光纤光缆的结构与分类PPT课件

、1、光纤线缆的结构和分类、2、1、光纤的结构2、光纤的分类3、光纤线缆的结构4、光纤线缆的分类3、光纤的结构和芯部位于光纤的中心，直径2a为575m，具有传输光的作用。 包层在纤芯外侧，直径2b为100150m，起着将光束封闭在纤芯中的作用。 纤芯和包层构成裸光纤，两者都由高纯度二氧化硅(SiO2)制作，但是为了传播纤芯，光对应于不同的掺杂剂，使包层材料的折射率n2小于纤芯材料的折射率n1，即，光纤导光的条件是n1n2。 一次涂层是为了保护裸光纤而涂层在其表面的聚氨酯或有机硅树脂层，厚度一般为30150m。 套层又称二次被复层或被复层，多采用聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、尼龙等材料。 二次涂层的裸光纤叫做光纤芯线。 5、4、一次被复层、被复层、光纤的结构图，5、2、光纤分类是根据光纤的折射率、光纤材料、传输模式、光纤用途和制造工艺1 .步进型和梯度型光纤(光纤的折射率分布函数) 阶梯光纤的纤芯与包层之间的折射率阶梯发生变化，即纤芯内的折射率分布大致均匀，包层内的折射率分布也大致均匀，可以看作常数，但有纤芯与包层的折射率不同，在界面发生突变的分类方法。 梯度光纤芯内的折射率不一定，从中心轴向半径方向大致呈抛物线状减少，中心轴的折射率最大。 6、2 .不同材料(1)高纯度石英(SiO2)玻璃纤维。 该材料的光损耗相对较小，当波长=1.2m时，最低损耗约为0.47dB/km。 (2)多组分玻璃光纤为普通玻璃制，损耗也低。 在硼硅酸钠玻璃光纤的情况下，当波长=0.84m时，最低损耗为3.4dB/km。 (3)塑料光纤。 由人工合成导光性塑料制成，损失很大。 =0.63m时，损耗高达100200dB/km，但重量轻、成本低、柔软性高，适合短距离导光。 7、3 .按传输模块分类(1)单模光纤的纤芯直径只有几微米，接近于光的波长。 单模光纤通常是指在过渡光纤中纤芯尺寸小、光纤传输模块少、原则上只能传输一种模块的光纤，经常使用于光纤传感器。 这种光纤传输性能好，带宽宽，具有比较好的线性，但是由于内芯尺寸小，制造和耦合困难。 (2)多模光纤。 多模光纤的纤芯直径约为50m，纤芯直径大于光的波长。 通常，跳光纤是指纤芯尺寸大、传输模块多的光纤。 这种光纤性能差，带宽窄，但纤芯截面积大，制造连接耦合容易，应用广泛。 8、光纤的分类，石英系光纤(以SiO2为主材料)是光纤构成材料，多成分光纤(材料由多成分构成)液芯光纤(纤芯为液态)塑料光纤(以塑料为材料)台阶型光纤(SIF ) 光纤的种类是光纤芯的折射率分布，缓变型光纤(GIF)W型光纤单模光纤(SMF )按光纤传输模式数分割芯径多模光纤(MMF )，9，分割芯径多模光纤(MMF ) ，10，阶梯型光纤(SIF ) :纤芯的折射率均匀分布纤芯和包层渐变型光纤(GIF ) :纤芯折射率分布不均匀，轴心最大，在光纤截面内沿半径方向逐渐减小，在纤芯和包层界面处降低到包层折射率n2。 w型光纤(双包层光纤):在纤芯和包层之间设置折射率比包层低的缓冲层，使包层的折射率介于纤芯和缓冲层之间。 能够实现在1.31.6m之间色散变化小的色散平坦光纤和将零色散波长偏移到1.55m的色散偏移光纤。.11、单模光纤是在工作波长中仅能够传输一种传输模式的光纤，通常被称为单模光纤。 是目前有线电视和光通信中使用最广泛的光纤。 光纤的纤芯较细(约10m )，折射率呈阶梯状分布，因此在归一化频率v参数2.4的情况下，理论上只能进行单模传输。12、单模光纤、SMF没有多模色散，不仅传输频带比多模光纤宽，而且SMF的材料色散和结构色散相加被抵消，其合成特性形成恰好为零色散的特性，进一步加宽了传输频带。 在SMF中，根据掺杂剂的不同，与制造方式有很多不同。 在凹包层光纤(DePr-essedCladFiber )中，包层形成双重结构，与纤芯邻接的包层的折射率比外侧包层低。13、多模光纤、可传播模式为多模的光纤被称为多模光纤。 因为核直径为50m，传输模式达到数百个，所以与SMF相比，传输带宽主要由模式色散支配。 被用于有线电视和通信系统的短距离传输。 