光纖基礎(chǔ)知識

光纖基礎(chǔ)知識第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日n1n2光纖是什么？內(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？)外層是加強用的樹脂涂層

第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日全反射的必要條件：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？一般波長越小，折射率越大：藍光折射率大，紅光折射率小

第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日培訓(xùn)內(nèi)容光纖的歷史光纖的基本性質(zhì)光纖的測試第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日1通信容量大光纖通信優(yōu)點2中繼距離長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6原材料來源豐富第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日光纖的歷史1、公元2000多年前的“烽火臺”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，英國人第達爾首次驗證了光可以在一個彎曲的水流中傳播4、1881年，貝爾發(fā)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)明紅寶石激光器第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日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)的進步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成，光纖價格不斷下降，應(yīng)用范圍不斷擴大。第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日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：單模光纖、多模光纖第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日接受角度數(shù)值孔徑NA表明了光纖集光的能力，大NA有利于光纖對接第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日相對折射率數(shù)值孔徑這個公式表明：n1和n2本身并不重要，重要的是它們的平均值和相對差。能夠在光纖內(nèi)穩(wěn)定傳輸?shù)墓獠ǎ艘獫M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，其級越低。模式第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日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=8~9mm多模光纖△=1%~2%，d=50~60mm第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日對于均勻光纖來說，可用單位長度的衰減，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：在波長處，光通過一段光纖上相距為L的兩個橫截面1和2之間的光功率差，為衰減第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日一、吸收損耗紫外吸收紅外吸收水峰吸收：945nm，1240nm，1380nm第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日二、散射損耗光纖中的缺陷會引起光的散射，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微變化引起的典型的光譜衰減第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日三、彎曲損耗最小彎曲半徑：對于長期應(yīng)用，彎曲半徑超過光纖包層直徑的150倍；對于短期應(yīng)用，彎曲半徑應(yīng)超過包層直徑的100倍。對于石英光纖，這兩個值分別為19mm和13mm。局限在光纖中的光能越多，光纖對彎曲的敏感性越低。第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日背向散射法測量光纖的衰減常數(shù)背向散射法測得的典型曲線第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日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：模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散、偏振模色散。色散第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日模式色散脈沖展寬的影響：40Gb/s的光纖鏈路要求每秒傳輸40×109個脈沖，而脈沖展寬嚴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

第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日材料色散：不同波長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)色散總稱為波長色散、在超過1300nm時材料色散為正而波導(dǎo)色散參數(shù)為負。色散系數(shù)第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日光纖的衰減特性及不同類型光纖的色散特性比較第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日測量原理——相移法，即測量不同波長的光信號通過光纖后的產(chǎn)生的相移量，由此算出不同波長的相對群時延，經(jīng)曲線擬合和數(shù)學(xué)運算得到光纖的色散特性曲線。色散測量S0稱為零色散斜率，l0稱為零色散波長第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日偏振模色散（PMD）指單模光纖中的兩個正交偏振模式之間的差分群時延測量原理——干涉法，當光纖一端用寬帶光源照明時，在輸出端測量電磁場的自相關(guān)函數(shù)，從而確定PMD。偏振模色散與波長無關(guān)，偏振模色散無法完全消除第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日單模光纖的截止波長是指光纖的第一個高階模截止時的波長。對于階躍光纖，截止波長有截止波長實際截止波長被定義為總功率與基模光功率之比減小到小于0.1dB時所對應(yīng)的波長測量原理——傳輸功率法，由隨波長變化的傳輸功率與參考功率之比來確定截止波長PK2200第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日纖芯n1包層n2d測量原理——近場掃描法，在近場圖上沿一經(jīng)過模場中心的直線掃描，測量出近場光強度和F(r)。模場直徑是一個表示光束強度分布的度量模場直徑第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日微彎損耗宏彎損耗彎曲損耗隨模場直徑MFD的增加而增加而工作波長l受到截止波長lc的限制，即l≥lc相互聯(lián)系第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日光纖的幾何尺寸是光纖最基本的標準化參數(shù)，對光纖的連接損耗，光傳輸和機械性能等有決定性影響，測量原理——近場圖像法，光纖輸出端面的近場傳導(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第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日翹曲度——剝除涂敷層后的裸光纖自然彎曲的曲率半徑第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日光纖保持器線傳感器激光器光纖LDzDs測量原理——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第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日由于光纖斷裂會導(dǎo)致通信線路中斷，修理和更換光纖的成本很高，故光纖的材料強度、操作性的便利性和可靠性是人們最關(guān)心的問題。機械性能測試

在一定條件下，光纖表面微裂紋生長擴大至光纖斷裂的過程稱為光纖的疲勞。動態(tài)疲勞即施加一個具有恒定速率s的應(yīng)力，測量加載和斷裂時間在恒定外加應(yīng)力速率下，觀察斷裂時間t和斷裂應(yīng)力，三者之間滿足的關(guān)系為Nd稱為動態(tài)疲勞指數(shù)，Nd值愈大，光纖的使用壽命也就愈長，按規(guī)定Nd應(yīng)不小于20涂覆層剝離力宜在1.3～8.9N范圍之內(nèi)。第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日溫度依賴性：在周圍環(huán)境溫度在-60℃和+80℃間變化測量的結(jié)果，增長衰減不超過0.1dB環(huán)境性能測試

水浸依賴性：光纖在20℃的水中浸泡30天，衰減增長不超過0.2dB濕度依賴性：在85℃相對濕度85%時間30天的條件下測量，衰減增長不會超過0.2dB/km第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日光纖拉絲第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日預(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）第三十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日外部氣相沉積（OVD）改進的化學(xué)氣相沉