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光纤的概念、工作原理、设计原则和分类



作者:天博    发布时间:2021-02-06 23:05


  calFiber)的简称。但通信系统中常常将OpTIcalFibe(光纤)又简化为Fiber,例如:光纤

  光纤实际是指由透明材料做成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料作成的包层所被覆,并将射入纤芯的光信号,经包层界面反射,使光信号在纤芯中传播前进的媒体。

  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。

  是以二氧化硅(SiO2)为主要原料,并按不同的掺杂量,来控制纤芯和包层的折射率分布的光纤。石英(玻璃)系列光纤,具有低耗、宽带的特点,现在已广泛应用于有线电视和通信系统。

  作为光通信领域所开发的石英系列光纤的工作波长,尽管用在较短的传输距离,也只能用于2pm。为此,能在更长的红外波长领域工作,所开发的光纤称为红外光纤。

  复合光纤(CompoundFiber)在SiO2原料中,再适当混合诸如氧化钠(Na2O)、氧化硼(B2O2)、氧化钾(K2O2)等氧化物的多成分玻璃做成的光纤,特点是多成分玻璃比石英的软化点低且纤芯与包层的折射率差很大。主要用在医疗业务的光纤内窥镜。

  氯化物光纤(FluorideFiber)是由氟化物玻璃做成的光纤。这种光纤原料又简称ZBLAN(即将氟化铝(ZrF4)、氰化钡(BaF2)、氟化镧(LaF3)、氟化铝(A1F2)、氰化钠(NaF)等氯化物玻璃原料简化成的缩语。主要工作在2~10pm波长的光传输业务。

  塑包光纤(PlasTIcCladFiber)是将高纯度的石英玻璃做成纤芯,而将折射率比石英稍低的如硅胶等塑料作为包层的阶跃型光纤。它与石英光纤相比较,具有纤芯组、数值孔径(NA)高的特点。

  这是将纤芯和包层都用塑料(聚合物)做成的光纤。早期产品主要用于装饰和导光照明及近距离光键路的光通信中。

  这是指在工作波长中,只能传输一个传播模式的光纤,通常简称为单模光纤(SMF:Single)。目前,在有线电视和光通信中,是应用最广泛的光纤。

  将光纤按工作波长以其传播可能的模式为多个模式的光纤称作多模光纤(MMF:MUlTI)。纤芯直径为50pm,由于传输模式可达几百个,与SMF相比传输带宽主要受模式色散支配。在历史上曾用于有线电视和通信系统的短距离传输。

  单模光纤的工作波长在1.3Pm时,模场直径约9Pm,其传输损耗约0.3dB/km。此时,零色散波长恰好在1.3pm处。

  色散移位光纤(DSF)是将单模光纤设计零色散位于1.55pm波段的光纤。而色散平坦光纤(DFF:Fiber)却是将从1.3Pm到1.55pm的较宽波段的色散,都能做到很低,几乎达到零色散的光纤称作DFF。

  双折射光纤是指在单模光纤中,可以传输相互正交的两个固有偏振模式的光纤而言。因为,折射率随偏报方向变异的现象称为双折射。

  通信用光纤通常的工作环境温度可在-40~+60℃之间,设计时也是以不受大量辐射线照射为前提的。相比之下,对于更低温或更高温以及能遭受高压或外力影响、曝晒辐射线的恶劣环境下,也能工作的光纤则称作抗恶环境光纤(HardFiber)。

  为了保持光纤的机械强度和损耗的长时间稳定,而在玻璃表面涂装碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、碳(C)等无机材料,用来防止从外部来的水和氢的扩散所制造的光纤(HCF:Fiber)。

  在石英光纤的表面涂敷碳膜的光纤,称之碳涂层光纤(CCF:CarbonCoatedFiber)。其机理是利用碳素的致密膜层,使光纤表面与外界隔离,以改善光纤的机械疲劳损耗和氢分子的损耗增加。CCF是密封涂层光纤(HCF)的一种。

  标准光纤的纤芯是设置在包层中心的,纤芯与包层的截面形状为同心圆型。但因用途不同,也有将纤芯位置和纤芯形状、包层形状,做成不同状态或将包层穿孔形成异型结构的。相对于标准光纤,称这些光纤叫异型光纤。

  采用含有荧光物质制造的光纤。它是在受到辐射线、紫外线等光波照射时,产生的荧光一部分,可经光纤闭合进行传输的光纤。

  通常的光纤是由一个纤芯区和围绕它的包层区构成的。但多芯光纤(MultiCoreFiber)却是一个共同的包层区中存在多个纤芯的。由于纤芯的相互接近程度,可有两种功能。

  将光纤做成空心,形成圆筒状空间,用于光传输的光纤,称作空心光纤(HollowFiber)。

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