光纖基本知識(shí)及應(yīng)用

光纖基本知識(shí)及應(yīng)用1.光纖理論與光纖結(jié)構(gòu)光及其特性：光的折射，反射和全反射因光在不同物質(zhì)中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì)時(shí)，在兩種物質(zhì)的交界面處會(huì)產(chǎn)生折射和反射。而且，折射光的角度會(huì)隨入射光的角度變化而變化。當(dāng)入射光的角度達(dá)到或超過某一角度時(shí)，折射光會(huì)消失，入射光全部被反射回來，這就是光的全反射。不同的物質(zhì)對相同波長光的折射角度是不同的（即不同的物質(zhì)有不同的光折射率），相同的物質(zhì)對不同波長光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基于以上原理而形成的。2.光纖結(jié)構(gòu)及種類光纖結(jié)構(gòu)：光纖裸纖一般分為三層：中心高折射率玻璃芯（芯徑一般為50或），中間為低折射率硅玻璃包層（直徑一般為125μm），最外是加強(qiáng)用的樹脂涂層。

光纖的種類：

A.按光在光纖中的傳輸模式可分為：單摸光纖和多模光纖。多模光纖：中心玻璃芯較粗（50或），可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號(hào)的頻率，而且隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時(shí)則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。單模光纖：中心玻璃芯較細(xì)（芯徑一般為9或10μm），只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。B.按折射率分布情況分：突變型和漸變型光纖。突變型：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的。其成本低，模間色散高。適用于短途低速通訊，如：工控。但單模光纖由于模間色散很小，所以單模光纖都采用突變型。漸變型光纖：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高模光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現(xiàn)在的多模光纖多為漸變型光纖。3.常用光纖規(guī)格單模：8/125μm，9/125μm，10/125μm多模：50/125μm，歐洲標(biāo)準(zhǔn)，美國標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)療等低速網(wǎng)絡(luò)：100/140μm，200/230μm

塑料：98/1000μm，用于汽車控制

4.光纖制造與衰減A.光纖制造：現(xiàn)在光纖制造方法主要有：管內(nèi)CVD（化學(xué)汽相沉積）法，棒內(nèi)CVD法，PCVD（等離子體化學(xué)汽相沉積）法和VAD（軸向汽相沉積）法。B.光纖的衰減：

造成光纖衰減的主要因素有：本征，彎曲，擠壓，雜質(zhì)，不均勻和對接等。

本征：是光纖的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。彎曲：光纖彎曲時(shí)部分光纖內(nèi)的光會(huì)因散射而損失掉，造成的損耗。擠壓：光纖受到擠壓時(shí)產(chǎn)生微小的彎曲而造成的損耗。雜質(zhì)：光纖內(nèi)雜質(zhì)吸收和散射在光纖中傳播的光，造成的損失。不均勻：光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。對接：光纖對接時(shí)產(chǎn)生的損耗，如：不同軸（單模光纖同軸度要求小于），端面與軸心不垂直，端面不平，對接心徑不匹配和熔接質(zhì)量差等。5.光纖通信的優(yōu)點(diǎn)通信容量大中繼距離長保密性能好資源豐富光纖重量輕、體積小通信容量大

從理論上講，一根僅有頭發(fā)絲粗細(xì)的光纖可以同時(shí)傳輸1000

億個(gè)話路。雖然目前遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到如此高的傳輸容量，但用一根光纖同時(shí)傳輸24

萬個(gè)話路的試驗(yàn)已經(jīng)取得成功，它比傳統(tǒng)的明線、同軸電纜、微波等要高出幾十乃至上千倍以上。一根光纖的傳輸容量如此巨大，而一根光纜中可以包括幾十根甚至上千根光纖，如果再加上波分復(fù)用技術(shù)把一根光纖當(dāng)作幾根、幾十根光纖使用，其通信容量之大就更加驚人了。中繼距離長由于光纖具有極低的衰耗系數(shù)（目前商用化石英光纖已達(dá)0.19dB/km

以下），若配以適當(dāng)?shù)墓獍l(fā)送與光接收設(shè)備，可使其中繼距離達(dá)數(shù)百公里以上。這是傳統(tǒng)的電纜（）、微波（50km）等根本無法與之相比擬的。因此光纖通信特別適用于長途一、二級干線通信。用一根光纖同時(shí)傳輸24

