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1、浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版2.1 2.1 光纖結(jié)構(gòu)和類型光纖結(jié)構(gòu)和類型2.2 2.2 光纖傳輸原理光纖傳輸原理2.3 2.3 光纖傳輸特性光纖傳輸特性2.4 2.4 光纖的制造工藝光纖的制造工藝2.5 2.5 光纜光纜第第 2 2 章章 光纖和光纜光纖和光纜返回主目錄浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版第第 2 2 章章 光光 纖纖 和和 光光 纜纜2.12.1光纖結(jié)構(gòu)和類型光纖結(jié)構(gòu)和類型纖芯：光能量傳輸?shù)耐ǖ?。纖芯：光能量傳輸?shù)耐ǖ馈０鼘樱簽楣獾膫鬏斕峁┓瓷涿婧凸飧綦x以及機(jī)械保護(hù)作用。包層：為光的傳輸提供反射面和光隔離以及機(jī)械保護(hù)作用。涂覆層：保護(hù)光纖不受水汽的侵蝕和機(jī)械擦傷。一般為涂覆層：保護(hù)光纖不受水

2、汽的侵蝕和機(jī)械擦傷。一般為硅硅橡膠材料或橡膠材料或聚丙乙烯。聚丙乙烯。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版圖2.1 光纖的外型包層n2纖芯n1n1n2設(shè)設(shè)纖芯纖芯和和包層包層的的折射率折射率分別為分別為n1和和n2，傳輸?shù)模瑐鬏數(shù)谋匾獥l件是必要條件是n1n2浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版光纖分類光纖分類 1按光纖的制造材料不同分類 根據(jù)制造材料不同，可分為石英光纖和塑料光纖。高純度石英 2、按光纖的折射率分布不同分類 根據(jù)折射率分布不同，光纖可分為階躍型光纖和漸變型光纖。 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版光纖分類光纖分類3、按光纖、按光纖傳播模式傳播模式分類分類 模式：光纖可以看成是導(dǎo)引電磁能量

3、沿光纖長度方向傳播的光波導(dǎo)，被模式：光纖可以看成是導(dǎo)引電磁能量沿光纖長度方向傳播的光波導(dǎo)，被導(dǎo)電磁波稱為導(dǎo)波模式。導(dǎo)電磁波稱為導(dǎo)波模式。 多模光纖多模光纖(MMF) 單模光纖單模光纖(SMF)。 多模光纖多模光纖:當(dāng)纖芯遠(yuǎn)大于光波波長（約當(dāng)纖芯遠(yuǎn)大于光波波長（約1um）時，傳輸會存在）時，傳輸會存在多個傳輸模式，光纖稱為多模光纖。多個傳輸模式，光纖稱為多模光纖。4、按、按工作波長工作波長分類分類 根據(jù)工作波長不同，可分為短波長光纖和長波長光纖。根據(jù)工作波長不同，可分為短波長光纖和長波長光纖。5按照按照ITU-T建議分類建議分類 為了使光纖具有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，國際電信聯(lián)盟為了使光纖具有統(tǒng)一的國際

4、標(biāo)準(zhǔn)，國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)電信標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)構(gòu)(ITU-T)制定了統(tǒng)一的光纖標(biāo)準(zhǔn)制定了統(tǒng)一的光纖標(biāo)準(zhǔn)(G標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn))。按照。按照ITU-T關(guān)于光纖的建議，關(guān)于光纖的建議，可以將光纖分為可以將光纖分為G.651光纖光纖(多模漸變型光纖多模漸變型光纖)、G.652光纖光纖(標(biāo)準(zhǔn)單模光纖標(biāo)準(zhǔn)單模光纖)、G.653光纖光纖(色散位移光纖色散位移光纖)、G.654光纖光纖(衰減最小光纖衰減最小光纖)、G.655光纖光纖(非零非零色散光纖色散光纖)等。等。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版三種基本類型三種基本類型突變型多模光纖突變型多模光纖（多模階躍折射率光纖多模階躍折射率光纖） 漸變型多模光纖漸變型多模光纖（多模漸

