光纖理論與光纖結(jié)構(gòu)

1、光纖理論和光纖結(jié)構(gòu)的第一部分一.光及其特性：1.光是一種電磁波。可見光部分波長(zhǎng)范圍為390到760納米。大于760nm的部分是紅外線，小于390nm的部分是紫外線。光纖使用4種：850nm、1300nm、1310nm和1550nm。通常稱為長(zhǎng)波是指波長(zhǎng)為1310，1550nm的激光，短波是指波長(zhǎng)為850nm的激光。光的折射、反射和反射。光線以不同的速度傳播，所以從一種物質(zhì)向另一種物質(zhì)發(fā)射光線時(shí)，兩種物質(zhì)的界面會(huì)發(fā)生折射和反射。折射光的角度也隨入射光的角度而變化。入射光的角度達(dá)到或超過特定角度時(shí)，折射光消失，入射光全部反射，成為光的全部反射。不同的物質(zhì)對(duì)相同波長(zhǎng)的光有不同的折射角度(即不同的物質(zhì)

2、對(duì)光的折射率不同)，不同的物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光有不同的折射角度。光纖通信是基于上述原理形成的。二.光纖結(jié)構(gòu)和類型：1.結(jié)構(gòu)：光纖裸光纖一般分為中心高折射率玻璃芯(芯直徑一般為50或62.5m)，中間為低折射率硅玻璃包層(直徑一般為125m)，最外面為增強(qiáng)樹脂涂層。2.數(shù)字光圈：入射到光纖端面的光都不是由光纖傳輸?shù)?。但是，只能是特定角度范圍?nèi)的入射光。這個(gè)角度稱為光纖的數(shù)值光圈。光纖的數(shù)值孔徑大有利于光纖的對(duì)接。不同制造商制造的光纖具有不同的數(shù)字光圈(ATTCORNING)。3.光纖類型：A.光纖中的光傳輸模式可以分為單觸點(diǎn)光纖和多模光纖。多模式光纖：中心玻璃芯培訓(xùn)粗糙(50或62.5m)，可傳輸

3、多種模式的光。但是，模式之間的方差大，數(shù)字信號(hào)傳輸頻率受到限制，距離增加會(huì)進(jìn)一步惡化。例如：600MB/KM的光纖只有2KM到300MB的帶寬。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x比較近，一般只有幾公里。單模光纖：中心玻璃芯培訓(xùn)(芯徑通常為9或10m)，只能傳送一種模式的光。因此，模式間的色散很小，適用于遠(yuǎn)程通信，但單模光纖對(duì)光源的頻譜寬度和穩(wěn)定性要求很高，即頻譜寬度窄、穩(wěn)定性高的色度色散起著主要作用。B.按最佳傳輸頻率窗口：普通單模光纖和分布式位移單模光纖。常規(guī)：光纖生產(chǎn)長(zhǎng)壽優(yōu)化了單波長(zhǎng)光(如1300m)的光纖傳輸頻率。色散位移類型：光纖生產(chǎn)張家對(duì)1300m和1550m等兩種波長(zhǎng)的光進(jìn)行光纖傳輸頻率優(yōu)化

4、。C.根據(jù)折射率分布：突變和梯度纖維。突變：從纖維中心核心到玻璃包層的折射率為突變。其成本低，模式間方差高。適用于工業(yè)控制等短距離低速通信。但是，單模光纖在模式之間的分布較少，因此單模光纖都使用突變類型。漸變光纖：從光中心核心到玻璃包層的折射率逐漸變小，高模光可以以正弦形式傳播，從而減少模式間的分布，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，目前多模式光纖大部分是漸變光纖。4.常用光纖規(guī)格：?jiǎn)我荒Ｊ剑?/125m、9/125m、10/125m多模式：50/125m歐洲標(biāo)準(zhǔn)62.5/125m美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)、醫(yī)療保健和低速網(wǎng)絡(luò)：100/140m，200/230m塑料：98/1000m用于汽車控制。三.

5、光纖制造和衰減：1.光纖制造：目前，光纖制造方法主要是管內(nèi)化學(xué)氣相沉積(CVD)方法、棒內(nèi)CVD方法、等離子化學(xué)氣相沉積(PCVD)方法和軸向氣相沉積(VAD)方法。2.光纖衰減：纖維衰減的主要因素是固有、彎曲、擠壓、雜質(zhì)、不均勻性和對(duì)接。固有：瑞利散射、固有吸收等光纖的固有損耗。彎曲：光纖彎曲時(shí)，部分光纖內(nèi)的光因散射而損失的損失。擠壓：在擠壓纖維時(shí)產(chǎn)生小彎曲而產(chǎn)生的損失。雜質(zhì)：光纖內(nèi)的雜質(zhì)是由光纖吸收和散射傳播的光而引起的損失。不均勻：纖維材質(zhì)的折射率不均勻?qū)е碌膿p失。塢站：其他軸(單模光纖的同軸要求小于0.8m)、端面與樞軸不垂直、端面不均勻、對(duì)接中心直徑不匹配和焊接質(zhì)量差異等光纖對(duì)接時(shí)發(fā)