萬個(gè)話路、100

公里無中繼的試驗(yàn)已經(jīng)取得成功。此外，已在進(jìn)行的光孤子通信試驗(yàn)，已達(dá)到傳輸120

萬個(gè)話路、6000

公里無中繼的水平。因此，在不久的將來實(shí)現(xiàn)全球無中繼的光纖通信是完全可能的。

保密性能好

光波在光纖中傳輸時(shí)只在其芯區(qū)進(jìn)行，基本上沒有光“泄露”出去，因此其保密性能極好。

資源豐富

制造石英光纖的最基本原材料是二氧化硅即石英，而石英在大自然界中幾乎是取之不盡、用之不竭的。因此其潛在價(jià)格是十分低廉的。

光纖重量輕、體積小光纜的敷設(shè)方式方便靈活，既可以直埋、管道敷設(shè)，又可以水底和架空。6.光纖的應(yīng)用人類社會(huì)現(xiàn)在已發(fā)展到了信息社會(huì)，聲音、圖象和數(shù)據(jù)等信息的交流量非常大。以前的通訊手段已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的要求，而光纖通訊以其信息容量大、保密性好、重量輕體積小、無中繼段距離長等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。其應(yīng)用領(lǐng)域遍及通訊、交通、工業(yè)、醫(yī)療、教育、航空航天和計(jì)算機(jī)等行業(yè)，并正在向更廣更深的層次發(fā)展。7.連接和檢測

A、光纜的連接：方法主要有永久性連接、應(yīng)急連接、活動(dòng)連接。a.永久性光纖連接（又叫熱熔）：這種連接是用放電的方法將連根光纖的連接點(diǎn)熔化并連接在一起。一般用在長途接續(xù)、永久或半永久固定連接。其主要特點(diǎn)是連接衰減在所有的連接方法中最低，典型值為點(diǎn)。但連接時(shí)，需要專用設(shè)備（熔接機(jī)）和專業(yè)人員進(jìn)行操作，而且連接點(diǎn)也需要專用容器保護(hù)起來。b.應(yīng)急連接（又叫）冷熔：應(yīng)急連接主要是用機(jī)械和化學(xué)的方法，將兩根光纖固定并粘接在一起。這種方法的主要特點(diǎn)是連接迅速可靠，連接典型衰減為點(diǎn)。但連接點(diǎn)長期使用會(huì)不穩(wěn)定，衰減也會(huì)大幅度增加，所以只能短時(shí)間內(nèi)應(yīng)急用。c.活動(dòng)連接：活動(dòng)連接是利用各種光纖連接器件（插頭和插座），將站點(diǎn)與站點(diǎn)或站點(diǎn)與光纜連接起來的一種方法。這種方法靈活、簡單、方便、可靠，多用在建筑物內(nèi)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線中。其典型衰減為1dB/接頭。B、光纖檢測：光纖檢測的主要目的是保證系統(tǒng)連接的質(zhì)量，減少故障因素以及故障時(shí)找出光纖的故障點(diǎn)。檢測方法很多，主要分為人工簡易測量和精密儀器測量。a.人工簡易測量：這種方法一般用于快速檢測光纖的通斷和施工時(shí)用來分辨所做的光纖。它是用一個(gè)簡易光源從光纖的一端打入可見光，從另一端觀察哪一根發(fā)光來實(shí)現(xiàn)。這種方法雖然簡便，但它不能定量測量光纖的衰減和光纖的斷點(diǎn)。b.精密儀器測量：使用光功率計(jì)或光時(shí)域反射儀（OTDR）對光纖進(jìn)行定量測量，可測出光纖的衰減和接頭的衰減，還可測出光纖的斷點(diǎn)位置。這種測量可用來定量分析光纖網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的原因和對光纖網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品進(jìn)行評價(jià)。8、光纖跳線頭的分類光纖接口

