第二章光纤的结构和种类

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 光纤光缆,第一节 光纤的结构和种类,第二节 光纤的导光原理,第三节 光纤的主要特性,第四节 现代新型光纤,第一节 光纤的结构和种类,一、光纤的结构：纤芯、包层、涂覆层,二、光纤的种类：按折射率分布、传输模式、工作波长和光纤材料几种分类标准来分。,纤芯材料：,SiO,2,(,主材料,)+GeO,2,或,P,2,O,5,(,掺杂剂,),包层材料：,SiO,2,(,主材料,)+B,2,O,3,或,F(,掺杂剂,),单模光纤和多模光纤的包层直径都是,125,m,。,光纤非常细，比头发稍粗,单模光纤的纤芯直径为,10,m,。,只有纤芯和包层构成的光纤，我们称为是裸光纤。,光纤是用石英玻璃制成的截面很小的双层或多层同心圆柱体。光纤由纤芯和包层两部分构成。,纤芯的作用是传导光波。包层的作用是将光波封闭在光纤中传播。,多模光纤的纤芯直径为,50,m,。,一、光纤的结构,包层,125,m,纤芯,10m,50m,一次涂覆层外是管状套塑，称为二次涂覆层。其原料大都是尼龙。,涂覆层仅起保护作用，不参与导光。在成缆时，为便于区分，可以染成各种颜色。,对于紧套光纤，在光纤与套管之间有一缓冲层，光纤不能在套管中移动。,优点：结构相对简单，测量使用方便。,缺点：抗侧压能力较差，温度特性差。,对于松套光纤，在一次涂覆层与二次涂覆层之间充满油膏，光纤能在套管中活动。,包层外面涂有一层很薄的化学材料，称为一次涂覆层。 该化学材料通常是硅酮树脂或聚氨基甲酸乙酯。,优点：机械性能好，温度特性好，防水性能好。,缺点：测量不方便。,根据二次涂覆层与光纤相对位置的不同，二次涂覆层有紧套管和松套管之分。光纤也相应地分为紧套光纤和松套光纤。,一次涂覆层,紧套管,二次涂覆层,松套管,聚酸酯带,光纤涂覆层,裸纤,粘合剂,1,、带状光纤芯线,两种多心型芯线结构,一个光纤带由几十至数百根光纤组成，并且一个光纤带的接续可以一次完成，以适应大量光纤接续、安装的需要。特别适合用作用户光缆。,芯线,2,、松套光纤束,:,220,根光纤,松套管,光纤,一次涂覆层,油膏,多心型光纤更利于光缆纤芯的高密化。,纤芯折射率,二、光纤的种类,1,、按光纤截面上折射率分布的不同分：,阶跃光纤,(SIF),和渐变光纤,(GIF),。,包层折射率,包层折射率,纤芯折射率,阶跃光纤,渐变光纤,r,r,n,n,折射率表达式,1,、阶跃光纤,n,（,r,）,n,1,n,2,ra,r,a,2,、渐变光纤,a,为纤芯半径,ra,r,a,a,为纤芯半径 ；,g,为纤芯折射率分布指数；为相对折射率差。,D,-,=,2,1,1,),/,(,2,1,),(,n,a,r,n,r,n,g,1/2,是表征纤芯折射率与包层折射率差的大小的一个物理量，这个物理量直接影响着光纤的性能。当,n,1,与,n,2,差别极小,(n,1,趋近于,n,2,),，这种光纤称弱导波光纤。目前应用的通信光纤常为弱导波光纤,。,弱导波光纤,相对折射率差可近似为,(,),2,1,2,2,2,1,2,/,n,n,n,-,=,D,(,),1,2,1,/,n,n,n,-,D,r,a,n,2,n,1,n,g=1,2,不同,g,值的折射率分布,g,时为阶跃光纤,g,2,时为平方律折射率,分布光纤,g=1,时为三角形折射率分布,D,-,1,1,),/,(,2,1,a,r,n,g,n(r)=,1/2,2,、按照光纤中传输的总模数分：,单模光纤和多模光纤。,(1),单模光纤,(Single Mode Fiber),。,光纤中只传输一种模式时，这种光纤被称为单模光纤。单模光纤芯径极细，约为,4,10m,，其折射率分布一般采取阶跃分布。,单模光纤由于只传输基模,(,最低阶模,),，不存在模式色散，传光特性较好，它适用于大容量、长距离的光纤通信。但由于截面尺寸小，在制造、连接、耦合上都比较困难。,(2),多模光纤,(Multi-mode Fiber),。,光纤中在一定的工作波长上，当有多个模式在传输时，则这种光纤称为多模光纤。多模光纤截面折射率的分布有均匀和非均匀的。前者称为阶跃型多模光纤；后者称为渐变型多模光纤，目前多采用渐变型多模光纤。,多模光纤的纤芯直径为,50m,，包层直径为,125m,。由于多模光纤存在着模式色散，使得其带宽较窄，传输特性较差，传输容量也较小，但由于截面尺寸大，在制造、连接、耦合上都比单模光纤容易得多。,3,、按光纤的工作波长分：,短波长光纤：,=0.70.9m,用于短距离、小容量光纤通信系统,它属于多模光纤。,长波长光纤： ,=1.11.6m,用于中、长距离，大容量光纤通信系统，单模和多模都有。,超长波长光纤： ,2m,。它属于单模光纤，是光纤的发展方向。,4,、按光纤的材料分类,根据光纤的组成材料不同，可分为四种。,(1),石英玻璃光纤。（最常用）,(2),多组分玻璃光纤,(,氧化物光纤,),。,(3),石英芯、塑料包层光纤。,(4),塑料光纤。,5,、按照,ITU,T,建议分类,G.651,光纤,(,又称为渐变型多模光纤,), G.652,光纤,(,又称为普通单模光纤或,1.31m,性能最佳单模光纤,),G.653,光纤,(,又称为色散位移光纤,DSF),G.654,光纤,(1.55m,性能最佳单模光纤，,在,1.31m,呈现多模工作状态,),G.655,光纤,(,主要用于防止光纤的非线性效应，包括非零色散位移光纤,NZDSF,、大有效面积光纤,LEAF),6,、按套塑管与光纤的位置分类,（,1,）紧套光纤,（,2,）松套光纤,现在实用的石英光纤通常分为三种：阶跃多模光纤,(SIF),、渐变多模光纤,(GIF),、单模光纤,(SMF),n,1,n,2,(a),单模阶跃型光纤,n,2,n,1,(b),阶跃多模光纤,(c),渐变多模光纤,n,1,n,2,三种光纤的主要区别,光纤,类型,折射率分布,芯径,（,m,）,%,带宽,(MHzkm),传输,模式,SIF,50,75,1,3,几百,多模,GIF,50,75,1,3,1000,多模,SMF,4,10,0.1,0.5,110,4,110,5,单模,D,=,2,1,),(,n,n,r,n,),(,),(,d,r,a,a,r,(,),D,-,D,-,=,2,1,2,2,1,1,2,1,2,1,),(,n,a,r,n,r,n,g,),(,),(,d,r,a,a,r,=,2,1,),(,n,n,r,n,),(,),(,d,r,a,a,r,作 业,1,、光纤有几个部分组成？各部分作用如何？,2,、光纤有几种分类方法？写出在各种分类方法下分得的种类。,3,、相对折射率差,的物理意义是什么？它的定义式是什么？,4,、已知阶跃光纤的纤芯和包层折射率分别是,n1 =1.5, n2=1.45,求光纤的相对折射率差。,