光纖基本知識及應(yīng)用

光纖基本知識及應(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，在兩種物質(zhì)的交界面處會產(chǎn)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(dāng)入射光的角度達(dá)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(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)字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴(yán)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?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：光纖彎曲時部分光纖內(nèi)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(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)的光纖可以同時傳輸1000

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

萬個話路的試驗已經(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。用一根光纖同時傳輸24

萬個話路、100

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

萬個話路、6000

公里無中繼的水平。因此，在不久的將來實現(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)用人類社會現(xiàn)在已發(fā)展到了信息社會，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。其主要特點是連接衰減在所有的連接方法中最低，典型值為點。但連接時，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是連接迅速可靠，連接典型衰減為點。但連接點長期使用會不穩(wěn)定，衰減也會大幅度增加，所以只能短時間內(nèi)應(yīng)急用。c.活動連接：活動連接是利用各種光纖連接器件（插頭和插座），將站點與站點或站點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找出光纖的故障點。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用來分辨所做的光纖。它是用一個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。b.精密儀器測量：使用光功率計或光時域反射儀（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。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、種類及型號的命名方法一、光纜結(jié)構(gòu)的特點光纜的結(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。其特點如下：

1、光纜中有加強件（抗張力元件）。因光纖橫截面積小，抗拉強度不高，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，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，光纖在某點受橫向壓力時，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，因為系統(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，防水效果較好，但連接時防水軟膏的清除比較困難。采用防水帶（粉）時，利用了防水帶（粉）遇水膨脹的原理，防水效果較好，也不存在連接時防水材料清除困難的問題。采用充氣維護(hù)法時，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。它屬于中心加強構(gòu)件配置方式。中心加強構(gòu)件采用塑料被覆的多股結(jié)合或?qū)嵭匿摻z和纖維增強塑料兩種加強構(gòu)件。纖維增強塑料其強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，加強芯為多股細(xì)鋼絲或增強型塑料?，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。但實際光纜用松套光纖有利于光纜連接。（3）每個槽中可放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)的光纖與加強芯分開，因而提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠性；同時束管式結(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；同時帶狀光纜每個單元的接續(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、按加強物件配置方法，光纜可以分為中心加強物件光纜（如層絞光纜、骨架光纜等）、分散加強物件光纜（如束管式結(jié)構(gòu)）、護(hù)層加強物件光纜。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、光纜型號的命名方法一）、光纜型號的構(gòu)成光纜型號是由光纜的型式代號和光纖的規(guī)格代號兩部分構(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部分構(gòu)成，如下所示，各部分均用代號表示。ⅠⅡⅣⅢⅤ外護(hù)層護(hù)套派生（形狀、特性等）加強構(gòu)件分類1、分類的代號分類的代號有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)