6、生的損失。四。光纖的優(yōu)點(diǎn)：1.光纖的通帶很寬。理論達(dá)到30億兆赫。2.沒有中繼段長(zhǎng)度。幾十到一百多公里，銅線只有幾百米。3不受電磁場(chǎng)和電磁輻射的影響。4.重量輕，體積小。例如：900對(duì)通過2萬(wàn)1千馬公路的雙絞線，直徑為3英寸，重量為8噸/公里。通信量是10倍的光纜直徑為0.5英寸，重量為450P/KM。5.光纖通信不充電，使用安全可用于易燃易爆的場(chǎng)所。6.使用環(huán)境溫度范圍?；瘜W(xué)腐蝕，壽命長(zhǎng)。光纜的第二部分I .光纜制造：光纜制造過程通常分為以下過程：1.光纖的篩選：選擇傳輸特性好、張力合適的光纖。2.光纖的染色：使用標(biāo)準(zhǔn)全色譜，高溫不褪色，不移動(dòng)。3.第二次擠壓：使用高彈性系數(shù)、低線膨脹系數(shù)塑

7、料擠壓成型，用一定大小的管子含有纖維，填充防潮防水凝膠，保管幾天(2天以上)。4.光纜紐結(jié)：將多個(gè)編織的光纖與加強(qiáng)材料綁在一起。5.光纜護(hù)套擠壓：為雙絞線添加護(hù)套層。二.光纖電纜類型：1.自負(fù)載架空電纜、管道電纜、手套埋設(shè)電纜和海底電纜分為安裝方式。2.按光纜結(jié)構(gòu)：束管光纜、層絞光纜、拉緊光纜、皮帶光纜、非金屬光纜和分支光纜。3.按用途：長(zhǎng)距離通信用光纜、短距離室外光纜、混合光纜和建筑物內(nèi)光纜。三.光纜建設(shè)：多年來，光纜建設(shè)使我們已經(jīng)有了一系列成熟的方法和經(jīng)驗(yàn)。(a)光纜的室外建設(shè)：敷設(shè)較長(zhǎng)距離的光纜最重要的是選擇合適的路徑。這里不一定是最短的路線最好的，還要查看土地使用權(quán)、勃起或掩埋的可能性

8、等。為了使施工和以后的檢查方便可靠，必須有非常完整的設(shè)計(jì)和施工圖紙。施工中要隨時(shí)注意，不要把光纜壓得很重，也不要被堅(jiān)硬的物體傷到。光纜旋轉(zhuǎn)曲線時(shí)，轉(zhuǎn)彎半徑是光纜本身直徑的20倍。1.室外架空光纜建設(shè)：A.懸線托架空方式，此方法簡(jiǎn)單實(shí)惠，在我國(guó)應(yīng)用最廣，但鉤加掛，整理時(shí)間更多。B.懸絲纏繞架空方式，該方法比較穩(wěn)定，維護(hù)工作少。但我需要特殊的跟蹤者。C.自負(fù)載架空方式，高線路干燥要求，建設(shè)、維護(hù)難度，高成本，國(guó)內(nèi)目前很少采用。D.架空，光纜應(yīng)添加導(dǎo)向裝置，確保光纜不被拖到地面上。光纜在牽引時(shí)要注意減少摩擦力。每個(gè)干燥還需要一根用于拉伸的光纜。E.注意光纖電纜中金屬物體的可靠接地。特別是山區(qū)、高壓電

9、網(wǎng)地區(qū)和多個(gè)地區(qū)，一般每公里需要3個(gè)接地點(diǎn)，還使用非金屬光纜。2建造室外管道電纜：A.施工前要檢查管道占用情況，清潔和布置塑料下管的同時(shí)，要放牽引線。B.要計(jì)算批長(zhǎng)度，保留長(zhǎng)度必須足夠。請(qǐng)參閱下表。自然彎曲長(zhǎng)度增加(m/km)增加檢修孔內(nèi)部旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)度(m/孔)接合重疊長(zhǎng)度(m/側(cè))內(nèi)部預(yù)訂長(zhǎng)度(m)州50.5-18-1015到20個(gè)保留其他剩馀安全設(shè)計(jì)C.一次布線時(shí)要從中間拖到兩側(cè)，以免放置長(zhǎng)度太長(zhǎng)(通常為2公里)。D.電纜牽引力一般在120公斤以上，必須牽引光纜的加強(qiáng)中心部分，并做好光纜頭的防水加固。E.光纜引入和引線需要添加牽引設(shè)備，不能直接拖動(dòng)。D.管道電纜也要注意可靠接地。直接埋地光纜安

