《通信線路工程施工與監(jiān)理（活頁(yè)式）》課件 2.1 光纖基礎(chǔ)知識(shí)

通信線路工程施工與監(jiān)理

2017光纖的基本概念

一、光纖的基本結(jié)構(gòu)

二、光纖傳輸?shù)幕驹?/p>

三、光纖的發(fā)展歷史

四、光纖的類型

光纖的基本結(jié)構(gòu)光纖(opticalfiber)是高度透明的玻璃絲，具有三層結(jié)構(gòu):纖芯：SiO2(99.9999%),少量摻GeO2包層：純SiO2，或少量摻Be硼，折射率略低于纖芯涂覆層：環(huán)氧樹脂、硅橡膠等高分子材料,保護(hù)作用纖芯包層涂覆層光纖結(jié)構(gòu)圖

無(wú)論何種光纖，其包層直徑都是一致的涂覆層的主要作用是為光纖提供保護(hù)纖芯和包層僅在折射率等參數(shù)上不同，結(jié)構(gòu)上是一個(gè)完整整體光纖的基本結(jié)構(gòu)波導(dǎo)傳光原理的第一次實(shí)驗(yàn)演示1870年，JohnTyndall證明光線可以在傳導(dǎo)媒質(zhì)的邊界上經(jīng)全反射，而沿著媒質(zhì)形狀彎曲的前進(jìn)光纖傳輸?shù)幕驹?/p>

全反射概念：當(dāng)光線射至透明介質(zhì)的光滑分界面而發(fā)生折射時(shí)，必然會(huì)伴隨著部分光線的反射。在一定條件下，該界面可以將全部入射光線反射回原介質(zhì)而無(wú)折射光通過，這就是光的全反射現(xiàn)象。

nn'009000ImA折射率

n>n'PQI'III''光疏媒質(zhì)光密媒質(zhì)入射角I折射角I'

臨界角Im反射角I''

光纖傳輸?shù)幕驹砉饫w的導(dǎo)光原理——全反射纖芯折射率為n1包層折射率為n2n1>n2光線將在纖芯和包層的界面上不斷地產(chǎn)生全反射而向前傳播。n2n1包層纖芯光線光纖傳輸?shù)幕驹砉饫w的發(fā)展歷史純SiO2是已知的對(duì)光損耗最小的材料！先制成無(wú)包層玻璃光纖，可以用于光線和圖象的短距離傳輸后發(fā)現(xiàn)使用包層能夠改善光纖的特性光纖在20世紀(jì)50年代進(jìn)入實(shí)用主要用于醫(yī)療，如胃鏡，只能短距離成像，損耗很大到20世紀(jì)60年代中期，光纖損耗仍在400dB/km以上很多人對(duì)光纖通信喪失了信心dB=10*log10(輸入功率／輸出功率)4００dB對(duì)應(yīng)剩余功率為１／１０4０?。?966年，英籍華人高錕（CharlesKao,1933年生于上海)發(fā)表堪稱光纖通信開山之作的論文(Proc.IEE)文章從理論角度指出：玻璃損耗太高主要由其中的雜質(zhì)離子導(dǎo)致；利用帶有包層的石英玻璃纖維，可望將損耗降低到20dB/km(達(dá)到電纜水平)；通過進(jìn)一步降低雜質(zhì)濃度，可以獲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于20dB/km的損耗值！一篇文章奠定了整個(gè)光纖通信產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)！高錕因此被世界譽(yù)為“光纖之父”光纖的發(fā)展歷史1968年獲得了損耗為5dB/km的體材料1970年美國(guó)康寧(Corning)玻璃公司宣布制作出了損耗為20dB/km的石英光纖目前的實(shí)用化水平：<0.2dB/km光纖的發(fā)展歷史第二傳輸窗口第一傳輸窗口130015508500.22.5損耗(dB/km)波長(zhǎng)(nm)OH離子吸收峰第三傳輸窗口光纖的損耗譜

光纖發(fā)展的歷史其實(shí)就是不斷發(fā)現(xiàn)并利用光纖的不同傳輸窗口，體現(xiàn)著對(duì)光纖可用帶寬資源的不斷挖掘及光纖傳輸性能的提高。光纖的發(fā)展歷史光纖的類型

光纖的分類方法很多，既可以按照光纖截面折射率分布來(lái)分類，又可以按照光纖中傳輸模式數(shù)的多少、光纖使用的材料或傳輸?shù)墓ぷ鞑ㄩL(zhǎng)來(lái)分類。124按傳輸模式按二次涂覆層結(jié)構(gòu)按折射率分布按工作波長(zhǎng)35按主要材料

