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弱電工程光纖傳輸知識大全

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前言:

在弱電行業,光纖的應用涉及到各個領域,光纖傳輸知識是我們必須熟知的內容,今天的文章包含了我們經常用的光纖知識。對于一些新手很有幫助!

正文:

光纖通信的優點

●通信容量大

●中繼距離長

●不受電磁干擾

●資源豐富

●光纖重量輕、體積小

光通信發展簡史

2000多年前,烽火臺——燈光、旗語

1880年,光電話——無線光通信

1970年,光纖通信

●1966年“光纖之父”高錕博士首次提出光纖通信的想法。

●1970年貝爾研究所林嚴雄在室溫下可連續工作的半導體激光器。

●1970年康寧公司的卡普隆(Kapron) 之作出損耗為20dB/km光纖。

●1977年芝加哥第一條45Mb/s的商用線路。

電磁波譜

通信波段劃分及相應傳輸媒介

光的折射/反射和全反射

因光在不同物質中的傳播速度是不同的,所以光從一種物質射向另一種物質時,在兩種物質的交界面處會產生折射和反射。而且,折射光的角度會隨入射光的角度變化而變化。當入射光的角度達到或超過某一角度時,折射光會消失,入射光全部被反射回來,這就是光的全反射。不同的物質對相同波長光的折射角度是不同的(即不同的物質有不同的光折射率),相同的物質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。

反射率分布:表征光學材料的一個重要參數是折射率,用N表示,真空中的光速C與材料中光速V之比就是材料的折射率。

N=C/V

光纖通信用的石英玻璃的折射率約為1.5

光通信的發展過程

光的基本知識

光纖結構

光纖裸纖一般分為三層:

第一層:中心高折射率玻璃芯(芯徑一般為9-10μm,(單模)50或62.5(多模)。

第二層:中間為低折射率硅玻璃包層(直徑一般為125μm)。

第三層:最外是加強用的樹脂涂層。

1)纖芯 core:折射率較高,用來傳送光;

2)包層 coating:折射率較低,與纖芯一起形成全反射條件;

3)保護套 jacket:強度大,能承受較大沖擊,保護光纖。

3mm光纜 :橘色, MM,多模;黃色,SM,單模

光纖的尺寸

外徑一般為125um(一根頭發平均100um)

內徑:單模9um;多模50/62.5um

數值孔徑

入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸,只是在某個角度范圍內的入射光才可以。這個角度就稱為光纖的數值孔徑。光纖的數值孔徑大些對于光纖的對接是有利的。不同廠家生產的光纖的數值孔徑不同

光纖的種類

按光在光纖中的傳輸模式可分為:

多模(Multi-Mode) (簡稱:MM) ;單模(Single-Mode)(簡稱:SM)

多模光纖:中心玻璃芯較粗(50或62.5μm),可傳多種模式的光。但其模間色散較大,這就限制了傳輸數字信號的頻率,而且隨距離的增加會更加嚴重。例如:600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此,多模光纖傳輸的距離就比較近,一般只有幾公里。

單模光纖:中心玻璃芯較細(芯徑一般為9或10μm),只能傳一種模式的光。實際上是階躍型光纖的種,只是纖芯徑很小,理論上只允許單一傳播途徑的直進光入射至光纖內,并在纖芯內作直線傳播。光纖脈沖幾乎沒有展寬。因此,其模間色散很小,適用于遠程通訊,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定性有較高的要求,即譜寬要窄,穩定性要好。

光纖的分類

按材料分類:

玻璃光纖:纖芯與包層都是玻璃,損耗小,傳輸距離長,成本高;

膠套硅光纖:纖芯是玻璃,包層為塑料,特性同玻璃光纖差不多,成本較低;

塑料光纖:纖芯與包層都是塑料,損耗大,傳輸距離很短,價格很低。多用于家電、音響,以及短距的圖像傳輸。

按最佳傳輸頻率窗口:常規型單模光纖和色散位移型單模光纖。

常規型:光纖生產長家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上,如1300nm。

色散位移型:光纖生產長家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個波長的光上,如:1300nm和1550nm。

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,現在的多模光纖多為漸變型光纖。

常用光纖規格

光纖尺寸:

1)單模纖芯直徑:9/125μm,10/125μm   

2)包層外徑(2D)=125μm

3)一次涂敷外徑=250μm

4)尾纖:300μm

5)多模:50/125μm,歐洲標準;62.5/125μm,美國標準

6)工業,醫療和低速網絡:100/140μm, 200/230μm          

7)塑料:98/1000μm,用于汽車控制

光纖衰減

造成光纖衰減的主要因素有:本征,彎曲,擠壓,雜質,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:光纖彎曲時部分光纖內的光會因散射而損失掉,造成的損耗。

擠壓:光纖受到擠壓時產生微小的彎曲而造成的損耗。

雜質:光纖內雜質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:光纖對接時產生的損耗,如:不同軸(單模光纖同軸度要求小于0.8μm),端面與軸心不垂直,端面不平,對接心徑不匹配和熔接質量差等。

光纜的種類

1)按敷設方式分有:自承重架空光纜,管道光纜,鎧裝地埋光纜和海底光纜。

2)按光纜結構分有:束管式光纜,層絞式光纜,緊抱式光纜,帶式光纜,非金屬光纜和可分支光纜。

3)按用途分有:長途通訊用光纜、短途室外光纜、混合光纜和建筑物內用光纜。

光纜的接續與成端

光纜的接續與成端是光纜線路維護人員必須掌握的基本技能。

光纜的接續技術分類:

1)光纖的接續技術和光纜的接續技術兩部分。

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