5、變射率光纖多模漸變射率光纖） 單模光纖單模光纖纖芯直徑纖芯直徑2a=5080m，光線以折線形狀沿纖芯中心軸線，光線以折線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號畸變大。帶寬只有方向傳播，特點(diǎn)是信號畸變大。帶寬只有1020 MHzkm，一般用于小容量（一般用于小容量（8 Mb/s以下）短距離（幾以下）短距離（幾km以內(nèi)）系以內(nèi)）系統(tǒng)。統(tǒng)。 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版在纖芯中心折射率最大為n1 ，沿徑向r向外圍逐漸變小，直到包層變?yōu)閚2。這種光纖一般纖芯直徑2a為50m，光線光線以正正弦形狀弦形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號畸變小。漸變漸變型多模光纖的帶寬可達(dá)型多模光纖的帶寬可達(dá)12 GHzkm

6、，適用于中等容量，適用于中等容量（34140 Mb/s）中等距離（）中等距離（1020 km）系統(tǒng)。）系統(tǒng)。 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版折射率分布和階躍型光纖相似，纖芯直徑只有810 m，光光線線以直線形狀直線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播。因?yàn)檫@種光纖只能傳輸一個模式（只傳輸主模），所以稱為單模光纖，其信號畸變很小。 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 相對于而言，和的纖芯直徑都很大，可以容納數(shù)百個模式，所以稱為多模光纖多模光纖。 漸變型多模光纖漸變型多模光纖和單模光纖單模光纖，包層外徑2b都選用125m。 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版特種單模光纖特種單模光纖 最有用的若干典型特種單模光纖的橫截面結(jié)構(gòu)和折射率分

7、布下圖所示： 2a 2an1n2n3(a)(b)(b) (a) 雙包層； (b) 三角芯； (c) 橢圓芯 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版: : 色散平坦光纖色散平坦光纖（DFF） 適用于波分復(fù)用系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以把傳輸容量提高幾倍到幾十倍。 色散移位光纖色散移位光纖（DSF） 超大容量超長距離系統(tǒng)。使用于密集波分復(fù)用和孤子傳輸?shù)拈L距離系統(tǒng)。使用于密集波分復(fù)用和孤子傳輸?shù)拈L距離系統(tǒng)。 改進(jìn)的色散移位光纖改進(jìn)的色散移位光纖 雙折射光纖雙折射光纖或偏振保持光纖偏振保持光纖。提高接收靈敏度，增加傳輸距離。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版公司名稱1998年1999年2000年2001年1998年2001年中國光纖生

8、產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)概況（單位為萬公里）武漢長飛90180200410制棒能力于制棒能力于20012001年底達(dá)到千萬年底達(dá)到千萬公里，是國內(nèi)僅有這一家可以公里，是國內(nèi)僅有這一家可以生產(chǎn)生產(chǎn)G.655G.655光纖的廠家，具有大光纖的廠家，具有大規(guī)模生產(chǎn)多模和單模光纖的能規(guī)模生產(chǎn)多模和單模光纖的能力。力。上海朗訊120170200240進(jìn)口預(yù)制棒生產(chǎn)單模光纖華新藤倉104580120進(jìn)口預(yù)制棒生產(chǎn)單模光纖特發(fā)信息6253540進(jìn)口預(yù)制棒生產(chǎn)單模光纖富通昭和0155080進(jìn)口預(yù)制棒生產(chǎn)單模光纖成都中住 4103070進(jìn)口預(yù)制棒生產(chǎn)單模光纖南京特恩馳53020進(jìn)口預(yù)制棒生產(chǎn)單模光纖西古3435少量制棒生產(chǎn)單

9、模光纖其他2020-合計2334536031005自行研制預(yù)制棒拉絲能力約為46%浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版2.2 2.2 光纖傳輸原理光纖傳輸原理描述光纖傳輸原理有兩種方法：描述光纖傳輸原理有兩種方法：（1）幾何光學(xué)射線法（適用于多模光纖）幾何光學(xué)射線法（適用于多模光纖） 幾何光學(xué)的方法比較直觀，幾何光學(xué)的方法比較直觀， 容易理解，容易理解， 但不十分嚴(yán)格。但不十分嚴(yán)格。（2）波動理論分析法（適用于單模光纖）波動理論分析法（適用于單模光纖） 比較抽象，數(shù)學(xué)推導(dǎo)和演算復(fù)雜。比較抽象，數(shù)學(xué)推導(dǎo)和演算復(fù)雜。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版1 1、均勻平面波在兩理想介質(zhì)交界面的反射和折射、均勻平面波在兩理想介

