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光纖光纜<百科>

發(fā)布時(shí)間:2024-08-16 11:51:01 人氣:1703

光纖光纜簡(jiǎn)介

光纖光纜是一種通信電纜,由兩個(gè)或多個(gè)玻璃或塑料光纖芯組成,這些光纖芯位于保護(hù)性的覆層內(nèi),由塑料PVC外部套管覆蓋。沿內(nèi)部光纖進(jìn)行的信號(hào)傳輸一般使用紅外線。

優(yōu)點(diǎn)

光纖通信是現(xiàn)代信息傳輸?shù)闹匾绞街?。它具有容量大、中繼距離長(zhǎng)、保密性好、不受電磁干擾和節(jié)省銅材等優(yōu)點(diǎn)。

原理

光纖傳輸基于可用光在兩種介質(zhì)界面發(fā)生全反射的原理。突變型光纖,n1為纖芯介質(zhì)的折射率,n2為包層介質(zhì)的折射率,n1大于n2,進(jìn)入纖芯的光到達(dá)纖芯與包層交界面(簡(jiǎn)稱芯-包界面)時(shí)的入射角大于全反射臨界角θc時(shí),就能發(fā)生全反射而無(wú)光能量透出纖芯,入射光就能在界面經(jīng)無(wú)數(shù)次全反射向前傳輸。原來(lái)當(dāng)光纖彎曲時(shí),界面法線轉(zhuǎn)向,入射角度小,因此一部分光線的入射角度變得小于θc而不能全反射。但原來(lái)入射角較大的那些光線仍可全反射,所以光纖彎曲時(shí)光仍能傳輸,但將引起能量損耗。通常,彎曲半徑大于50~100毫米時(shí),其損耗可忽略不計(jì)。微小的彎曲則將造成嚴(yán)重的“微彎損耗”。

人們常用電磁波理論進(jìn)一步研究光纖傳輸?shù)臋C(jī)制,由光纖介質(zhì)波導(dǎo)的邊界條件來(lái)求解波動(dòng)方程。在光纖中傳播的光包含有許多模式,每一個(gè)模式代表一種電磁場(chǎng)分布,并與幾何光學(xué)中描述的某一光線相對(duì)應(yīng)。光纖中存在的傳導(dǎo)模式取決于光纖的歸一化頻率ν值

光纖衰減

造成光纖衰減的因素有散射損耗、吸收損耗和微彎損耗等。散射損耗主要由瑞利散射產(chǎn)生,它是由玻璃的不規(guī)則分子結(jié)構(gòu)引起的微觀折射率波動(dòng)所造成的,是光纖的固有損耗,也是光纖衰減的最低限。它與λ4成反比。在波長(zhǎng)小于0.8微米時(shí),瑞利散射損耗迅速上升,限制了光纖的使用。光纖基質(zhì)材料SiO2和摻雜氧化物分子的本征吸收損耗又使光纖的衰減,在波長(zhǎng)大于1.7微米時(shí),迅速增大。因此,這類光纖的使用波長(zhǎng)就被限制在0.8~1.7微米范圍內(nèi)。在這一范圍內(nèi),衰減主要是石英玻璃中所含的雜質(zhì)Fe+ +、Cu+ + 等過(guò)渡金屬離子和OH-。的吸收損耗造成的。隨著純化工藝的改進(jìn),雜質(zhì)吸收損耗已被基本上消除,從而達(dá)到了瑞利散射損耗的極限。光纖的不規(guī)則微小彎曲引起模式耦合,造成微彎損耗,因此在加工和使用中應(yīng)盡量避免光纖微彎。

光纖帶寬

光纖傳輸?shù)妮d波是光,雖然頻帶極寬,但并不能充分利用,這是由于光在光纖中傳輸有色散(模間色散、材料色散和波導(dǎo)色散)的緣故。它們?cè)诓煌潭壬嫌绊懝饫w帶寬。

模間色散是由于不同模式的光線在芯- 包界面上的全反射角不同,曲折前進(jìn)的路程長(zhǎng)短不一。因而,一束光脈沖入射光纖后,它所含的各模式經(jīng)一定距離傳輸?shù)竭_(dá)終點(diǎn)的時(shí)間會(huì)有先后,因而引起脈沖展寬。它可使一束窄脈沖展寬達(dá)20納秒/公里左右,光纖的相應(yīng)帶寬約為20兆赫·公里。

