光纖通訊基礎知識講解
光纖基本知識
第一部分光纖理論與光纖結構
一、光及其特性:
1、光是一種電磁波
可見光部分波長範圍是:390~760nm(毫微米)。大於760nm部分是紅外光,小於390nm部分是紫外光。光纖中應用的是:850nm,1300nm,1310nm,1550nm四種。
2、光的折射,反射和全反射。
因光在不同物質中的傳播速度是不同的,所以光從一種物質射向另一種物質時,在兩種物質的交介面處會產生折射和反射。而且,折射光的角度會隨入射光的角度變化而變化。當入射光的角度達到或超過某一角度時,折射光會消失,入射光全部被反射回來,這就是光的全反射。不同的物質對相同波長光的折射角度是不同的(即不同的物質有不同的光折射率),相同的物質對不同波長光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基於以上原理而形成的。
二、光纖結構及種類:
1、光纖結構:
光纖裸纖一般分為三層:中心高折射率玻璃芯(芯徑一般為50或62.5μm),中間為低折射率矽玻璃包層(直徑一般為125μm),最外是加強用的樹脂塗層。
2、數值孔徑:
入射到光纖端面的光並不能全部被光纖所傳輸,只是在某個角度範圍內的入射光才可以。這個角度就稱為光纖的數值孔徑。光纖的數值孔徑大些對於光纖的對接是有利的。不同廠家生產的光纖的數值孔徑不同(AT&TCORNING)。
3、光纖的種類:
A.按光在光纖中的傳輸模式可分為:單摸光纖和多模光纖。
多模光纖:中心玻璃芯較粗(50或62.5μm),可傳多種模式的光。但其模間色散較大,這就限制了傳輸數字訊號的頻率,而且隨距離的增加會更加嚴重。例如:600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此,多模光纖傳輸的距離就比較近,一般只有幾公里。單模光纖:中心玻璃芯較細(芯徑一般為9或10μm),只能傳一種模式的光。因此,其模間色散很小,適用於遠端通訊,但其色度色散起主要作用,這樣單模光纖對光源的譜寬和穩定性有較高的要求,即譜寬要窄,穩定性要好。
B.按最佳傳輸頻率視窗分:常規型單模光纖和色散位移型單模光纖。
常規型:光纖生產長家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上,如1300nm。
色散位移型:光纖生產長家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個波長的光上,如:1300nm和1550nm。
C.按折射率分佈情況分:突變型和漸變型光纖。
突變型:光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的。其成本低,模間色散高。適用於短途低速通訊,如:工控。但單模光纖由於模間色散很小,所以單模光纖都採用突變型。
漸變型光纖:光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小,可使高模光按正弦形式傳播,這能減少模間色散,提高光纖頻寬,增加傳輸距離,但成本較高,現在的多模光纖多為漸變型光纖。
4、常用光纖規格:
單模:8/125μm,9/125μm,10/125μm
多模:50/125μm,歐洲標準
62.5/125μm,美國標準
工業,醫療和低速網路:100/140μm,200/230μm
塑料:98/1000μm,用於汽車控制
三、光纖製造與衰減:
1、光纖製造:
現在光纖製造方法主要有:管內CVD(化學汽相沉積)法,棒內CVD法,PCVD(電漿體化學汽相沉積)法和VAD(軸向汽相沉積)法。
2、光纖的衰減:
造成光纖衰減的主要因素有:本徵,彎曲,擠壓,雜質,不均勻和對接等。
本徵:是光纖的固有損耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
彎曲:光纖彎曲時部分光纖內的光會因散射而損失掉,造成的損耗。
擠壓:光纖受到擠壓時產生微小的彎曲而造成的損耗。
雜質:光纖內雜質吸收和散射在光纖中傳播的光,造成的損失。
不均勻:光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。
對接:光纖對接時產生的損耗,如:不同軸(單模光纖同軸度要求小於0.8μm),端面與軸心不垂直,端面不平,對接心徑不匹配和熔接質量差等。
四、光纖的優點:
1、光纖的通頻帶很寬.理論可達30億兆赫茲。
2、無中繼段長.幾十到100多公里,銅線只有幾百米。
3、不受電磁場和電磁輻射的影響。
4、.重量輕,體積小。例如:通2萬1千話路的900對雙絞線,其直徑為3英寸,重量8噸/KM。而通訊量為其十倍的光纜直徑為0.5英寸,重量450P/KM。
5、光纖通訊不帶電,使用安全可用於易燃,易暴場所。
6、使用環境溫度範圍寬。
7、化學腐蝕,使用壽命長。
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