10、質(zhì)交界面的反射和折射介質(zhì)介質(zhì)n2光疏光疏介質(zhì)介質(zhì)n1光密光密n法線方向法線方向折射率折射率n1n21 13 32 2（1）反射定律（在同一介質(zhì)偏折射）反射定律（在同一介質(zhì)偏折射）1 1 = = 3 3 入射角等于反射角入射角等于反射角（2）折射定律）折射定律2211sinsinnn（3）全反射全反射121arctannnc當(dāng)當(dāng) 時時只有反射光線，沒有折射光線，只有反射光線，沒有折射光線，稱為全反射現(xiàn)象。稱為全反射現(xiàn)象。c c2.2.1幾何光學(xué)方法幾何光學(xué)方法 分析光束在光纖中傳播的空間分布和時間分布。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 如果纖芯的折射率n1=1.48，包層的折射率n2=1,46，在什么條

11、件下光可以保持在纖芯中？211.46arcsinarcsin80.571.4880.57cnn解：入射角大于時發(fā)生全反射。例題：浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版階躍型多模光纖導(dǎo)光原理圖階躍型多模光纖導(dǎo)光原理圖設(shè)和折射率分別為n1和n2，空氣的折射率n0=1，纖芯中心軸線與z軸一致。階躍型多模光纖導(dǎo)光原理階躍型多模光纖導(dǎo)光原理浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 由此可見，只有在半錐角為max的圓錐內(nèi)入射的光束才能在光纖中傳播。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版參數(shù)：數(shù)值孔徑參數(shù)：數(shù)值孔徑NA來表示光纖接收和傳輸能力。來表示光纖接收和傳輸能力。max)浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版2212112221011cossinsinsin

12、maxsincossin:nncnnncncnncnnt折射定理浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版max) = 得光纖的數(shù)值孔徑為：得光纖的數(shù)值孔徑為：212221nnn 光纖的數(shù)值孔徑光纖的數(shù)值孔徑n1n2直徑直徑為相對折射率差設(shè)121/)(nnn NA表示光纖接收和傳輸光的能力。表示光纖接收和傳輸光的能力。1）NA越大，纖芯對光能量的束縛越強(qiáng)，光纖抗彎曲性能越好。越大，纖芯對光能量的束縛越強(qiáng)，光纖抗彎曲性能越好。2）NA越大越大 經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號畸變越大經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號畸變越大浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版例題：例題： 設(shè)光纖的纖芯折射率n1=1.500，包層折射率n2=1.485。求: （1

13、）相對折射率差 ； （2）數(shù)值孔徑NA； （3）入射臨界角max 。 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版解：解：（1）相對折射率差）相對折射率差 ：500. 1485. 1500. 1121nnn01. 02500. 121nNA0.01（2）數(shù)值孔徑）數(shù)值孔徑NA：0.21（3）入射臨界角）入射臨界角max)21. 0(sin)(sin11maxNA12.12o浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版（1）漸變型光纖折射率分布的普遍公式arnararnrng22100)(21 )(n1 和 n2 分別為纖芯中心和包層的折射率；r 和 a 分別為徑向坐標(biāo)和纖芯半徑； 為相對折射率差；圖 2.5 漸變型多模光纖的光線傳播

14、原理 oidzrirmp纖芯n(r)r*zr0dr浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版（1 1）局部數(shù)值孔徑）局部數(shù)值孔徑由于漸變型多模光纖折射率分布是徑向坐標(biāo)由于漸變型多模光纖折射率分布是徑向坐標(biāo)r的函數(shù)，纖芯各的函數(shù)，纖芯各點(diǎn)數(shù)值孔徑不同，所以要定義局部數(shù)值孔徑點(diǎn)數(shù)值孔徑不同，所以要定義局部數(shù)值孔徑NA(r)和最大數(shù)值和最大數(shù)值孔徑孔徑NAmax 222)()(nrnrNA2221maxnnNA浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版（2）自聚焦效應(yīng)）自聚焦效應(yīng)不同入射角相應(yīng)的光線，雖然經(jīng)歷的路程不同，但是最終都會聚在一點(diǎn)上，這種現(xiàn)象稱為具有，不僅不同入射角相應(yīng)的光線會聚在同一點(diǎn)上，而且這些光線的時間延遲時間延遲也近

