光纖基礎(chǔ)知識(shí)介紹培訓(xùn)課件

1、光纖基礎(chǔ)知識(shí)介紹培訓(xùn)課件n1n2光纖是什么？?jī)?nèi)層為高折射率石英玻璃纖芯中間為低折射率石英玻璃包層(直徑？)外層是加強(qiáng)用的樹(shù)脂涂層 全反射的必要條件：從折射率大的介質(zhì)到折射率小介質(zhì)折射率如何導(dǎo)光？一般波長(zhǎng)越小，折射率越大：藍(lán)光折射率大，紅光折射率小 培訓(xùn)內(nèi)容光纖的歷史光纖的基本性質(zhì)光纖的測(cè)試1通信容量大 光纖通信優(yōu)點(diǎn) 2中繼距離長(zhǎng) 3保密性能好 4抗電磁干擾 5體積小、重量輕、便于施工維護(hù) 6原材料來(lái)源豐富光纖的歷史1、公元2000多年前的“烽火臺(tái)”是光通信的原始形式2、1621年，荷蘭人斯涅耳發(fā)現(xiàn)全反射定律3、1870年，英國(guó)人第達(dá)爾首次驗(yàn)證了光可以在一個(gè)彎曲的水流中傳播4、1881年，貝爾發(fā)

2、明光電話5、1951年，醫(yī)學(xué)上出現(xiàn)光導(dǎo)纖維鏡6、1960年，梅曼發(fā)明紅寶石激光器7、1966年，英籍華裔科學(xué)家高錕發(fā)表論文“用于光頻率的絕緣纖維表面波導(dǎo)管”8、1970年，康寧公司制造出第一根衰減小于20dB/km的光纖9、1983年，在紐約和華盛頓安裝了最早的城市間光纖鏈路10、目前、隨著技術(shù)的進(jìn)步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成，光纖價(jià)格不斷下降，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。光纖的分類按折射率分：階躍折射率光纖，梯度折射率光纖 按原材料分：石英光纖、塑料光纖按傳輸模式分：?jiǎn)文９饫w、多模光纖接受角度數(shù)值孔徑NA表明了光纖集光的能力，大NA有利于光纖對(duì)接相對(duì)折射率數(shù)值孔徑這個(gè)公式表明：n1和n2本身并不重要，重要的是

3、它們的平均值和相對(duì)差。 能夠在光纖內(nèi)穩(wěn)定傳輸?shù)墓獠?，除了要滿足全反射條件，還要滿足相位諧振條件。因此，光只能以一組獨(dú)立的角度傳播。這些具有不同傳播角度的光束稱為模式。傳播角度越小，其級(jí)越低。模式LP01LP21LP02LP11歸一化頻率V越大，模式數(shù)量越多單模光纖 =0.3% 0.6%，d=89mm多模光纖 = 1% 2%， d=5060mm 對(duì)于均勻光纖來(lái)說(shuō)，可用單位長(zhǎng)度的衰減，即衰減系數(shù)a(l)反映光纖的衰減性能的好壞。衰減系數(shù)定義為： 光纖的衰減A()定義為：在波長(zhǎng)處，光通過(guò)一段光纖上相距為L(zhǎng)的兩個(gè)橫截面1和2之間的光功率差，為衰減一、吸收損耗紫外吸收紅外吸收水峰吸收：945nm，124

4、0nm，1380nm二、散射損耗光纖中的缺陷會(huì)引起光的散射，破壞全反射的條件，導(dǎo)致部分光穿出纖芯，造成光功率的損耗。通常是由折射率的細(xì)微變化引起的典型的光譜衰減三、彎曲損耗 最小彎曲半徑：對(duì)于長(zhǎng)期應(yīng)用，彎曲半徑超過(guò)光纖包層直徑的150倍；對(duì)于短期應(yīng)用，彎曲半徑應(yīng)超過(guò)包層直徑的100倍。對(duì)于石英光纖，這兩個(gè)值分別為19mm和13mm。 局限在光纖中的光能越多，光纖對(duì)彎曲的敏感性越低。背向散射法測(cè)量光纖的衰減常數(shù) 背向散射法測(cè)得的典型曲線 光纖色散定義為在光纖中傳輸?shù)墓饷}沖，受光纖折射率分布、光纖 材料的色散特性、光纖中的模式分布以及光源的光譜寬度等因素影響，出現(xiàn)脈沖展寬的現(xiàn)象。 色散的四種形式：

