開啟主選單

求真百科

 光纖

中文名稱:光纖

外文名稱:optical fiber

其他名稱:光導纖維

應用學科:電力;輸電線路

微細的光纖封裝在塑料護套中,使得它能夠彎曲而不至於斷裂。通常,光纖的一端的發射裝置使用發光二極管(light emitting diode,LED)或一束激光將光脈衝傳送至光纖,光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈衝。

在日常生活中,由於光在光導纖維的傳導損耗比電在電線傳導的損耗低得多,光纖被用作長距離的信息傳遞。[1]


通常光纖與光纜兩個名詞會被混淆。多數光纖在使用前必須由幾層保護結構包覆,包覆後的纜線即被稱為光纜。光纖外層的保護層和絕緣層可防止周圍環境對光纖的傷害,如水、火、電擊等。光纜分為:光纖,緩衝層及披覆。光纖和同軸電纜相似,只是沒有網狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。

在多模光纖中,芯的直徑是50μm和62.5μm兩種, 大致與人的頭髮的粗細相當。而單模光纖芯的直徑為8μm~10μm。芯外面包圍着一層折射率比芯低的玻璃封套, 以使光線保持在芯內。再外面的是一層薄的塑料外套,用來保護封套。光纖通常被紮成束,外面有外殼保護。 纖芯通常是由石英玻璃製成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體,它質地脆,易斷裂,因此需要外加一保護層。

目錄

原理

光及其特性

1.光是一種電磁波

可見光部分波長範圍是:390~760nm(納米)。大於760nm部分是紅外光,小於390nm部分是紫外光。光纖中應用的是:850nm,1310nm,1550nm三種。

2.光的折射,反射和全反射。

因光在不同物質中的傳播速度是不同的,所以光從一種物質射向另一種物質時,在兩種物質的交界面處會產生折射和反射。而且,折射光的角度會隨入射光的角度變化而變化。當入射光的角度達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。不同的物質對相同波長光的折射角度是不同的(即不同的物質有不同的光折射率),相同的物質對不同波長光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基於以上原理而形成的。

1.光纖結構:

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62.5μm),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塗層。

2.光纖數值孔徑:

入射到光纖端面的光並不能全部被光纖所傳輸,只是在某個角度範圍內的入射光才可以。這個角度就稱為光纖的數值孔徑。光纖的數值孔徑大些對於光纖的對接是有利的。不同廠家生產的光纖的數值孔徑不同(AT&T CORNING)。

3.光纖的種類:

光纖的種類很多,根據用途不同,所需要的功能和性能也有所差異。但對於有線電視和通信用的光纖,其設計和製造的原則基本相同,諸如:①損耗小;②有一定帶寬且色散小;③接線容易;④易於成統;⑤可靠性高;⑥製造比較簡單;⑦價廉等。光纖的分類主要是從工作波長、折射率分布、傳輸模式、原材料和製造方法上作一歸納的,茲將各種分類舉例如下。

(1)工作波長:紫外光纖、可觀光纖、近紅外光纖、紅外光纖(0.85μm、1.3μm、1.55μm)。

(2)折射率分布:階躍(SI)型光纖、近階躍型光纖、漸變(GI)型光纖、其它(如三角型、W型、凹陷型等)。

(3)傳輸模式:單模光纖(含偏振保持光纖、非偏振保持光纖)、多模光纖。

(4)原材料:石英光纖、多成分玻璃光纖、塑料光纖、複合材料光纖(如塑料包層、液體纖芯等)、紅外材料等。按被覆材料還可分為無機材料(碳等)、金屬材料(銅、鎳等)和塑料等。

(5)製造方法:預塑有汽相軸向沉積(VAD)、化學汽相沉積(CVD)等,拉絲法有管律法(Rod intube)和雙坩鍋法等。

光纖分類

根據不同光纖的分類標準的分類方法,同一根光纖將會有不同的名稱。[2]


按光纖的材料分類

按照光纖的材料,可以將光纖的種類分為石英光纖和全塑光纖。

石英光纖一般是指由摻雜石英芯和摻雜石英包層組成的光纖。這種光纖有很低的損耗和中等程度的色散。目前通信用光纖絕大多數是石英光纖。

全塑光纖是一種通信用新型光纖,尚在研製、試用階段。全塑光纖具有損耗大、纖芯粗(直徑100~600μm)、數值孔徑(NA)大(一般為0.3~0.5,可與光斑較大的光源耦合使用)及製造成本較低等特點。目前,全塑光纖適合於較短長度的應用,如室內計算機聯網和船舶內的通信等。

按光纖剖面折射率分布分類

按照光纖剖面折射率分布的不同,可以將光纖的種類分為階躍型光纖和漸變型光纖。

按傳輸模式分類

按照光纖傳輸的模式數量,可以將光纖的種類分為多模光纖和單模光纖。

單模光纖是只能傳輸一種模式的光纖。單模光纖只能傳輸基模(最低階模),不存在模間時延差,具有比多模光纖大得多的帶寬,這對於高碼速傳輸是非常重要的。單模光纖的模場直徑僅幾微米(μm),其帶寬一般比漸變型多模光纖的帶寬高一兩個數量級。因此,它適用於大容量、長距離通信。

按照國際標準規定分類(按照ITU-T 建議分類)

為了使光纖具有統一的國際標準,國際電信聯盟(ITU-T)制定了統一的光纖標準(G 標準)。按照ITU-T 關於光纖的建議,可以將光纖的種類分為:

G.651 光纖(50/125μm 多模漸變型折射率光纖)

G.652 光纖(非色散位移光纖)

G.653 光纖(色散位移光纖DSF)

G.654 光纖(截止波長位移光纖)

G.655 光纖(非零色散位移光纖)。

為了適應新技術的發展需要,目前G.652 類光纖已進一步分為了G.652A、G.652B、G.652C 三個子類,G.655 類光纖也進一步分為了G.655A、G.655B 兩個子類。

按照IEC 標準分類,IEC 標準將光纖的種類分為

A 類多模光纖:

A1a 多模光纖(50/125μm 型多模光纖)

A1b 多模光纖(62.5/125μm 型多模光纖)

A1d 多模光纖(100/140μm 型多模光纖)

B 類單模光纖:

B1.1 對應於G652 光纖,增加了B1.3 光纖以對應於G652C 光纖

B1.2 對應於G654 光纖

B2 光纖對應於G.653 光纖

B4 光纖對應於G.655 光纖

視頻

光纖傳感器虛擬實驗演示

直埋光纜線路工程地下管線防護

參考來源