光纖軸產(chǎn)生的微小不規(guī)則彎曲所引入的附加損耗。光纖的光學(xué)及傳輸特性參數(shù)光纖：參數(shù)25偏振模色散：

基模包含兩個正交的矢量，這兩個偏振矢量在傳播過程中會產(chǎn)生時延，從而引入偏振模色散光纖的光學(xué)及傳輸特性參數(shù)光纖：參數(shù)26光學(xué)及傳輸特性參數(shù)典型值衰減系數(shù)：色散系數(shù)：截止波長：彎曲損耗：偏振模色散：1310nm波長處：1310nm波長處：0ps/(nm?km)1550nm波長處：19ps/(nm?km)cc1260nm以75mm為直徑松繞100圈1550nm波長處附加衰減：PMD0.5ps/(km)1/2光纖：參數(shù)模場直徑：1310nm:8-10m;1550nm:9-11m27機械及環(huán)境性能參數(shù)光纖篩選應(yīng)力水平光纖抗張強度光纖動態(tài)疲勞參數(shù)光纖靜態(tài)疲勞參數(shù)光纖：參數(shù)持續(xù)時間：1s典型值：500kpsind20ns2028光纖：參數(shù)光纖溫度衰減特性光纖浸水性能光纖老化性能機械及環(huán)境性能參數(shù)-60oC~+85oC下附加衰減：23oC下，浸水14天后附加衰減：溫度濕度衰減特性-10oC~+85oC，98%RH下附加衰減：85oC下老化一個月后附加衰減：29光纖：制造制造光纖的基本化學(xué)反應(yīng)式如下： SiCl4+O2=SiO2+2Cl2其工藝流程如下：制棒脫水燒縮拋光拉絲篩選、復(fù)繞30根據(jù)預(yù)制棒生產(chǎn)方式的不同，光纖制造方法可分為以下四種：改進的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)等離子激活化學(xué)氣相沉積法(PCVD)真空泵O2SiCl4GeCl4BBr3空腔諧振器排氣噴燈管子O2SiCl4GeCl4光纖：制造31