5、模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散、偏振模色散。色散模式色散 脈沖展寬的影響：40Gb/s的光纖鏈路要求每秒傳輸40109個(gè)脈沖，而脈沖展寬嚴(yán)重限制了光纖鏈路的比特率，因此多模光纖只能用于短距離的光纖通信 材料色散：不同波長(zhǎng)的光在光纖中以不同的速度傳播波導(dǎo)色散：光在擁有不同折射率的結(jié)構(gòu)纖芯和包層中傳播材料色散和波導(dǎo)色散總稱為波長(zhǎng)色散、在超過(guò)1300nm時(shí)材料色散為正而波導(dǎo)色散參數(shù)為負(fù)。色散系數(shù)光纖的衰減特性及不同類型光纖的色散特性比較測(cè)量原理相移法，即測(cè)量不同波長(zhǎng)的光信號(hào)通過(guò)光纖后的產(chǎn)生的相移量，由此算出不同波長(zhǎng)的相對(duì)群時(shí)延，經(jīng)曲線擬合和數(shù)學(xué)運(yùn)算得到光纖的色散特性曲線。色散測(cè)量S0稱為零色散斜率，l

6、0稱為零色散波長(zhǎng)偏振模色散（PMD）指單模光纖中的兩個(gè)正交偏振模式之間的差分群時(shí)延測(cè)量原理干涉法，當(dāng)光纖一端用寬帶光源照明時(shí)，在輸出端測(cè)量電磁場(chǎng)的自相關(guān)函數(shù)，從而確定PMD。偏振模色散與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，偏振模色散無(wú)法完全消除單模光纖的截止波長(zhǎng)是指光纖的第一個(gè)高階模截止時(shí)的波長(zhǎng)。 對(duì)于階躍光纖，截止波長(zhǎng)有截止波長(zhǎng)實(shí)際截止波長(zhǎng)被定義為總功率與基模光功率之比減小到小于0.1dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)測(cè)量原理傳輸功率法，由隨波長(zhǎng)變化的傳輸功率與參考功率之比來(lái)確定截止波長(zhǎng)PK2200纖芯n1包層n2d測(cè)量原理近場(chǎng)掃描法，在近場(chǎng)圖上沿一經(jīng)過(guò)模場(chǎng)中心的直線掃描，測(cè)量出近場(chǎng)光強(qiáng)度和F(r)。模場(chǎng)直徑是一個(gè)表示光束強(qiáng)度分布的

7、度量模場(chǎng)直徑微彎損耗宏彎損耗彎曲損耗隨模場(chǎng)直徑MFD的增加而增加而工作波長(zhǎng)l受到截止波長(zhǎng)lc的限制，即l lc相互聯(lián)系光纖的幾何尺寸是光纖最基本的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，對(duì)光纖的連接損耗，光傳輸和機(jī)械性能等有決定性影響，測(cè)量原理近場(chǎng)圖像法，光纖輸出端面的近場(chǎng)傳導(dǎo)模的光功率分布與折射率分布相似幾何尺寸的特征參數(shù)包括：包層直徑、包層不圓度、芯層直徑、芯層不圓度、芯層-包層同心誤差等PK2400翹曲度剝除涂敷層后的裸光纖自然彎曲的曲率半徑光纖保持器線傳感器激光器光纖 LDzDs測(cè)量原理激光束散射法，由線傳感器讀出反射光束之間的距離，將各參數(shù)代入公式求出翹曲光纖翹曲半徑RC應(yīng)不小于4m由于光纖斷裂會(huì)導(dǎo)致通信線路中

8、斷，修理和更換光纖的成本很高，故光纖的材料強(qiáng)度、操作性的便利性和可靠性是人們最關(guān)心的問(wèn)題。 機(jī)械性能測(cè)試 在一定條件下，光纖表面微裂紋生長(zhǎng)擴(kuò)大至光纖斷裂的過(guò)程稱為光纖的疲勞。動(dòng)態(tài)疲勞即施加一個(gè)具有恒定速率s的應(yīng)力，測(cè)量加載和斷裂時(shí)間在恒定外加應(yīng)力速率下，觀察斷裂時(shí)間t和斷裂應(yīng)力，三者之間滿足的關(guān)系為Nd稱為動(dòng)態(tài)疲勞指數(shù)，Nd值愈大，光纖的使用壽命也就愈長(zhǎng) ，按規(guī)定Nd應(yīng)不小于20 涂覆層剝離力宜在1.38.9N范圍之內(nèi)。 溫度依賴性：在周?chē)h(huán)境溫度在-60和+80 間變化測(cè)量的結(jié)果，增長(zhǎng)衰減不超過(guò)0.1dB環(huán)境性能測(cè)試 水浸依賴性：光纖在20 的水中浸泡30天，衰減增長(zhǎng)不超過(guò)0.2dB濕度依賴性：在85 相對(duì)濕度85%時(shí)間30天的條件下測(cè)量，衰減增長(zhǎng)不會(huì)超過(guò)0.2dB/km光纖拉絲預(yù)制棒制作工藝兩步法先芯棒、后包層軸向化學(xué)氣相沉積 （VAD）外部氣相沉積（