按光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可以將光纖分為多模光纖(Multi-ModeFiber，MMF)和單模光纖(SingleModeFiber，SMF)。多模光纖和單模光纖是由光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)決定的，判斷一根光纖是不是單模傳輸，除了光纖自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)外，還與光纖中傳輸?shù)墓獠ㄩL(zhǎng)有關(guān)。 1.按傳輸模式分類高次?；５痛文?/p>

在光纖的受光角內(nèi)，以某一角度射入光纖斷面，并能在光纖纖芯-包層交界面上產(chǎn)生全反射的傳播光線，就可以稱為一個(gè)光的傳播模式。1.按傳輸模式分類多模光纖：顧名思義，多模光纖就是允許多個(gè)模式在其中傳輸?shù)墓饫w，或者說(shuō)在多模光纖中允許存在多個(gè)分離的傳導(dǎo)模。優(yōu)點(diǎn)：芯徑大，容易注入光功率，可以使用LED作為光源缺點(diǎn)：存在模間色散，只能用于短距離傳輸1.按傳輸模式分類單模光纖：只能傳輸一種模式的光纖稱為單模光纖。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)文９饫w只能傳輸基模，它不存在模間時(shí)延差，因此它具有比多模光纖大得多的帶寬。缺點(diǎn)：芯徑小，較多模光纖而言不容易進(jìn)行光耦合，需要使用半導(dǎo)體激光器激勵(lì)。

1.按傳輸模式分類

按照截面上折射率分布的不同可以將光纖分為階躍型光纖(SIF)和漸變型光纖(GIF)。2.按折射率分布分類

階躍型光纖是由半徑為a、折射率為常數(shù)n1的纖芯和折射率為常數(shù)n2的包層組成，并且n1>n2。漸變型光纖與階躍型光纖的區(qū)別在于其纖芯的折射率不是常數(shù)，而是隨半徑的增加而遞減直到等于包層的折射率。2.按折射率分布分類按套塑可以將光纖分為松套光纖和緊套光纖。緊套光纖就是在一次涂覆的光纖上再緊緊地套上一層尼龍或聚乙烯等塑料套管，光纖在套管內(nèi)不能自由活動(dòng)。松套光纖，就是在光纖涂覆層外面再套上一層塑料套管，光纖可以在套管中自由活動(dòng)。3.按套塑(二次涂覆層)分類4.按工作波長(zhǎng)分類按光纖的工作波長(zhǎng)可以將光纖分為短波長(zhǎng)光纖、長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖和超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖。短波長(zhǎng)光纖的波長(zhǎng)為0.85μm（0.8μm～0.9μm）

長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖的波長(zhǎng)為1.3μm～1.6μm，主要有1.31μm和1.55μm兩個(gè)窗口。

超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖的波長(zhǎng)為大于2μm。5.按光纖主要材料分類

SiO2光纖*塑料光纖氟化物光纖*SiO2是目前最主要的光纖材料21光纖型號(hào)(補(bǔ)充)目前ITU-T規(guī)定的光纖代號(hào)有G.651光纖（多模光纖）；G.652光纖（常規(guī)單模光纖）；G.653光纖（色散位移光纖）；G.654光纖（低損耗光纖）G.655光纖（非零色散位移光纖）G.656光纖（DWDM系統(tǒng)S+C+L波段光纖）G.657光纖（接入網(wǎng)用抗彎損失單模光纖）22G.652光纖（非色散位移光纖）*G.652光纖是通信網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的一種單模光纖G.652A光纖，支持10Gbit/s系統(tǒng)傳輸距離超過400km，支持40Gbit/s系統(tǒng)傳輸距離達(dá)2kmG.652B光纖，支持10Gbit/s系統(tǒng)傳輸距離3000km以上，支持40Gbit/s系統(tǒng)傳輸距離80km以上G.652C光纖，基本屬性同G.652A，但在1550nm處衰減系數(shù)更低，且消除了1380nm附近的水吸收峰，即系統(tǒng)可以工作在1360nm～1530nm波段G.652D光纖，屬性與G.652B基本相同，衰減系數(shù)與G.652C相同，即系統(tǒng)可以工作在1360nm～1530nm波段23G.657光纖*24G.657光纖（接入網(wǎng)用抗彎損失單模光纖）G.657A光纖：“彎曲提高”光纖，要求必須與G.652D規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)兼容，最小彎曲半徑10mm。已在國(guó)內(nèi)的FTTH工程中得到比較好的推廣應(yīng)用。G.657B光纖：“彎曲冗余”光纖，不要求與G.65