15、似相等。 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版波動理論分析法波動理論分析法通過求解由通過求解由麥克斯韋方程組導(dǎo)出的波動方程分析電磁場的分布麥克斯韋方程組導(dǎo)出的波動方程分析電磁場的分布(傳輸模式傳輸模式)的性的性質(zhì)質(zhì)，準(zhǔn)確地獲得光纖的傳輸特性。，準(zhǔn)確地獲得光纖的傳輸特性。 根據(jù)根據(jù)麥克斯韋方程組，光纖中可能存在的電磁波可分為有橫電波TE、橫磁波TM及混合波HE和EH等四種。 222222221()()1()()EEvtHHvt浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 一、模式的概念一、模式的概念 所謂的光纖模式光纖模式，就是滿足邊界條件的電磁場波動方程的解，電磁場的穩(wěn)態(tài)分布。光纖中有多個傳輸模式，它與波長，光纖光纖中有多個

16、傳輸模式，它與波長，光纖結(jié)構(gòu)，纖芯和包層的折射率有關(guān)。結(jié)構(gòu)，纖芯和包層的折射率有關(guān)。2)2()2(22122ggnkaggMg為光纖中纖芯的折射率分布參數(shù)。為光纖中纖芯的折射率分布參數(shù)。V為歸一化頻率。為歸一化頻率。傳輸模數(shù)（模的數(shù)量）傳輸模數(shù)（模的數(shù)量）多模光纖的模式特性多模光纖的模式特性22212nnaV 波動理論分析法波動理論分析法浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 對于階躍光纖，對于階躍光纖， g， 其模式數(shù)目為其模式數(shù)目為 對于漸變光纖對于漸變光纖, g， 其模式數(shù)目為其模式數(shù)目為 對于三角分布對于三角分布, g， 其模式數(shù)目為其模式數(shù)目為22VM 42VM 62VM 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版

17、 例：如果纖芯直徑例：如果纖芯直徑 數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑NA=0.275,工作波長工作波長 計算漸變折射率的模式數(shù)量。計算漸變折射率的模式數(shù)量。,1300nm ,5 .62 umd 例題：例題：浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版22212nnaV 5 .41101300/ )275. 0105 .6214. 3(96 43142 VM浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版單模光纖的模式特性單模光纖的模式特性傳輸模式數(shù)目隨V值的增加而增多01234560b1n1n2 / kHE11TE01HE31HM01HE21EH11EH12HE41EH21TM02TE02HE22V 特別值得注意的是當(dāng)V 1.27 m時有時有正正的色散

18、，的色散， 1.27 m時有時有負(fù)負(fù)的色散。的色散。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散:是由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)與波長有關(guān)而產(chǎn)生的，它取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯與包層的相對折射率差。對于普通的單模光纖，波對于普通的單模光纖，波導(dǎo)色散隨折射率分布、光纖的纖芯、光波長的減導(dǎo)色散隨折射率分布、光纖的纖芯、光波長的減 小而變大。小而變大。 波導(dǎo)色散為負(fù)色散。波導(dǎo)色散為負(fù)色散。材料色散和波導(dǎo)色散通稱為色度色散（波長色散）。材料色散和波導(dǎo)色散通稱為色度色散（波長色散）。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版纖芯半徑越小纖芯半徑越小，折射率差越大折射率差越大，波導(dǎo)色散也越負(fù)波導(dǎo)色散也越負(fù)浙江傳媒學(xué)院光纖

