通信光纤的分类及应用

通信光纤的分类及应用 光纤的分类 (1)按照传输模式来划分光纤中传播的模式就是光纤中存在的电磁波场场型,或者说是光场场形(HE).各种场形都是光波导中经过多次的反射和干涉的结果.各种模式是不连续的离散的.由于驻波才能在光纤中稳定的存在,它的存在反映在光纤横截面上就是各种形状的光场,即各种光斑.若是一个光斑,我们称这种 光纤为单模光纤, 若为两个以上光斑,我们称之为多模光纤.? 单模光纤(Single-Mode) 单模光纤只传输主模,也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输.由于完全避免了模式射散使得单模光纤的? 传输频带很宽因而适用与大容量,长距离的光纤通迅.单模光纤使用的光波长为1310nm或1550 nm.如图1单模纤光线轨迹图. ? 多模光纤(Multi-Mode) 在一定的工作波长下(850nm/1300nm),有多个模式在光纤中传输,这种光纤称之为多模光纤.由于色散或像差,? 因此,这种光纤的传输性能较差频带比较窄,传输容量也比较小,距离比较短. 2)按照纤芯直径来划分? 50/125(μm)缓变型多模光纤 ? 62.5/125(μm)缓变增强型多光纤 ? 8.3/125(μm)缓变型单模光纤 备注:50/62.5/8.3(μm)均为光纤光芯直径数,125(μm)均为光纤玻璃包层的直径数. (3)按照光纤芯的折射率分布来划分 阶越型光纤(Step index fiber),简称SIF;? 梯度型光纤(Graded index fiber),简称GIF; ? 环形光纤(ring fiber); ? W形光纤 备注:50/62.5/8.3(μm)均为光纤的光芯直径数,125(μm)均为光纤玻璃包层的直径数. 2.光缆 点对点光纤传输系统是通过光缆进行连接.光缆可包含1根光纤(有时称单纤)或2根光纤(有时称双纤),或者甚至更多(48纤,1000纤) 光纤的诞生 人类从未放弃过对理想光传输介质的寻找,经过不懈的努力,人们发现了透明度很高的石英玻璃丝可以传光.这种玻璃丝叫做光学纤维,简称"光纤". 人们用它制造了在医疗上用的内窥镜,例如做成胃镜,可以观察到距离一米左右的体内情况.但是它的衰减损耗很大,只能传送很短的距离.光的损耗程度是用每千米的分贝为单位来衡量的.直到20世纪60年代,最好的玻璃纤维的衰减损耗仍在每公里1000分贝以上.每公里1000分贝的损耗是什么概念呢 每公里10分贝损耗就是输入的信号传送1公里后只剩下了十分之一,20分贝就示只剩下百分之一,30分贝是指只剩千分之一……1000分贝的含意就是只剩下亿百分之一,是无论如何也不可能用于通信的.因此,当时有很多科学家和发明家认为用玻璃纤维通信希望渺茫,失去了信心,放弃了光纤通信的研究. 激光器和光纤的发明,使人们看到了光通信的曙光.而要实现光纤通信,还需要在激光器和光纤的性能上有重大的突破.但是在这两方面的突破遇到了许多困难,尤其是光纤的损耗要达到可用于通信的要求,从每千米损耗1000分贝降低到20分贝似乎不太可能,以致很多科学家对实现光纤通信失去了信心.就在这种情况下,出生于上海的英藉华人高锟(K.C.Kao)博士,通过在英国标准电信实验室所作的大量研究的基础上,对光波通信作出了一个大胆的设想.他认为,既然电可以沿着金属导线传输,光也应该可以沿着导光的玻璃纤维传输.1966年7月,高锟就光纤传输的前景发表了具有重大历史意义的论文,论文分析了玻璃纤维损耗大的主要原因,大胆地预言,只要能设法降低玻璃纤维的杂质,就有可能使光纤的损耗从每公里1000分贝降低到20分贝/公里,从而有可能用于通信.这篇论文使许多国家的科学家受到鼓舞,加强了为实现低损耗光纤而努力的信心. 世界上第一根低损耗的石英光纤――1970年,美国康宁玻璃公司的三名科研人员马瑞尔,卡普隆,凯克成功地制成了传输损耗每千米只有20分贝的光纤.这是什么概念呢 用它和玻璃的pollution, other pollution we; as long as we can conserve their water resources, we will be able to enjoy the water fun. One is to let the water flow in the river. To achieve the river flows, is first to build a modern grid, the water retention. For, this year plans on June River, and Tang Cunhe, and XING water river, and Lu hangbu River, and guanhe this 5 article 透明程度比较,光透过玻璃功率损耗一半(相当于3分贝)的长度分别是:普通玻璃为几厘米,高级光学玻璃最多也只有几米,而通过每千米损耗为20分贝的光纤的长度可达150米.这就是说,光纤的透明程度已经比玻璃高出了几百倍!在当时,制成损耗如此之低的光纤可以说是惊人之举,这标志着光纤用于通信有了现实的可能性. 光纤理论与光纤结构 一.光及其特性: 1. 光是一种电磁波.可见光部分波长范围是: 390~760nm(毫微米).大于760nm部分是红外光,小于390nm部分是紫外光.光纤中应用的是:850,1300,1550三种. 2.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. 二.光纤结构及种类: 1.光纤结构: 光纤裸纤一般分为三层: 中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm),中 间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm),最外是加强用的树脂涂层. 2.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(AT&TCORNING). 3.光纤的种类: A. 按光在光纤中的传输模式可分为: 单摸光纤和多模光纤. 多模光纤:中心玻璃芯教粗(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:中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm),只能传一种模式的光.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. B.按最佳传输频率窗口分: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1300μm. 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:1300μm和1550μm. C.按折射率分布情况分:突变型和渐变型光纤. 