光纤种类和作用

光纤的种类和作用1 .光纤的分类光纤是光纤(OF:OpticalFiber )的简称。 但是，在光通信系统中，经常将光纤简化为光纤。 例如，光纤放大器(FiberAmplifier )或光纤骨干(FiberBackbone )等。 Fiber虽然无视纤维的含义，但在光系统中指的是光纤。 因此，在一些光产品的说明中，不宜将fiber直译为“纤维”。 光纤是实际上由透明材料制成的纤芯，以及在其周围复盖由比纤芯的折射率稍低的材料制成的包层，在包层界面处反射入射在纤芯上的光信号，使光信号在纤芯中传播的介质。 光纤的种类很多，根据用途不同，所需的功能和性能也不同。 但是，有线电视和通信用光纤的设计和制造原则基本相同，例如损耗小具有一定的带宽，色散小布线容易统一可靠性高制造比较简单价格便宜等。 光纤的分类主要从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法进行了总结，以各种分类为例。(1)工作波长：紫外光纤、巨大光纤、近红外光纤、红外光纤(0.85pm、1.3pm、1.55pm )。(2)折射率分布：阶梯(SI )型、近阶梯型、渐变(GI )型、其他(例如三角型、w型、凹陷型等) .(3)传输模式：单模光纤(包括偏振保持光纤、非偏振保持光纤)、多模光纤。(4)原材料：石英玻璃、多组分玻璃、塑料、复合材料(塑料包层、液芯等)、红外线材料等。 根据包复材料的不同，可分为无机材料(碳等)、金属材料(铜、镍等)和塑料等。 (5)制造方法：预制有气相轴蒸镀(VAD )、化学气相蒸镀(CVD )等，拉丝法有管法和双坩埚法等。2 .石英光纤石英光纤是以二氧化硅(SiO2)为主要原料，以不同的掺杂量控制纤芯和包层的折射率分布的光纤。 石英(玻璃)系列光纤具有低功耗、宽带特点，目前已广泛应用于有线电视和通信系统。 掺氟光纤(FluorineDopedFiber )是石英光纤的典型产品之一。 通常，在1.3Pm波长域的通信用光纤中，控制芯的掺杂剂由二氧化二绪(GeO2)掺杂，包层由SiO掺杂。 但是，在与氟光纤连接的芯中，使用了很多SiO2，包层中混入了氟。 瑞利散射损耗是折射率波动引起的光散射现象。 因此，形成折射率变动因素的掺杂剂最好少一些。 氟的作用主要是降低SIO2的折射率。 因此，常用于包层的掺杂。 在掺氟光纤中，不包含对纤芯带来折射率影响的掺氟光纤。 因为瑞利散射小，损失也接近理论的最低值。 多用于长距离的光信号传输。 石英光纤(SilicaFiber )与其他原料的光纤相比，具有从紫外线光到近红外线光的光的透射光谱，除了通信用途之外，还可以用于导光和传导图像等领域。3 .红外光纤尽管在短的传输距离使用作为光通信领域开发的石英类光纤的工作波长，但只能使用2pm。 因此，能够在更长的红外波长区域工作，所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。四。 多台光纤复合光纤是在SiO2原料中适当混合了氧化钠(Na2O )、氧化硼(B2O2)、氧化钾(K2O2)等氧化物的多成分玻璃的光纤，其特征在于，多成分玻璃的软化点比石英低，纤芯与包层的折射率差大。 主要用于医疗业务的光纤内窥镜。5 .氟化物光纤氯化物光纤是由氟化物玻璃制成的光纤。 该光纤原料也称为简化了ZBLAN (即氟化铝(ZrF4)、氰化钡(BaF2)、氟化镧(LaF3)、氟化铝(A1F2)、氰化钠(NaF )等氯化物玻璃原料的缩短形状。 主要在210pm波长的光传输业务中工作。 由于ZBLAN有可能是超低损耗光纤，因此推进了有可能用于长距离通信光纤的开发。 例如，理论上的最低损耗在3pm波长下达到10-210-3dB/km，石英光纤在1.55pm下处于0.150.16dB/Km之间。 目前，ZBLAN光纤难以降低散射损耗，只能用于2.42.7pm的感温器和热图像传输，尚不实用。 最近，为了利用ZBLAN进行长距离传输，开发了1.3pm的失配光纤放大器(PDFA )。6 .用塑料包裹光纤塑料包复光纤(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复的阶梯状光纤。 