弱电工程光纤传输知识大全

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前言:

在弱电行业,光纤的应用涉及到各个领域,光纤传输知识是我们必须熟知的内容,今天的文章包含了我们经常用的光纤知识。对于一些新手很有帮助!

正文:

光纤通信的优点

●通信容量大

●中继距离长

●不受电磁干扰

●资源丰富

●光纤重量轻、体积小

光通信发展简史

2000多年前,烽火台——灯光、旗语

1880年,光电话——无线光通信

1970年,光纤通信

●1966年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通信的想法。

●1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连续工作的半导体激光器。

●1970年康宁公司的卡普隆(Kapron) 之作出损耗为20dB/km光纤。

●1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。

电磁波谱

通信波段划分及相应传输媒介

光的折射/反射和全反射

因光在不同物质中的传播速度是不同的,所以光从一种物质射向另一种物质时,在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且,折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时,折射光会消失,入射光全部被反射回来,这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率),相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。

反射率分布:表征光学材料的一个重要参数是折射率,用N表示,真空中的光速C与材料中光速V之比就是材料的折射率。

N=C/V

光纤通信用的石英玻璃的折射率约为1.5

光通信的发展过程

光的基本知识

光纤结构

光纤裸纤一般分为三层:

第一层:中心高折射率玻璃芯(芯径一般为9-10μm,(单模)50或62.5(多模)。

第二层:中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)。

第三层:最外是加强用的树脂涂层。

1)纤芯 core:折射率较高,用来传送光;

2)包层 coating:折射率较低,与纤芯一起形成全反射条件;

3)保护套 jacket:强度大,能承受较大冲击,保护光纤。

3mm光缆 :橘色, MM,多模;黄色,SM,单模

光纤的尺寸

外径一般为125um(一根头发平均100um)

内径:单模9um;多模50/62.5um

数值孔径

入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输,只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同

光纤的种类

按光在光纤中的传输模式可分为:

多模(Multi-Mode) (简称:MM) ;单模(Single-Mode)(简称:SM)

多模光纤:中心玻璃芯较粗(50或62.5μm),可传多种模式的光。但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重。例如:600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里。

单模光纤:中心玻璃芯较细(芯径一般为9或10μm),只能传一种模式的光。实际上是阶跃型光纤的种,只是纤芯径很小,理论上只允许单一传播途径的直进光入射至光纤内,并在纤芯内作直线传播。光纤脉冲几乎没有展宽。因此,其模间色散很小,适用于远程通讯,但其色度色散起主要作用,这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求,即谱宽要窄,稳定性要好。

光纤的分类

按材料分类:

玻璃光纤:纤芯与包层都是玻璃,损耗小,传输距离长,成本高;

胶套硅光纤:纤芯是玻璃,包层为塑料,特性同玻璃光纤差不多,成本较低;

塑料光纤:纤芯与包层都是塑料,损耗大,传输距离很短,价格很低。多用于家电、音响,以及短距的图像传输。

按最佳传输频率窗口:常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。

常规型:光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上,如1300nm。

色散位移型:光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上,如:1300nm和1550nm。

突变型:光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低,模间色散高。适用于短途低速通讯,如:工控。但单模光纤由于模间色散很小,所以单模光纤都采用突变型。

渐变型光纤:光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小,可使高模光按正弦形式传播,这能减少模间色散,提高光纤带宽,增加传输距离,但成本较高,现在的多模光纤多为渐变型光纤。

常用光纤规格

光纤尺寸:

1)单模纤芯直径:9/125μm,10/125μm   

2)包层外径(2D)=125μm

3)一次涂敷外径=250μm

4)尾纤:300μm

5)多模:50/125μm,欧洲标准;62.5/125μm,美国标准

6)工业,医疗和低速网络:100/140μm, 200/230μm          

7)塑料:98/1000μm,用于汽车控制

光纤衰减

造成光纤衰减的主要因素有:本征,弯曲,挤压,杂质,不均匀和对接等。

本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。

弯曲:光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉,造成的损耗。

挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。

杂质:光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光,造成的损失。

不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。

对接:光纤对接时产生的损耗,如:不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm),端面与轴心不垂直,端面不平,对接心径不匹配和熔接质量差等。

光缆的种类

1)按敷设方式分有:自承重架空光缆,管道光缆,铠装地埋光缆和海底光缆。

2)按光缆结构分有:束管式光缆,层绞式光缆,紧抱式光缆,带式光缆,非金属光缆和可分支光缆。

3)按用途分有:长途通讯用光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。

光缆的接续与成端

光缆的接续与成端是光缆线路维护人员必须掌握的基本技能。

光缆的接续技术分类:

1)光纤的接续技术和光缆的接续技术两部分。

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