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. 4.常用光纤规格: 单模: 8/125μm, 9/125μm , 10/125μm 多模: 50/125μm 欧洲标准 , 62.5/125μm 美国标准 工业,医疗和低速网络: 100/140μm, 200/230μm 塑料: 98/1000μm 用于汽车控制. 三.光纤制造与衰减: 1.光纤制造: pollution, other pollution we; as long as we can conserve their water resources, we will be able to enjoy the water fun. One is to let the water flow in the river. To achieve the river flows, is first to build a modern grid, the water retention. For, this year plans on June River, and Tang Cunhe, and XING water river, and Lu hangbu River, and guanhe this 5 article 现在光纤制造主要有:管内CVD(化学汽相沉积)法,棒内CVD法,PCVD(等离子体化学汽相沉积)法和VAD(轴向汽相沉积)法. 2.光纤的衰减: 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. 四.光纤的优点: 1. 光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹. 2. 无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米. 3. 不受电磁场和电磁辐射的影响. 4. 重量轻,体积小.例如:通2万1千话路的900对双绞线,其直径为3英寸,重量8 吨/KM.而通讯量为其十倍的光缆直径为0.5英寸,重量450P/KM. 5. 光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所. 6. 使用环境温度范围宽. 7. 化学腐蚀,使用寿命长. 光纤设备术语 IDF: Intermediate Distribution Frame,分配线架 MDF: Main Distribution Frame,主配线架. OC:(Optical Carrier,光载波)是SONET规范中定义的传输速度.OC定义光设备的传输速度,STS定义电气设备的传输速度. SC: Subscriber Connector(Optical Fiber Connector) 用户连接器(光纤连接器). ONENT:SONET(Synchronous Optical NETwork,光纤同步网络)是一种用于高速数据通信的光纤传输系统.SONET被电话公司和公用通信公司部署,其速度从51Mb/s直到每秒几千兆.SONET是一种提供先进网络管理和标准光纤接口的智能系统.它采用自恢复环结构,如果一条线路发生故障,它能够改道传送.SONET干线广泛用于汇集低速T1和T3线路.SONET是宽带ISDN(B-ISDN)标准规定的.欧洲相应的标准是SDH.SONET采用时分复用(TDM)技术同时传送多数据流. ST:Straight Tip,直通式光纤连接器.TP:Tunst Pair,对绞线. 光缆终端盒:主要用于光缆终端的固定,光缆与尾纤的熔接及余纤的收容和保护. 光纤盒:应用于利用光纤技术传输数字和类似语音,视频和数据信号.光纤盒可进行直接安装或桌面安装.特别适合进行高速的光纤传输. 光纤面板:光学纤维面板具有传光效率高,级间耦合损失小,传像清晰,真实,在光学上具有零厚度等特点.最典型的应用是作为微光像增强器的光学输入,输出窗口,对提高成像器件的品质起着重要作用.广泛的应用于各种阴极射线管,摄像管,CCD耦合及其他需要传送图像的仪器和设备中. 光纤耦合器:(Coupler)又称分歧器(Splitter),是将光讯号从一条光纤中分至多条光纤中的元件,属於光被动元件领域,在电信网路,有线电视网路,用户回路系统,区域网路中都会应用到,与光纤连接器分列被动元件中使用最大项的.光纤耦合器可分标准耦合器(双分支,单位1×2,亦即将光讯号分成两个功率),星状/树状耦合器,以及波长多工器(WDM,若波长属高密度分出,即波长间距窄,则属於DWDM),制作方式则有烧结(Fuse),微光学式(Micro Optics),光波导式(Wave pollution, other pollution we; as long as we can conserve their water resources, we will be able to enjoy the water fun. One is to let the water flow in the river. To achieve the river flows, is first to build a modern grid, the water retention. For, this year plans on June River, and Tang Cunhe, and XING water river, and Lu hangbu River, and guanhe this 5 article Guide)三种,而以烧结式方法生产占多数(约有90%). 光纤配线架(柜):具有如下功能:光缆的固定,保护和接地;光缆纤芯与尾纤的熔接;光路的调配并提供测度端口;冗余光纤及尾纤的存贮管理. 光纤配线箱:特别适合于光纤接入网中的光纤终端点,具有光缆的配线和熔接功能,可以实现光缆纤芯的灵活调线及存储. 跳线:就是不带连接器的电缆线对或电缆单元,用在配线架上交接各种链路 线头盒:主要适用于架空光缆,直埋光缆,管道井光缆的直通和分歧接头,并对接头起保护作用. pollution, other pollution we; as long as we can conserve their water resources, we will be able to enjoy the water fun. One is to let the water flow in the river. To achieve the river flows, is first to build a modern grid, the water retention. For, this year plans on June River, and Tang Cunhe, and XING water river, and Lu hangbu River, and guanhe this 5 article