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光纤和光缆
一、光纤的结构
光纤是光导纤维的简称,目前通信用光纤是用石英玻璃(SiO2)制成的横截面很小的双层同心圆柱体。它由纤芯和包层组成,折射率高的中心部分叫纤芯,折射率低的外围部分称为包层。
纤芯材料的折射率极高,外包层折射率较低,只要光的入射角足够小,光信号就能沿着芯层,并且在芯层与包层之间产生全反射,使光信号约束在光纤芯部传输而不泄漏
由于石英玻璃质地脆、易断折,为保护光纤表面,提高抗拉强度及便于实用,须在裸光纤外面进行二次涂覆而构成光纤芯线。光纤芯线是由纤芯、包层、涂覆层及套塑组成,包层的外面涂覆一层很薄的涂覆层,涂覆材料使用硅酮树脂或聚氨基甲酸乙脂,外面套塑即二次涂覆,一般使用尼龙、聚乙烯、聚丙烯等塑料。
二、光纤的种类
光纤可以根据构成光纤的材料成分、光纤的制造方法、光纤的传输总模数、光纤的横截面上的折射率分布和工作波长进行分类。
,通常采用的是阶跃型光纤和渐变型光纤。阶跃型光纤在纤芯和包层的交界面处折射率呈阶梯状变化,也称为突变型光纤。渐变型光纤是纤芯折射率随半径的增加按一定规律减小,到纤芯与包层交界处为包层的折射率,即纤芯中折射率的变化近似抛物线型。由于石英玻璃质地脆、易断折,为保护光纤表面,提高抗拉强度及便于实用,须在裸光纤外面进行二次涂覆而构成光纤芯线。光纤芯线是由纤芯、包层、涂覆层及套塑组成,包层的外面涂覆一层很薄的涂覆层,涂覆材料使用硅酮树脂或聚氨基甲酸乙脂,外面套塑即二次涂覆,一般使用尼龙、聚乙烯、聚丙烯等塑料。
光纤的种类
,可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的纤芯直径很小,约4-10um,只传输主模,从而完全避免了模式色散,使得光纤传输频带宽,传输容量很大,适用于大容量、长距离的光纤通信。多模光纤是在一定的工作波长下,可以由多个模式在光纤中传播,其剖面折射率的分布,有均匀的和非均匀的,分别称为多模阶跃型光纤和多模渐变型光纤。多模阶跃型光纤的纤芯直径为50-75um,其传输性能较差,带宽窄,传输容量小。多模渐变型光纤直径也为50-75um,频带较宽,容量较大。所以多模光纤一般指的是多模渐变型光纤。
a多模阶跃型 b多模渐变型 c单模光纤

损耗特性和色散特性是光纤的两个主要特征。
随着光在光纤中传输距离的增加,光功率不断下降,造成光的损耗,限制了光的无中继传输距离,光纤有三个低损耗窗口:、、。
形成光纤损耗的原因很多,有光纤本身的损耗,也有光纤于光源的耦合损耗及光纤之间的连接损耗,一般包括两类:吸收损耗和散射损耗。
光纤的损耗特性
吸收损耗是光波通过光纤材料时,有一部分光能转化为热能,造成光功率的损失,与光纤材料有关,主要有本征吸收和杂质吸收。本征吸收是光纤基础材料的固有吸收,与波长有关,对于石英系光纤,本征吸收有红外吸收带和紫外吸收带两个吸收带。杂质吸收是由光纤材料不纯造成的附加吸收损耗。影响最严重的是:金属过渡离子和水的氢氧根离子吸收电磁能造成的损耗。
散射损耗是由于光纤材料、形状、折射率分布的缺陷或不均匀,使光纤中传导的光发生散射,产生的损耗称为散射损耗,瑞利散射和结构缺陷散射对光纤通信的影响较大。瑞利散射属于光纤的本征散射损耗,是由于光纤材料的折射率随机性变化引起的,材料的折射率变化是由于密度不均匀或内部张力不均匀而产生的,瑞利散射损耗与光波长的四次方成反比,随波长的增加急剧减少,,对损耗的影响最大。结构缺陷损耗是在光纤制造过程中由于结构缺陷,光波传输时产生的损耗,它与光波长无关。
光纤的损耗特性
-,, db/KM,, db/KM,接近SiO2光纤的理论极限值。
光纤的色散特性
光纤的另一个重要特征是其色散特性,由于光纤中光信号的不同频率成分或不同模式,传输时,由于速度不同使传播时间不同,造成光信号中不同频率成分或不同模式到达光纤终端有先有后,产生波形畸变。色散的存在,使得输入脉冲在传输过程中展宽,产生码间干扰,增加误码率,限制了通信容量和距离。
光纤的色散包括模式色散、材料色散、波导色散,单模光纤中只有基模传输,不存在模式色散,只有材料色散和波导色散。
光纤的色散特性
局域网之所以选用多模光纤,是因为局域网传输距离较短,虽然多模光纤比单模光纤价格贵,但是它所配套的光器件可选用发光二极管,价格则比激光管便宜很多,而且多模光纤有较大的芯径与数值孔径,容易连接与耦合,相应的连接器、耦合器等元器件价格也低得多。
在实际通信线路中,将光纤制成不同结构形式的光缆,使其具有一定的机械强度,以承受敷设时所施加的张力,并能在各种环境中使