光纖接口是用來連接光纖線纜的物理接口。通常有SC、ST、LC、FC等幾種類型。對于10Base-F連接來說，連接器通常是ST類型，另一端FC連的是光纖步線架。FC是FerruleConnector的縮寫，其外部加強(qiáng)方式是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣。ST接口通常用于10Base-F，SC接口通常用于100Base-FX和GBIC，LC通常用于SFP。LC-FC

FC

LC

LC-LC

LCLCSC-FC

SC

FC

SC-LC

SC-LC

LC

SCSC-SC

SC

SCSC-ST

ST

SC

ST-STSTSTST-LC

LC

ST

ST-SC

二、光纜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、種類及型號(hào)的命名方法一、光纜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)光纜的結(jié)構(gòu)與電纜大致相同，但由于光纖材料的性質(zhì)和傳光特性，所以其結(jié)構(gòu)與電纜又有不同之處。其特點(diǎn)如下：

1、光纜中有加強(qiáng)件（抗張力元件）。因光纖橫截面積小，抗拉強(qiáng)度不高，抗張比較小，只能承受400～600g的拉力。為了便于施工，光纜中加有能承受較大張力的加強(qiáng)芯或抗張件。此抗張件一般用鋼絞線或尼龍材料制成，可置于纜的中心或纜的外護(hù)層中。2、光纜有防止因溫度變化而引起光纜傳輸特性變化的措施。因光纖是玻璃材料，其熱脹冷縮系數(shù)要比光纜中其它材料要小，光纖的膨脹系數(shù)基本上接近于零（為5×10-7/OC）。當(dāng)環(huán)境溫度下降時(shí)，光纜其它材料縮短，而光纖基本上不縮短故將出現(xiàn)彎曲，則光纖的彎曲值將增大。這種情況下攝氏零度以下很明顯。另外，光纖在某點(diǎn)受橫向壓力時(shí)，也可能出現(xiàn)微彎曲而增大衰減值。

3、光纜有防潮措施。這對具有長波長窗口的光纖非常重要，因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)部受潮后，在波長處的衰減值將增大。防潮的方法有防水軟膏、防水帶（粉）和充氣維護(hù)法。采用防水軟膏時(shí)，防水效果較好，但連接時(shí)防水軟膏的清除比較困難。采用防水帶（粉）時(shí)，利用了防水帶（粉）遇水膨脹的原理，防水效果較好，也不存在連接時(shí)防水材料清除困難的問題。采用充氣維護(hù)法時(shí)，因光纜結(jié)構(gòu)緊密氣阻較大，故此種光纜內(nèi)應(yīng)有充氣導(dǎo)管，目前已很少采用。二、光纜結(jié)構(gòu)舉例：由纜芯、加強(qiáng)元件和外護(hù)套組成層絞式：骨架式：束管式：帶狀式：