材料色散是一種模內(nèi)色散。光纖所傳輸?shù)墓饧词故羌す?,也包含有一定譜寬的不同波長(zhǎng)的光分量。例如,GaAlAs半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光譜寬約為 2納米。光在介質(zhì)中的傳輸速度與折射率 n有關(guān),而石英介質(zhì)的折射率隨波長(zhǎng)變化,因此當(dāng)一束光脈沖入射光纖后,即使是同一模式,傳輸群速也會(huì)因光波長(zhǎng)不同而有差異,致使到達(dá)終點(diǎn)后的脈沖展寬,這就是材料色散。在1.3微米附近,折射率隨波長(zhǎng)的變化極小,因此,材料色散很?。ɡ?皮秒/公里·納米)。消除模間色散可使光纖帶寬大大提高。純石英在1.27微米波長(zhǎng)上具有零色散特性。

波導(dǎo)色散也是一種模內(nèi)色散,是由于模式傳播常數(shù)隨波長(zhǎng)變化引起群速差異而造成的。波導(dǎo)色散更小。在1.3微米波長(zhǎng)附近,材料色散顯著減小,以致二者大致相同,并有可能相互抵消。  光纖的種類  按使用的材料分,有石英光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層光纖和塑料光纖等幾大類。其中石英光纖以高純SiO2玻璃作光纖材料,具有衰減低、頻帶寬等優(yōu)點(diǎn),在研究及應(yīng)用中占主要地位。如按纖芯折射率分類主要有突變型光纖和漸變型光纖。按傳輸光的模式分,有多模光纖和單模光纖。

光纜結(jié)構(gòu)

按照被覆光纖在光纜中所處的狀態(tài),光纜有緊結(jié)構(gòu)與松結(jié)構(gòu)兩類。骨架型光纜是一種典型的松結(jié)構(gòu)。光纖埋在骨架外周螺旋槽中,有活動(dòng)余地。這種光纜隔離外力和防止微彎損耗的特性較好。絞合型光纜當(dāng)使用緊包光纖時(shí)是一種典型的緊結(jié)構(gòu),被覆光纖被緊包于纜結(jié)構(gòu)中,但絞合型光纜使用松包光纖時(shí),由于光纖在二次被覆塑料管中可以活動(dòng),仍屬松結(jié)構(gòu)。絞合型光纜的成纜工藝較為簡(jiǎn)單,性能良好。此外,還有帶狀光纜、單芯光纜等結(jié)構(gòu)類型。

各種光纜中都有增強(qiáng)件,用以承載拉力。它由具有高彈性模量的高強(qiáng)度材料制成,常用的有鋼絲、高強(qiáng)度玻璃纖維和高模量合成纖維芳綸等。增強(qiáng)件使光纜在使用應(yīng)力下只產(chǎn)生極低的伸長(zhǎng)形變(例如小于0.5%),以保護(hù)光纖免受應(yīng)力或只承受極低的應(yīng)力,以防光纖斷裂。

光纜的護(hù)套結(jié)構(gòu)和材料視使用環(huán)境和要求而定,與同樣使用條件下的電纜基本相同。按照光纜的使用環(huán)境分,有架空光纜、直埋光纜、海底光纜、野戰(zhàn)光纜等。

發(fā)展概況

光纖通信的誕生與發(fā)展是電信史上的一次重要革命。人類社會(huì)的信息化建設(shè)正在加速進(jìn)行,即 使是在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展不景氣的情況下,通信和信息行業(yè)還十分火紅。光纖通信正朝高速、超高速、超大容量的光纖傳輸及全光網(wǎng)方向發(fā)展。我國(guó)在實(shí)現(xiàn)信息化進(jìn)程中,“九五”期間中國(guó)電信 完成了“八縱八橫”的光纜干線敷設(shè)。一個(gè)以光纜為主體的骨干通信網(wǎng)逐步形成。四通八達(dá)的高容量光纜干線已成為我國(guó)的“信息通道”。隨著通信事業(yè)的不斷發(fā)展,從省到市、縣甚至鄉(xiāng)鎮(zhèn)也敷設(shè) 了光纜?!肮饫w到戶”的日期越來(lái)越臨近了。近年來(lái),隨著技術(shù)的進(jìn)步,電信體制的改革以及電 信市場(chǎng)的逐步全面開放,更由于IP業(yè)務(wù)的爆炸式發(fā)展所帶來(lái)的帶寬的巨大需求,光纖通信的發(fā)展又一次呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的新局面。

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