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光纤 光通信的基本原理光纤的基本结构光纤的基本参数光纤的制造方法 光的反射和折射定律光在传输过程中 在两种不同的传输媒质的界面将产生以下行为 一部分入射光将被反射一部分入射光将进入第二种媒质 并产生折射 折射率n 光在真空中的传播速度 光在该媒质中的传播速度 全反射 当n1 n2时 随着入射角的不断增加 在入射角达到某一值时 折射角达到90oC 我们把此时的入射角称为临界角 0 当入射角大于临界角时 将发生全反射 媒质1 媒质2 根据折射定律 我们可以求出临界角 此时 2 90o 即n1 Sin 0 n2 Sin90o所以Sin 0 n2 n1 媒质 折射率 真空 空气 水 多模光纤 单模光纤 玻璃 钻石 光通信正是利用了全反射原理 当光的注入角满足一定条件时 光便能在光纤 光波导 内形成全反射 从而达到长距离传输的目的 光纤的基本结构 涂层力学影响的防护 涂层250 m 涂层250 m 标准单模光纤 标准梯度折射率分布多模光纤 纤芯 掺锗二氧化硅 8 6 9 5 m 纤芯 聚甲基丙烯酸甲酯 980 m 包层纯二氧化硅125 m 纤芯 掺锗二氧化硅 50 m 62 5 m 100 m 涂层1000 m 塑料光纤 涂层 包层 纤芯 光纤的结构 按材料分类 二氧化硅系光纤 多组份光纤 塑料光纤 光纤 分类 用于通信 如 光缆 用于传感器 如 光纤陀螺 用于传输图像 如 内窥镜 其它用途 如用于传输能量 按用途分类 光纤 分类 按传输模式分类 多模光纤 单模光纤 光纤 分类 单模光纤 G 652光纤 G 653光纤 G 654光纤 G 655光纤 最成熟的单模光纤 但未把最小的衰减与最小的色散有效的结合在一起 过渡性的单模光纤 通过对光纤的截止波长进行位移而获得极低的衰减 过渡性的单模光纤 把零色散点移到了衰减最小的波长 一种新型的单模光纤 把最小的衰减与小的色散结合在一起 光纤 分类 光纤 G 652光纤 ITU TG 652光纤 短距离大容量传输系统 A类G 652光纤 B类G 652光纤 C类G 652光纤 普通容量传输系统 高速率传输系统 10Gb s 粗波分复用传输系统 G 652光纤的特点 最成熟的一种单模光纤最小的衰减窗口与最小色散窗口分离 光纤 G 655光纤 高速率大容量传输系统 ITU TG 655光纤 长途陆地系统 长途海底系统 城域网系统 如 Corning的Leaf光纤 Lucent的TrueWaveRS光纤 如 Corning的SubmarineLeaf光纤Lucent的TrueWaveXL光纤 如 Corning的MetroCor光纤 G 655光纤的特点 最新的一种单模光纤 充分利用C L波段衰减小和其为EDFA工作波段的特点 较小的色散有利于高速传输 同时又能有效抑制非线性效应 几何尺寸参数 光学及传输特性参数 机械及环境性能参数 光纤 参数 光纤的几何尺寸参数 纤芯直径纤芯 包层同心度包层外径 d dx dy 2 包层不圆度 dmax dmin d 涂层外径包层 涂层同心度光纤翘曲度R 光纤 参数 R 光纤几何尺寸参数典型值 纤芯直径 多模光纤 纤芯直径 单模光纤 纤芯 包层同心度 包层外径 包层不圆度 涂层外径 包层 涂层同心度 62 5 50 m 8 10 m 1 0 m 125 m 2 m 2 245 m 10 m 15 m 光纤 参数 光纤翘曲度 2m 光纤的光学及传输特性参数 衰减系数 色散系数 截止波长 弯曲损耗 偏振模色散 光纤 参数 模场直径 光纤的光学及传输特性参数 光纤 参数 模场直径 高斯分布的单模光纤 模场直径是光场幅度分布1 e处各点所围成圆的直径 也等于光功率分布1 e2处各点所围成圆的直径 衰减系数 10log P0 PL L这里 P0输入光功率PL经过L长度的光纤后的输出光功率L传输距离 P0 PL 光纤的光学及传输特性参数 光纤 参数 光纤的光学及传输特性参数 单模光纤的典型谱衰耗 光纤 参数 OH 吸收峰 又称为 水峰 色散系数 由于传输介质的折射率与光波的波长相关而造成不同波长的光在相同传输介质中的传播速度不同的现象 其程度用色散系数进行反映 光纤的光学及传输特性参数 光纤 参数 光纤的光学及传输特性参数 不同单模光纤的色散曲线 光纤 参数 截止波长 光纤作为单模光纤工作的最短波长 工作波长超过此波长时 只能传输基模 此时光纤为单模光纤 工作波长低于此波长时 除基模外 高次模也可传输 此时光纤为多模光纤 光纤的光学及传输特性参数 光纤 参数 弯曲损耗 宏观弯曲损耗 是指光纤在以远远大于光纤外径的曲率半径弯曲时 所引入的附加损耗 微观弯曲损耗 是指光纤受到不均匀应力的作用 光纤轴产生的微小不规则弯曲所引入的附加损耗 光纤的光学及传输特性参数 光纤 参数 偏振模色散 基模包含两个正交的矢量 这两个偏振矢量在传播过程中会产生时延 从而引入偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数 光纤 参数 光学及传输特性参数典型值 衰减系数 色散系数 截止波长 弯曲损耗 偏振模色散 1310nm波长处 0 36dB km1550nm波长处 0 22dB km 1310nm波长处 0ps nm km 1550nm波长处 19ps nm km cc 1260nm 以75mm为直径松绕100圈1550nm波长处附加衰减 0 05dB PMD 0 5ps km 1 2 光纤 参数 模场直径 1310nm 8 10 m 1550nm 9 11 m 机械及环境性能参数 光纤筛选应力水平 光纤抗张强度 光纤动态疲劳参数 光纤静态疲劳参数 光纤 参数 筛选应力 0 69GPa持续时间 1s 典型值 500kpsi nd 20 ns 20 光纤 参数 光纤温度衰减特性 光纤浸水性能 光纤老化性能 机械及环境性能参数 60oC 85oC下附加衰减 0 05dB km 23oC下 浸水14天后附加衰减 0 05dB km 温度湿度衰减特性 10oC 85oC 98 RH下附加衰减 0 05dB km 85oC下老化一个月后附加衰减 0 05dB km 光纤 制造 制造光纤的基本化学反应式如下 SiCl4 O2 SiO2 2Cl2 其工艺流程如下 制棒 脱水 烧缩