層絞式光纜類似于傳統(tǒng)的電纜結(jié)構(gòu)方式，故又稱之為古典式光纜。這種結(jié)構(gòu)的光纜可采用電纜制造中已經(jīng)成熟的加工方法和機(jī)械設(shè)備，在光纖通信發(fā)展的前期較普遍采用。它屬于中心加強(qiáng)構(gòu)件配置方式。中心加強(qiáng)構(gòu)件采用塑料被覆的多股結(jié)合或?qū)嵭匿摻z和纖維增強(qiáng)塑料兩種加強(qiáng)構(gòu)件。纖維增強(qiáng)塑料其強(qiáng)度能滿足光纜的要求，用于無金屬光纜。層絞式結(jié)構(gòu)光纜是由緊套或松套光纖在中心加強(qiáng)構(gòu)件周圍，用色帶方式固定，然后根據(jù)管道、架空、直埋等不同要求選擇外護(hù)套，直埋光纜還要增加皺絞鋼帶或鋼絲鎧裝層。1、層絞式結(jié)構(gòu)光纜骨架式光纜是把光纖放置在塑料骨架的槽中。骨架的材料一般是低密度聚乙烯，加強(qiáng)芯為多股細(xì)鋼絲或增強(qiáng)型塑料?，F(xiàn)階段骨架式光纜應(yīng)用很普遍，這主要是由其自身的特點(diǎn)決定的：（1）骨架結(jié)構(gòu)對光纖有良好的保護(hù)性能，抗側(cè)壓強(qiáng)度好，對施工尤其是管道布放有利。（2）它可以用一次涂覆光纖直接放置于骨架槽內(nèi)，省去二次涂覆過程。但實(shí)際光纜用松套光纖有利于光纜連接。（3）每個(gè)槽中可放1～4根一次涂覆光纖。這樣根據(jù)光纖基本骨架可以組成不同光纖數(shù)量和性能的光纜，制造方便。2、骨架式結(jié)構(gòu)光纜從對光纖的保護(hù)方面來講，束管式結(jié)構(gòu)光纜是最合理的。光纖放在中間束管內(nèi)。束管式光纜具有強(qiáng)度好，尤其耐側(cè)壓，能防止惡劣環(huán)境和可能出現(xiàn)的野蠻作業(yè)的影響。由于束管式結(jié)構(gòu)的光纖與加強(qiáng)芯分開，因而提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠性；同時(shí)束管式結(jié)構(gòu)，由于直接將一次涂覆光纖放置于束管中，所以光纜的光纖數(shù)量靈活。3、束管式結(jié)構(gòu)光纜帶狀式結(jié)構(gòu)光纜是先經(jīng)過一次涂覆的光纖放入塑料帶內(nèi)做成光纖帶，然后將幾層光纖帶放在一起構(gòu)成光纜芯，它的優(yōu)點(diǎn)是可容納大量的光纖，一般在100芯以上，作為用戶光纜可滿足需要；同時(shí)帶狀光纜每個(gè)單元的接續(xù)可以一次完成，以適應(yīng)大量光纖接續(xù)、安裝的需要。4、帶狀式結(jié)構(gòu)光纜三、光纜的種類1、根據(jù)傳輸性能、距離和用途，光纜可分為市話光纜、長途光纜、海底光纜和用戶光纜。2、按光纖種類，光纜可以分為多模光纜、單模光纜；按光纖套塑方法，光纜可分緊套光纜、松套光纜、束管式新型光纜和帶狀多芯單元光纜。2、按光纖芯數(shù)多少，光纜可以分為單芯光纜、雙芯光纜、多芯光纜。4、按加強(qiáng)物件配置方法，光纜可以分為中心加強(qiáng)物件光纜（如層絞光纜、骨架光纜等）、分散加強(qiáng)物件光纜（如束管式結(jié)構(gòu)）、護(hù)層加強(qiáng)物件光纜。5、按敷設(shè)方式，光纜可分為管道光纜、直埋光纜、架空光纜和水底光纜。6、按護(hù)層材料性質(zhì)，光纜可分為普通光纜、阻燃光纜和防蟻防鼠光纜。7、按結(jié)構(gòu)方式，光纜可分為扁平結(jié)構(gòu)光纜、層絞結(jié)構(gòu)光纜、鎧裝結(jié)構(gòu)光纜和高密度用戶光纜等。

8、目前通信用光纜可分為：（1）野外光纜：用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空及水下敷設(shè)光纜。（2）軟光纜：具有優(yōu)良的曲撓性能的可移動(dòng)光纜。（3）局內(nèi)光纜：用于室內(nèi)布放的光纜。（4）設(shè)備內(nèi)光纜：用于設(shè)備內(nèi)布放的光纜。（5）海底光纜：用于跨越海洋敷設(shè)的光纜。（6）特種光纜：除以上幾類外，用作特殊用途的光纜。四、光纜型號(hào)的命名方法一）、光纜型號(hào)的構(gòu)成光纜型號(hào)是由光纜的型式代號(hào)和光纖的規(guī)格代號(hào)兩部分構(gòu)成的，兩者用一短橫劃線分開。二）光纜的型式光纜型式由五個(gè)部分構(gòu)成，如下所示，各部分均用代號(hào)表示。ⅠⅡⅣⅢⅤ外護(hù)層護(hù)套派生（形狀、特性等）加強(qiáng)構(gòu)件分類1、分類的代號(hào)分類的代號(hào)有GY、GJ、GH、GR、GS、GT，它們分別表示：GY：通信用室（野）外光纜；GR：通信用軟光纜；GJ：通信用室（局）內(nèi)光纜；GS：通信用設(shè)備內(nèi)