10、裝：A.直埋光纜溝深度應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行挖掘，標(biāo)準(zhǔn)見下表。B.不能挖溝的地方可以敷設(shè)到架空或鉆孔預(yù)購(gòu)的管道上。C.溝槽底部柔軟、堅(jiān)固，必要時(shí)可以預(yù)先填充沙子、水泥或支撐物的一部分。D.安裝時(shí)可以使用手動(dòng)或機(jī)械牽引力，但要注意引導(dǎo)和潤(rùn)滑。E.布置完畢后，應(yīng)盡快返回土中壓縮。在建筑物內(nèi)安裝光纜：A.垂直安裝時(shí)，一般要特別注意每?jī)蓪庸潭ㄒ淮坞娎|的光纜的承載問題。B.光纜穿墻或通過層時(shí)，應(yīng)插入保護(hù)塑料管，用阻燃劑填充料填充管。C.建筑物內(nèi)也預(yù)安裝了一定數(shù)量的塑料管，以后連接光纜時(shí)可以使用牽引或真空方式的電纜。四。選擇光纜：光纜選擇光纜的附件，具體取決于光纜的使用環(huán)境，以及光纜核心數(shù)和光纜種類。1.直接埋室

11、外用光纜的時(shí)候，要使用鎧裝光纜。開銷時(shí)，可以選擇帶有兩個(gè)或多個(gè)加強(qiáng)筋的黑色塑料護(hù)套的光纜。2.建筑物中使用的光纖電纜應(yīng)注意阻燃、毒性、煙霧的特性。在管道或強(qiáng)制通風(fēng)中，可以選擇純煙型(Plenum)；在暴露環(huán)境中，必須使用純煙型、無(wú)毒型和無(wú)煙型(riser卡)。3.建筑物的垂直纜可以使用層絞光纜(distribution cables)。水平配線時(shí)，您可以選取分支光纜(Breakout Cables)。4.如果傳輸距離在2千米以內(nèi)，則可以選擇多模式光纜中超過2千米的光纜，也可以選擇單模式光纜。直接埋光纜埋深標(biāo)準(zhǔn)鋪設(shè)批次或土質(zhì)詢問深度(m)非州一般土壤(硬土)1.2磐石質(zhì)(礫石土，風(fēng)化石)1.0石

12、質(zhì)0.8溝槽底部10厘米微土壤或砂墊類似0.8郊區(qū)、村莊和村莊1.2市內(nèi)印度1.0鐵路、公路1.2在渣底或路上溝渠、運(yùn)河、池塘1.2農(nóng)田排水0.8第三部分連接和檢查I .光纜連接：這種方法主要是永久連接、緊急連接、活動(dòng)連接。1.永久光纖連接(也稱為熱熔):這種連接是通過放電方式熔化連續(xù)光纖的連接點(diǎn)來連接的。通常用于遠(yuǎn)距離連接、永久或半永久固定連接。主要特征是連接衰減在所有連接方法中是最低的。典型值為0.01至0.03dB/點(diǎn)。但是，連接需要專用設(shè)備(保險(xiǎn)絲)和專業(yè)人員，連接點(diǎn)也需要使用專用容器進(jìn)行保護(hù)。緊急連接(又稱冷熔):緊急連接主要是用機(jī)械和化學(xué)方法固定兩種光纖，使其粘合。此方法的主要特點(diǎn)

13、是連接快速、可靠，連接通常為0.1到0.3dB/點(diǎn)。但是長(zhǎng)期使用連接點(diǎn)不穩(wěn)定，衰退也大幅增加，必須在短時(shí)間內(nèi)緊急。3.活動(dòng)連接：活動(dòng)連接是利用各種光纖連接器部件(插頭和插孔)將站點(diǎn)和站點(diǎn)或站點(diǎn)連接到光纜的一種方法。該方法靈活、簡(jiǎn)單、方便、可靠，適用于建筑物內(nèi)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線。典型衰減為1dB/連接。二.光纖傳感：光纖檢測(cè)的主要目的是保證系統(tǒng)連接的質(zhì)量，減少故障因素，并在出現(xiàn)故障的情況下找出光纖的故障點(diǎn)。檢驗(yàn)法大部分分為人工簡(jiǎn)單測(cè)量和精密儀器測(cè)量。1.手動(dòng)簡(jiǎn)單測(cè)量：此方法通常用于區(qū)分用于快速檢測(cè)光纖通過和施工的光纖。通過觀察從光纖一端發(fā)出可見光的簡(jiǎn)單光源和從另一端發(fā)出什么樣的光線來實(shí)現(xiàn)。這種方法