SMF光纤问世以来，似乎形成了历史性的产品。 然而在实践中，MMF更有利，因为它比SMF的芯径大，并且易于与光源(如lan )耦合。 因此，MMF在短距离通信领域仍受到重视。 14、多模光纤、MMF按折射率分布分类，有渐变(GI )型和阶梯(SI )型两种。 从几何光学上看，渐变型在芯体上行进的光束呈蛇行状扩散。 这是因为光的各路径所需的时间大致相同。 因此，传输容量大于SI型。 SI型MMF光纤的折射率分布，纤芯的折射率分布相同，但与包层的界面呈阶梯状。 SI型光波在光纤上的反射进行的过程中，各自的光路产生时差，出射光波变形，结果，传输带宽变窄，现在SI型MMF的应用很少。 另外，15、单模光纤由于多模光纤的芯径大，连接容易，但其衰减系数大，带宽小，因此当前多模光纤在通信方面只能适用于短距离、小容量的数据和模拟光信息传输。 多模光纤用于检测系统。 16、特殊光纤：作为红外光纤、光通信领域开发的石英类光纤的工作波长即使在短传输距离内使用，也只能使用2m以下。 为了在更长的红外波长区域工作而开发的光纤被称为红外光纤。 红外光纤主要用于光能传输。 例如温度测量、热图像传输、激光切刀医疗、热能加工等普及率还很低。17、复合光纤、复合光纤是指在二氧化硅原料中适当混合了氧化钠、氧化硼、氧化钾等氧化物的多成分玻璃的光纤。 多组分玻璃的特点是软化点比石英低，芯和包层的折射率差大。 主要用于医疗业务的光纤内窥镜。 18、氟化物光纤、氟化物光纤是由氟化物玻璃制成的光纤。 该光纤原料包括氟化铝、氟化钡、氟化镧、氟化钠等氟化玻璃原料。 简称ZBLAN。 主要在210m波长的光传输业务中工作。 另外，19、氟化物光纤中ZBLAN有可能是超低损耗光纤，因此正在推进用于长距离通信光纤的可行性开发。 例如，理论上的最低损耗在波长3m时达到dB/km，石英光纤在1.55m时处于0.150.16dB/Km之间。 目前，ZBLAN光纤难以降低散射损耗，只能用于2.42.7m的感温器和热图像传输，尚不实用。 为了利用ZBLAN进行长距离传输，开发了1.3m的掺锗光纤放大器(PDFA )。20、塑料光纤、塑料光纤(PlasticCladFiber )是以高纯度的石英玻璃为芯、以折射率比石英稍低的硅等塑料为包层的阶梯型光纤。 与石英光纤相比，具有纤芯粗、数值孔径(N.A.)高的特征。 因此，容易与发光二极管的LED光源耦合，损失也小。 因此，适用于局域网(LAN )和近距离通信。21、塑料光纤，用塑料(聚合物)制成纤芯和包层的光纤。 初始产品主要用于装饰、导光照明和近距离光路的光通信。 原料主要为有机玻璃(PMMA )、聚苯乙烯(PS )、聚碳酸酯(PC )。 损失一般达到每公里几十dB。 为了降低损失，开发了氟电缆类塑料。22、塑料光纤，塑料光纤(PlasticOpticalfiber )芯径1000m，比单模石英光纤大100倍，连接简单，弯曲施工方便。 近年来，随着宽带化的发展，渐变型(GI )折射率多模塑料光纤的发展受到社会的重视。 汽车在内部局域网的应用很快，将来在家庭局域网中也有应用的可能。 当.23、色散移位光纤、单模光纤的工作波长为1.3m时，模场直径约为9m，其传输损耗约为0.3dB/km。 此时，零色散波长正好为1.3m。 在石英光纤中，从原材料来看，1.55m级的传输损耗最小(约0.2dB/km )。 现在实用化的掺铒光纤放大器(EDFA )因为在1.55m频带工作，所以只要在该频带中也能够实现零色散，就有利于1.55m频带的长距离传输。 色散移位光纤通过巧妙地利用石英材料在光纤材料中的色散和芯结构的色散的合成抵消特性，即使位于1.3m级的零色散移位到1.55m级，也能够构成零色散。 因此，称为色散移位光纤(DSF:DispersionShiftedFiber )。25、以及色散移位光纤在光通信的长距离传输中重要的是光纤的色散不是唯一的。 其他性能损失小，连接容易，电缆化容易，工作中特性变化小(包括弯曲、拉伸、环境变化的影响)。 DSF在设计中综合考虑了这些因素。 另外，26、色散平坦光纤、色散移动光纤(DSF )是设计了单模光纤的零色散在1.55m频带的光纤。 