19、上課新版偏振模色散偏振模色散: 偏振模色散是輸入光脈沖激勵的兩個正交的偏振模式之偏振模色散是輸入光脈沖激勵的兩個正交的偏振模式之間的群速度不同而引起的色散。間的群速度不同而引起的色散。 偏振模色散僅在超高速偏振模色散僅在超高速,超長距離系統(tǒng)產(chǎn)生影響超長距離系統(tǒng)產(chǎn)生影響,將成為最將成為最后的極限后的極限. !多模光纖多模光纖: 模式色散占主要地位模式色散占主要地位.!單模光纖單模光纖: 材料色散和波導(dǎo)色散共同影響總材料色散和波導(dǎo)色散共同影響總色散色散.浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版色散的表示色散的表示色散的大小色散的大小常用時延差時延差(脈沖展寬)來表示，而時延差是光脈沖的不同模式或不同波長成分傳輸同

20、樣距離所需的時間。用脈沖展寬脈沖展寬表示時，光纖色散光纖色散可以寫成222wmn n ； m； w 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版多模光纖的色散（了解）多模光纖的色散（了解）cLncnLn12212)0(21cnL浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版單模光纖的色散單模光纖的色散 單模光纖的波長色散用單模光纖的波長色散用D() 表示，即表示，即單位波長單位波長間隔間隔（1nm）的兩個頻率成分在光纖中傳播）的兩個頻率成分在光纖中傳播1km時時 所所產(chǎn)生的產(chǎn)生的群時延差群時延差。在工程中將稱為。在工程中將稱為色散系數(shù)色散系數(shù)。即。即定義定義為：為： 單位皮秒每千米每納米時延差。為光波長間隔對應(yīng)的群為光波長間隔，（)/

21、(ps)(kmnmD)()()(WmDDDDm 為材料色散材料色散;上式右邊第二項(xiàng)第二項(xiàng) DW 為波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版單模光纖色散特性單模光纖色散特性總色散在=1310nm 附近為零，即零色散波長0=1310 nm浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 零色散波長零色散波長0=1310 nm的石英光纖是一種常規(guī)單模光纖常規(guī)單模光纖，國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu) ITU T 將其命名為G.652 光纖光纖。這種光纖既可用于 1.31 m 波長區(qū)，也可用于1.55 m 波長區(qū)，是一種可供雙窗口雙窗口應(yīng)用的單模光纖。 它的最佳工作波長在1.31m 區(qū)域浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版G.653色散位移單

22、模光纖色散位移單模光纖 通過改變通過改變光纖光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、折射率分布形狀折射率分布形狀，力求加大波導(dǎo)色散，從而將零色散波長零色散波長0從 1.310m 位移位移到1.550m，實(shí)現(xiàn)1.550m處最低衰減最低衰減和零色散波長零色散波長一致。這種光纖稱為色散位移色散位移單模光纖單模光纖, ITU T 將其命名為G.653光纖光纖。G.653光纖光纖工作波長在1.550m區(qū)域，它非常適合于長長距離單信道距離單信道光纖通信系統(tǒng)。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版G.653光纖光纖在1.550m波長區(qū)的零色散產(chǎn)生了四波混頻四波混頻非線性效應(yīng)非線性效應(yīng)G.653光纖的基礎(chǔ)上光纖的基礎(chǔ)上通過過改變光纖的結(jié)構(gòu)

23、參數(shù)、折射率分布形狀的方法，使得這種光纖在1.550m波長處的色散不為零色散不為零，零色散波長不在1.55m，而在1.525m或1.585 m。故其被稱為非零色散位移單模光纖非零色散位移單模光纖，ITU T 將其命名為G.655光纖（最新一代光纖）光纖（最新一代光纖）。 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版G.655 光纖性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)是： 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版G.652、 G.653、 G.655 的色散浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版吸收損耗吸收損耗 -是由是由SiO2材料引起的固有吸收材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。散射損耗散射損耗 -主要由材料微觀密度不均勻引主

24、要由材料微觀密度不均勻引起的起的和由光纖和由光纖(如氣如氣泡泡)引起的散射產(chǎn)生的。引起的散射產(chǎn)生的。輻射損耗輻射損耗 -光纖的幾何形狀有關(guān)光纖的幾何形狀有關(guān)2.3.2光纖的損耗光纖的損耗 是影響光纖傳輸特性的一個重要指標(biāo)。由于損耗的存在，將會減小是影響光纖傳輸特性的一個重要指標(biāo)。由于損耗的存在，將會減小傳輸?shù)墓庑盘柕哪芰浚剐盘杺鬏數(shù)木嚯x受到限制。傳輸?shù)墓庑盘柕哪芰?，使信號傳輸?shù)木嚯x受到限制。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 通信中習(xí)慣用通信中習(xí)慣用AcckmdBPPLi2410)/(lg10c1為，c2為產(chǎn)生的損耗，A為浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 光纖的光纖的 - 曲線曲線 常規(guī)單模光纖在常規(guī)單模光纖