与石英光纤相比，其特征在于，芯材租赁、数值孔径(NA )较高。 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。7 .塑料光纤这是用塑料(聚合物)制作纤芯和包层的光纤。 早期产品主要用于装饰、导光照明和近距离光耦合路光通信。 原料主要为有机玻璃(PMMA )、聚苯乙烯(PS )、聚碳酸酯(PC )。 损耗受塑料固有的C-H键结构的约束，通常达到每km几十dB。 为了降低损失，开发了氟电缆类塑料。 塑料光纤(PlasticOpticalfiber )的芯径为1000pm，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。 最近在汽车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。8 .单模光纤这是在工作波长中仅能够传输一种传输模式的光纤，通常被简称为单模光纤(SMF:SingleModeFiber )。 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10pm )，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。 另外，SMF不仅没有多模色散，传输带宽比多模光纤宽，而且加上SMF的材料色散和结构色散的相加，其合成特性正好形成零色散的特性，扩大了传输带宽。 在SMF中，由于掺杂剂的不同，与制造方式有很多不同。 凹陷型包层光纤的包层形成双层结构，与芯相邻的包层的折射率比外侧的包层的折射率低。 另外，有匹配型包层光纤，包层折射率均匀分布。9 .多模光纤光纤根据工作长度将其可传播的模式设为多模的光纤称为多模光纤。 因为核直径为50pm，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。 历史上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。 然而实际上，许多LAN都是有利的，因为MMF比SMF的核心直径大，并且易于与光源(如LED )耦合。 因此，MMF在短距离通信领域仍受到重视。 将MMF按折射率分布分类，有渐变(GI )型和阶梯(SI )型两种。 GI型折射率以纤芯中心最高，沿包层逐渐降低。 从几何光学上看，在芯中行进的光束呈蛇行状扩展。 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过程中，会产生各自的光路时差，射出光波变形，颜色加剧。 结果，传输带宽变窄，目前SI型MMF的应用较少。10 .分散使用光纤当单模光纤的工作波长为1.3Pm时，模场直径约为9Pm，其传输损耗约为0.3dB/km。 此时，零色散波长正好在1.3pm。 在石英光纤中，从原材料来看，1.55pm级的传输损耗最小(约0.2dB/km )。 当前实用化的掺铒光纤放大器(EDFA )在1.55pm频带中工作，因此即使在该频带中也能够实现零色散，对1.55pm频带的长距离传输有利。 因此，通过巧妙地利用光纤材料中的石英材料的色散和芯结构的色散的合成抵消特性，能够使本来处于1.3Pm级的零色散移位到1.55pm级而构成零色散。 因此，加大被命名为色散移位光纤的结构色散的方法主要是改善芯部的折射率分布性能。 在光通信的长距离传输中，重要的是使光纤色散为零，然而不是唯一的。 其他性能损失小，连接容易，电缆化和工作中的特性变化小(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。11 .分布式扁平光纤色散移位光纤(DSF )是设计了单模光纤的零色散在1.55pm频带的光纤。 另一方面，分散平面光纤(DFF:DispersionFlattenedFiber )将从1.3Pm到1.55pm的宽带分散非常低，几乎达到零分散的光纤称为DFF。 DFF在1.3pm1.55pm范围内分散减少。 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。12 .色散补偿光纤在使用单模光纤的干线系统中，大多由1.3pm频带的色散为零的光纤构成。 