色散平坦光纤能够降低从1.3m到1.55m的宽波段的色散，将几乎成为零色散的光纤称为DFF。27、色散平坦光纤因DFF分散在1.3m1.55m范围而减少. 光纤的折射率分布需要设计得很复杂。 然而，这种光纤适用于波分复用(WDM )线路。 DFF光纤的工艺复杂，费用昂贵。 今后随着产量的增加，价格也会下降。 另外，28、色散补偿光纤相对于使用了单模光纤的干线系统，多由1.3m频带的色散为零的光纤构成。 然而，如果1.55m的波长即使是1.3m的零色散光纤也能够工作，则是非常有益的。 在1.3m零色散的光纤中，1.55m带的色散大约为16ps/km/nm。 另外，色散补偿光纤通过在该光纤线路中插入与该色散代码相反的光纤，能够使光线路整体的色散为零。 为此使用的光纤被称为色散补偿光纤(DCF:dispersion compe-nsationfiber )。 DCF的纤芯直径比标准的1.3m零色散光纤细，折射率差也大。 DCF也是WDM光线路的重要组成部分。 30、耐环境光纤、通信用光纤的通常工作环境温度在-40 60之间，设计时也不会照射大量的放射线。 相反，在更低或更高温度下、在受到高压或外力的影响、暴露于辐射中的恶劣环境下操作的光纤被称作耐环境光纤。 一般为了机械地保护光纤的表面，涂上塑料。 然而，随着温度增加，塑料保护功能下降并且使用温度也受到限制。 如果使用耐热性塑料，例如特氟隆(特氟隆)等树脂，就可以在300的环境下工作。 也有在石英玻璃表面涂复镍和铝等金属的光纤，这种光纤被称为耐热光纤。31、耐环境光纤在光纤受到放射线的照射时，光损失增加。 这是因为石英玻璃受到放射线照射时，玻璃中出现结构缺陷(色心：也称为ColourCenter )，特别是在0.40.7m的波长下损失增大。防止对策是通过使用掺杂了OH和f的石英玻璃，可以抑制放射线引起的损失缺陷。 该光纤被称为耐放射线光纤(RadiationResista-ntFiber )，多用于发电站的监视用光纤镜等。 32、封层光纤是为了保持光纤的机械强度和损耗的长时间稳定，在玻璃表面涂装碳化硅(SiC )、碳化钛(TiC )、碳(c )等无机材料，防止水从外部扩散而制造的光纤(hcf:hermeticallycoatedf ) 33、碳涂层光纤、石英光纤表面涂有碳膜的光纤、碳涂层光纤(CCF:CarbonCoatedFiber )。 其机理是利用碳的致密膜层将光纤表面与外界隔离，改善光纤的机械疲劳损失和氢分子的损失增加。 CCF是一种密封光纤(HCF )。 34、碳涂层光纤、碳涂层光纤(CCF )能够有效地阻断光纤和外部氢分子的侵入。 据报道，在室温氢气环境下可以维持20年。 防止水分的侵入可以延迟机械强度的疲劳过程，其疲劳系数可以达到200多倍。 HCF因此被应用于恶劣环境下可靠的系统，例如海底光缆。 35、金属涂层光纤、金属涂层光纤(MetALCoatedFiber )是在光纤的表面涂层了Ni、Cu、al等金属层的光纤。 另外，还有在金属层之外被复的塑料，其目的是使耐热性、通电和焊接成为可能。 这是耐环境性光纤之一，也可用作电子电路的部件。 初期产品是在拉丝过程中涂上溶解的金属制成的。 该法因被玻璃与金属的膨胀系数之差过大，微小弯曲损失增加，实用化率不高。 目前玻璃纤维表面多采用低损耗化学镀法，性能大大改善。36、稀土类添加光纤、在光纤的纤芯中添加稀土类元素的光纤。 1985年英国南安普顿大学的Payne等人首先发现掺杂稀土元素的光纤(RareEarthDoPedFiber )有激光振荡和光放大。 因此，将掺食等光放大的面纱剥下，现在实用化的1.55mEDFA利用掺食的单模光纤，用1.47m或980nm的激光激发，得到了1.55m的光信号放大。37、拉曼光纤和拉曼效应是指当频率f的单色光入射到某一物质时，在散射光中出现频率f以外的ffR、f2fR等频率的散射光的现象称为拉曼效应。 利用这种非线性介质制作的光纤被称为拉曼光纤(RF )。 光关于细纤芯，在长距离传播，输入光变强的话，就会得到相干的感应散射光。 受激拉曼散射光-拉曼光纤激光器。 受激喇曼散射-在光纤长距离通信中作为