25、在1400nm附近有一個衰減峰值，這是光纖附近有一個衰減峰值，這是光纖中水分子的吸收作用造成的，朗訊中水分子的吸收作用造成的，朗訊1998年進(jìn)行了超高純年進(jìn)行了超高純度提純，大大提高帶寬。度提純，大大提高帶寬。有三個低損耗窗口，分別為有三個低損耗窗口，分別為850nm，1310nm，1550nm浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版波長 / m損耗 /( dBkm1)0.802468100.61.01.21.41.6800損耗 / (dBkm1)波長 / nm0.0SIFGIFSMF0.51.02.02.53.03.54.01.51000120014001600abcdeabcde8501300131013

26、8015501.810.350.340.400.19nmdB / km(a)(b)1.8、由下圖看到：由下圖看到：（1）從多模突變型）從多模突變型(SIF)、漸變型、漸變型(GIF)光纖到單模光纖到單模(SMF)光纖，損耗依次減小。光纖，損耗依次減小。（2）在）在0.81.55 m波段內(nèi)，除吸收峰外，光纖損耗隨波長增加而迅速減小。波段內(nèi)，除吸收峰外，光纖損耗隨波長增加而迅速減小。（3）從多模）從多模SIF、 GIF光纖到光纖到SMF光纖，色散依次減小光纖，色散依次減小(帶寬依次增大帶寬依次增大)。正因?yàn)檫@些特性，正因?yàn)檫@些特性， 使光纖通信從使光纖通信從SIF、GIF光纖發(fā)展到光纖發(fā)展到SMF

27、光纖，從短波長光纖，從短波長(0.85 m)“窗口窗口”發(fā)展到長波長發(fā)展到長波長(1.31 m和和1.55 m)“窗口窗口”，使系統(tǒng)技術(shù)水平不斷提高。，使系統(tǒng)技術(shù)水平不斷提高。 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版光纖特性的標(biāo)準(zhǔn)光纖特性的標(biāo)準(zhǔn)浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版2.4光纖的制造工藝光纖的制造工藝 目前通信用光纖主要是以石英玻璃（目前通信用光纖主要是以石英玻璃（SiO2）為主的石英）為主的石英光纖。光纖。 制造光纖流程：制造光纖流程： 制制 作作光光 纖纖預(yù)制棒預(yù)制棒拉絲拉絲涂覆涂覆套塑套塑成纜成纜浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 預(yù)制棒（預(yù)制棒（preform）: :拉制光纖的原始棒體

28、拉制光纖的原始棒體材料材料, ,具有與光纖相似結(jié)構(gòu)和折射率分布。具有與光纖相似結(jié)構(gòu)和折射率分布。 預(yù)制棒制造的關(guān)鍵：預(yù)制棒制造的關(guān)鍵： （1 1）如何制作出光纖材料）如何制作出光纖材料 （2 2）如何控制光纖纖芯、包層的折射率）如何控制光纖纖芯、包層的折射率光纖預(yù)制棒的制造光纖預(yù)制棒的制造 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版光纖折射率的控制 通過通過摻雜摻雜實(shí)現(xiàn)光纖折射率增加、減?。簩?shí)現(xiàn)光纖折射率增加、減小： 纖芯摻雜折射率稍高的纖芯摻雜折射率稍高的Ge(鉻鉻)、P等元素等元素 包層摻雜折射率稍低的包層摻雜折射率稍低的F（氟）、（氟）、B元素等元素等 通過通過載運(yùn)氣體（氧氣、氬氣）流速載運(yùn)氣體（氧氣、氬

