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事实揭露 揭密真相
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 光纤

中文名称:光纤

外文名称:optical fiber

其他名称:光导纤维

应用学科:电力;输电线路

微细的光纤封装在塑料护套中,使得它能够弯曲而不至于断裂。通常,光纤的一端的发射装置使用发光二极管(light emitting diode,LED)或一束激光将光脉冲传送至光纤,光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。

在日常生活中,由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多,光纤被用作长距离的信息传递。[1]


通常光纤与光缆两个名词会被混淆。多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆,包覆后的缆线即被称为光缆。光纤外层的保护层和绝缘层可防止周围环境对光纤的伤害,如水、火、电击等。光缆分为:光纤,缓冲层及披覆。光纤和同轴电缆相似,只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。

在多模光纤中,芯的直径是50μm和62.5μm两种, 大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8μm~10μm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套, 以使光线保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套,用来保护封套。光纤通常被扎成束,外面有外壳保护。 纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体,它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。

原理

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(纳米)。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:850nm,1310nm,1550nm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。

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.光纤数值孔径:

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&T CORNING)。

3.光纤的种类:

光纤的种类很多,根据用途不同,所需要的功能和性能也有所差异。但对于有线电视和通信用的光纤,其设计和制造的原则基本相同,诸如:①损耗小;②有一定带宽且色散小;③接线容易;④易于成统;⑤可靠性高;⑥制造比较简单;⑦价廉等。光纤的分类主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法上作一归纳的,兹将各种分类举例如下。

(1)工作波长:紫外光纤、可观光纤、近红外光纤、红外光纤(0.85μm、1.3μm、1.55μm)。

(2)折射率分布:阶跃(SI)型光纤、近阶跃型光纤、渐变(GI)型光纤、其它(如三角型、W型、凹陷型等)。

(3)传输模式:单模光纤(含偏振保持光纤、非偏振保持光纤)、多模光纤。

(4)原材料:石英光纤、多成分玻璃光纤、塑料光纤、复合材料光纤(如塑料包层、液体纤芯等)、红外材料等。按被覆材料还可分为无机材料(碳等)、金属材料(铜、镍等)和塑料等。

(5)制造方法:预塑有汽相轴向沉积(VAD)、化学汽相沉积(CVD)等,拉丝法有管律法(Rod intube)和双坩锅法等。

光纤分类

根据不同光纤的分类标准的分类方法,同一根光纤将会有不同的名称。[2]


按光纤的材料分类

按照光纤的材料,可以将光纤的种类分为石英光纤和全塑光纤。

石英光纤一般是指由掺杂石英芯和掺杂石英包层组成的光纤。这种光纤有很低的损耗和中等程度的色散。目前通信用光纤绝大多数是石英光纤。

全塑光纤是一种通信用新型光纤,尚在研制、试用阶段。全塑光纤具有损耗大、纤芯粗(直径100~600μm)、数值孔径(NA)大(一般为0.3~0.5,可与光斑较大的光源耦合使用)及制造成本较低等特点。目前,全塑光纤适合于较短长度的应用,如室内计算机联网和船舶内的通信等。

按光纤剖面折射率分布分类

按照光纤剖面折射率分布的不同,可以将光纤的种类分为阶跃型光纤和渐变型光纤。

按传输模式分类

按照光纤传输的模式数量,可以将光纤的种类分为多模光纤和单模光纤。

单模光纤是只能传输一种模式的光纤。单模光纤只能传输基模(最低阶模),不存在模间时延差,具有比多模光纤大得多的带宽,这对于高码速传输是非常重要的。单模光纤的模场直径仅几微米(μm),其带宽一般比渐变型多模光纤的带宽高一两个数量级。因此,它适用于大容量、长距离通信。

按照国际标准规定分类(按照ITU-T 建议分类)

为了使光纤具有统一的国际标准,国际电信联盟(ITU-T)制定了统一的光纤标准(G 标准)。按照ITU-T 关于光纤的建议,可以将光纤的种类分为:

G.651 光纤(50/125μm 多模渐变型折射率光纤)

G.652 光纤(非色散位移光纤)

G.653 光纤(色散位移光纤DSF)

G.654 光纤(截止波长位移光纤)

G.655 光纤(非零色散位移光纤)。

为了适应新技术的发展需要,目前G.652 类光纤已进一步分为了G.652A、G.652B、G.652C 三个子类,G.655 类光纤也进一步分为了G.655A、G.655B 两个子类。

按照IEC 标准分类,IEC 标准将光纤的种类分为

A 类多模光纤:

A1a 多模光纤(50/125μm 型多模光纤)

A1b 多模光纤(62.5/125μm 型多模光纤)

A1d 多模光纤(100/140μm 型多模光纤)

B 类单模光纤:

B1.1 对应于G652 光纤,增加了B1.3 光纤以对应于G652C 光纤

B1.2 对应于G654 光纤

B2 光纤对应于G.653 光纤

B4 光纤对应于G.655 光纤

视频

光纤传感器虚拟实验演示

直埋光缆线路工程地下管线防护

参考来源