14、很簡(jiǎn)單，但不能定量測(cè)量光纖的衰減和光纖的斷點(diǎn)。精密儀器測(cè)量：使用光功率計(jì)或光域反射器(OTDR)定量測(cè)量光纖，可以測(cè)量光纖的衰減和連接處的衰減，甚至光纖的斷點(diǎn)位置。該測(cè)量可用于定量分析光纖網(wǎng)絡(luò)故障的原因，評(píng)估光纖網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。第四部分是光纖的應(yīng)用和系統(tǒng)設(shè)計(jì)I .光纖應(yīng)用程序：人類社會(huì)現(xiàn)在發(fā)展成了聲音、圖像、資料等信息的交流非常大的信息社會(huì)。傳統(tǒng)的通信手段不能滿足當(dāng)前的要求，而光纖通信作為信息容量、機(jī)密性、輕量級(jí)、無(wú)中繼距離等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。廣泛應(yīng)用于通信、交通、工業(yè)、醫(yī)療、教育、航空航天、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，正在向更廣的層次發(fā)展。光和光纖的應(yīng)用給人類生活帶來了重大影響和變化。二.光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：光纖系

15、統(tǒng)通常設(shè)計(jì)為遵循以下步驟：1.首先，了解哪些網(wǎng)絡(luò)是設(shè)計(jì)的，哪些狀態(tài)是什么，為什么使用光纖。2.根據(jù)實(shí)際情況，選擇適合光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、光纖電纜、跳線和其他連接的項(xiàng)目。您可以根據(jù)性能、價(jià)格、服務(wù)、原產(chǎn)地和品牌進(jìn)行選擇。3.根據(jù)客戶要求和網(wǎng)絡(luò)類型確定線路的路由，并繪制布線圖。4.路徑長(zhǎng)的話，需要計(jì)算系統(tǒng)的衰退馀額，會(huì)計(jì)可以按照以下公式進(jìn)行：衰退剩余量=發(fā)射光電源-滴定靈敏度-線路衰退-連接衰退(dB)，其中線路衰退=光纜長(zhǎng)度單位衰退；單位衰減通常與單模0.4到0.5db/km的光纖質(zhì)量非常相關(guān)。多模式為2到4dB/km。連接衰退包括焊接衰減連接衰退，焊接衰退是焊接手段和人體質(zhì)量，常規(guī)熱熔是0.01到0

16、.3dB/點(diǎn)。冷熔膠0.1至0.3dB/點(diǎn)；接頭衰減與接頭的質(zhì)量有很大關(guān)系，接頭的質(zhì)量通常為1dB/點(diǎn)。系統(tǒng)衰減殘馀量通常大于4dB。5.會(huì)計(jì)不合格的時(shí)候，要根據(jù)情況修改設(shè)計(jì)，然后重新計(jì)算。這種情況有時(shí)可以重復(fù)幾次。三.設(shè)計(jì)示例：1.北航部分校園網(wǎng)改造：在某些情況下，已走的纜線網(wǎng)絡(luò)的一端使用LANart的三端口中繼器，另一端使用LANart的光纖干線的雙絞線。架空或可埋設(shè)的束管4芯室外多模光纜焊接到帶ST頭的室內(nèi)跳線，因?yàn)樵O(shè)備的光纖接口是ST型。衰減會(huì)計(jì)： (一般多模式設(shè)備不在2公里范圍內(nèi)計(jì)算。這里只有一個(gè)例子)發(fā)射功率：-16dBm接收敏感度：-29.5dBm線路衰退：1.5km3.5dB/km=5.25dB連接衰退：接合的兩個(gè)衰退為：兩點(diǎn)1dB/點(diǎn)=2 dB焊縫的兩點(diǎn)為兩點(diǎn)0.07dB/點(diǎn)=0.14dB衰減殘差=-16 DBM-(-29.5 DBM)-5.25d B- 0.14d B- 2db=6.11(db)上述計(jì)算表明系統(tǒng)容量大于4dB，以上選擇可以滿足要求。福建校園網(wǎng)：14個(gè)建筑物通過光纖連接，每個(gè)建筑物必須有自己的子網(wǎng)(10Mbps以太網(wǎng))，并且每個(gè)建筑物的相對(duì)間距必須小于2km?？紤]用FDDI雙環(huán)制作主干，在每個(gè)建筑中放置FR2