光纖的結(jié)構(gòu)與分類.ppt

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1、2-1光纖結(jié)構(gòu)與分類一、光纖的結(jié)構(gòu)二、光纖的分類一次涂覆層纖芯包層套層一次涂覆層包層纖芯套層光纖的結(jié)構(gòu)示意圖纖芯位于光纖中心，直徑2a為5～75μm,作用是傳輸光波。包層位于纖芯外層，直徑2b為100～150μm,作用是將光波限制在纖芯中。纖芯和包層即組成裸光纖，兩者采用高純度二氧化硅（SiO2）制成，但為了使光波在纖芯中傳送，應(yīng)對材料進(jìn)行不同摻雜，使包層材料折射率n2比纖芯材料折射率n1小，即光纖導(dǎo)光的條件是n1＞n2。一、光纖的結(jié)構(gòu)一次涂敷層是為了保護(hù)裸纖而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮樹脂層，厚度一般為30～150μm。套層又稱二次涂覆或被覆層，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龍

2、等材料。經(jīng)過二次涂敷的裸光纖稱為光纖芯線。根據(jù)光纖的折射率、光纖材料、傳輸模式、光纖用途和制造工藝，有如下幾種分類方法：1．階躍型和梯度型光纖(根據(jù)光纖的折射率分布函數(shù))階躍光纖的纖芯與包層間的折射率階躍變化的，即纖芯內(nèi)的折射率分布大體上是均勻的，包層內(nèi)的折射率分布也大體均勻，均可視為常數(shù)，但是纖芯和包層的折射率不同，在界面上發(fā)生突變。梯度光纖纖芯內(nèi)的折射率不是常量，而是從中心軸線開始沿徑向大致按拋物線形狀遞減，中心軸折射率最大。二、光纖分類2．按材料分類(1)高純度石英(SiO2)玻璃纖維。這種材料的光損耗比較小，在波長λ＝1.2μm時、最低損耗約為0.47dB/km。(2)多組分玻璃光

3、纖用常規(guī)玻璃制成，損耗也很低。如硼硅酸鈉玻璃光纖，在波長λ＝0.84μm時，最低損耗為3.4dB/km。(3)塑料光纖。用人工合成導(dǎo)光塑料制成，其損耗較大。當(dāng)λ＝0.63μm時，損耗高達(dá)100～200dB/km；但重量輕，成本低，柔軟性好，適用于短距離導(dǎo)光。3．按傳輸模數(shù)分類(1)單模光纖單模光纖纖芯直徑僅有幾微米，接近光的波長。單模光纖通常是指躍變光纖中，內(nèi)芯尺寸很小，光纖傳輸模數(shù)很少，原則上只能傳送一種模數(shù)的光纖，常用于光纖傳感器。這類光纖傳輸性能好、頻帶很寬，具有較好的線性度；但因內(nèi)芯尺寸小，難以制造和耦合。(2)多模光纖。多模光纖纖芯直徑約為50μm，纖芯直徑遠(yuǎn)大于光的波長。通常是

4、指躍變光纖中，內(nèi)芯尺寸較大，傳輸模數(shù)很多的光纖。這類光纖性能較差，帶寬較窄；但由于芯子的截面積大，容易制造、連接耦合比較方便，也得到了廣泛應(yīng)用。石英系列光纖（以SiO2為主要材料）按光纖組成材料劃分多組分光纖（材料由多組成分組成）液芯光纖（纖芯呈液態(tài)）塑料光纖（以塑料為材料）階躍型光纖（SIF）光纖種類按光纖纖芯折射率分布劃分漸變型光纖（GIF）W型光纖單模光纖（SMF）按光纖傳輸模式數(shù)劃分芯徑多模光纖（MMF）光纖的分類2b2b2b2c2a2a2annnn1n1n1n2n2n2n30abr0abr0acbr（a）階躍光纖（b）漸變光纖（c）W型光纖光纖的纖芯折射率剖面分布階躍型光纖（SI

5、F）：纖芯折射率呈均勻分布，纖芯和包層相對折射率差Δ為1%～2%。漸變型光纖（GIF）：纖芯折射率呈非均勻分布，在軸心處最大，而在光纖橫截面內(nèi)沿半徑方向逐漸減小，在纖芯與包層的界面上降至包層折射率n2。W型光纖（雙包層光纖）：在纖芯與包層之間設(shè)有一折射率低于包層的緩沖層，使包層折射率介于纖芯和緩沖層之間?？梢詫崿F(xiàn)在1.3～1.6μm之間色散變化很小的色散平坦光纖或把零色散波長移到1.55μm的色散位移光纖。指在工作波長中，只能傳輸一個傳播模式的光纖，通常簡稱為單模光纖（SMF：SingleModeFiber）。目前，在有線電視和光通信中，是應(yīng)用最廣泛的光纖。由于光纖的纖芯很細(xì)（約10μm

6、）而且折射率呈階躍狀分布，當(dāng)歸一化頻率V參數(shù)＜2.4時，理論上，只能形成單模傳輸。單模光纖SMF沒有多模色散，不僅傳輸頻帶較多模光纖更寬，再加上SMF的材料色散和結(jié)構(gòu)色散的相加抵消，其合成特性恰好形成零色散的特性，使傳輸頻帶更加拓寬。SMF中，因摻雜物不同與制造方式的差別有許多類型。凹陷型包層光纖（DePr-essedCladFiber），其包層形成兩重結(jié)構(gòu)，鄰近纖芯的包層，較外側(cè)包層的折射率還低。單模光纖將傳播可能的模式為多個模式的光纖稱作多模光纖。纖芯直徑為50μm，由于傳輸模式可達(dá)幾百個，與SMF相比傳輸帶寬主要受模式色散支配。曾用于有線電視和通信系統(tǒng)的短距離傳輸。自從出現(xiàn)SMF光纖

7、后，似乎形成歷史產(chǎn)品。但實際上，由于MMF較SMF的芯徑大且與局域網(wǎng)等光源結(jié)合容易，更有優(yōu)勢。所以，在短距離通信領(lǐng)域中MMF仍在重新受到重視。多模光纖MMF按折射率分布進(jìn)行分類時，有：漸變（GI）型和階躍（SI）型兩種。從幾何光學(xué)角度來看，漸變型在纖芯中前進(jìn)的光束呈現(xiàn)以蛇行狀傳播。由于，光的各個路徑所需時間大致相同。所以，傳輸容量較SI型大。SI型MMF光纖的折射率分布，纖芯折射率的分布是相同的，但與包層的界面呈階梯狀。