然而，当前损耗最小的1.55pm通过EDFA的实用化，如果1.3pm零色散的光纤也能使1.55pm波长工作是非常有利的。 这是因为在1.3Pm零色散光纤中，1.55Pm频带的色散大约为16ps/km/nm。 当与色散代码相反的光纤被插入到光纤线路中时，整个光纤线路的色散可以被设置为零。 为此使用的是光纤，被称为色散补偿光纤。 DCF与标准的1.3pm零色散光纤相比，纤芯直径细，折射率差也大。 DCF也是WDM光线路的重要组成部分。13 .偏振保持光纤由于传输光纤的光波具有电磁波的性质，因此除了基本的光波单模式以外，实质上存在电磁场(TE、TM )分布的两个正交模式。 通常，由于光纤截面的结构是圆对称的，因此这两种偏振模式的传播常数相等，两种偏振光彼此不干涉。 然而在实践中，光纤不是完全圆对称的，例如，当存在弯曲部分时，出现两个偏振模式之间的耦合元件并且在光轴上不规则地分布。 由于这种改变导致的偏振变化的色散称为偏振模式色散(PMD )。 现在，对以分配图像为中心的有线电视机影响不大。 但是，对一些未来的超宽带有特殊要求的业务，如相干通信采用外差检波， 要求光波偏振波更稳定时光学设备等对输入输出特性有偏振相关要求时制作偏振保持光耦合器、偏振片或偏振片等时制作利用光干涉的光纤传感器等要求保持偏振波一定时， 将改良为相对于光纤不改变偏振状态的光纤称为偏振保持光纤(PMF:provalizationmaintaingfibrer )，有时将其称为固定偏振光光纤。14 .双折射光纤双折射光纤是能够在单模光纤中传输彼此正交的两种固有偏振模式的光纤。 这是因为折射率随偏振方向变化的现象被称为双折射。 在引起双折射的方法中。 又称PANDA光纤，是偏振保持和吸收减少光纤。 芯横向有2个，设置热膨胀系数大、截面为圆形的玻璃部分。 在高温光纤被拉丝的过程中，这些部分收缩，其结果，在纤芯的y方向上产生延伸，且在x方向上出现压缩应力力量。 纤维出现光弹性效应，折射率在x方向和y方向不同。 根据这个原理，偏振光保持一定。15 .耐环境光纤通信用光纤的通常工作环境温度在-40 60之间，是以不照射大量放射线为前提而设计的。 相反，在更低或更高温度下、在受到高压或外力的影响、暴露于辐射中的极端环境下操作的光纤被称为耐环境光纤。 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。 也有在石英玻璃的表面涂敷镍(Ni )和铝(A1 )等金属的。 该光纤被称为耐热光纤(HeatResistantFib-er )。 另外，如果对光纤照射放射线，则会增加光损失。 这是因为石英玻璃受到放射线照射时，在玻璃中产生结构缺陷(色心：也称为ColourCenter )，特别是在0.40.7pm的波长下损耗增大。 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。16 .密封涂层光纤为了长时间稳定光纤的机械强度和损失，在玻璃表面涂装碳化硅(SiC )、碳化钛(TiC )、碳(c )等无机材料，为了防止水和氢从外部扩散而制造的光纤(HCF:HermeticallyCoatedFiber )。 目前，在化学气相沉积(CVD )法的生产过程中，通过高速堆积碳层实现充分的密封效果是共同的。 该碳包复光纤(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。 当然，在防止水分侵入、延缓机械强度的疲劳过程中，疲劳系数可达到200以上。 HCF因此被应用于恶劣环境下可靠的系统，例如海底光缆。17 .碳涂层光纤在石英光纤表面涂复碳膜的光纤称为碳涂复光纤(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 )。18 .金属涂层光纤金属涂复光纤是在光纤的表面涂复了Ni、Cu、A1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抹溶解的金属制成的。 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。 最近，玻璃纤维表面成