29、氣）流速控制摻雜量的多少，控制摻雜量的多少，從而控制折射率變化的大小從而控制折射率變化的大小光纖預(yù)制棒的制造光纖預(yù)制棒的制造工藝（1）改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)等離子體激活化學(xué)氣相沉積法等離子體激活化學(xué)氣相沉積法(PCVD)浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版PCVD MACHINE浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版光纖的拉制工藝浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版拉絲塔浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版光纖的涂覆和套塑 從預(yù)制棒拉出的光纖還不能直接使用，是脆性斷裂材料，達(dá)不到實(shí)際使用的強(qiáng)度要求，抗拉和抗彎能力都較差。 由于制造工藝的不完善，光纖強(qiáng)度將進(jìn)一步下降。 為保護(hù)光纖表面，提高抗拉強(qiáng)度和抗彎曲強(qiáng)度，還要

30、對光纖進(jìn)行涂覆和套塑處理。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版國內(nèi)相關(guān)情況 光纖預(yù)制棒生產(chǎn)企業(yè)有五家：長飛、法爾勝光子、烽火通信、杭州富通和特恩弛，5家企業(yè)的生產(chǎn)能力是2000萬公里年。 光纖拉絲生產(chǎn)企業(yè)有19家：長飛、上海光纖、南京華新藤倉、深圳特發(fā)、成都中住、杭州富通、法爾勝光子、西古、烽火通信、天大天財、特恩弛、亨通阿爾法、中天科技、華倫光纖、富春江、上海華源、山東太平洋、海南韓國三星、海南睿豐，這19家企業(yè)的生產(chǎn)能力是3500萬公里年。 國內(nèi)市場對光纖產(chǎn)品的需求：2010年中國市場光纖的需求量是1449.7萬公里。中國市場的光纖產(chǎn)品供大于求，也會使得市場的競爭激烈化。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 涂覆

31、是與拉絲工藝同時進(jìn)行的。當(dāng)光纖向下拉制時，光纖表面的微裂紋尚沒與空氣中水分等發(fā)生反應(yīng)或擴(kuò)大，就迅速地進(jìn)行涂覆來保護(hù)光纖的表面。 涂覆材料一般是硅酮樹脂和丙烯酸脂類材料。通常涂覆都在兩層以上，里面的一層用折射率比石英玻璃稍大的變性硅酮樹脂，可以用來吸收透過包層的光。外面的第二層是普通的硅酮樹脂，而且涂層較厚。光纖的涂覆和套塑浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版2.52.5光纜光纜2.5.1光纖成纜之后要求光纜：光纖成纜之后要求光纜：1. 抗拉力特性抗拉力特性 光纜能承受的最大拉力取決于加強(qiáng)構(gòu)件的材料和橫截面光纜能承受的最大拉力取決于加強(qiáng)構(gòu)件的材料和橫截面 積，一般要求大于積，一般要求大于1 km光纜的重量光

32、纜的重量 (100400 kg)2. 抗壓特性抗壓特性 光纜能承受的最大側(cè)壓力取決于護(hù)套的材料和結(jié)構(gòu)，多數(shù)光纜能承受的最大側(cè)壓力取決于護(hù)套的材料和結(jié)構(gòu)，多數(shù) 在在100 400 kg/10 cm3. 改善溫度特性、隔離潮氣改善溫度特性、隔離潮氣4. 要求光纜材料不容易析氫要求光纜材料不容易析氫浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 2.5.22.5.2光纜結(jié)構(gòu)和類型光纜結(jié)構(gòu)和類型光纜一般由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層三部分組成。光纜一般由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層三部分組成。 1. 1. 纜芯纜芯 纜芯由光纖的芯數(shù)決定，有單芯、多芯。纜芯由光纖的芯數(shù)決定，有單芯、多芯。 多芯光纜要對光纖進(jìn)行著色以便于識別多芯光纜要對光纖

33、進(jìn)行著色以便于識別。 2. 2. 護(hù)套護(hù)套 護(hù)套起著對纜芯的機(jī)械保護(hù)和環(huán)境保護(hù)作用，要求具有良好的抗側(cè)壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力。 3.加強(qiáng)件加強(qiáng)件 兩種結(jié)構(gòu)方式：兩種結(jié)構(gòu)方式： 一種是放在光纜中心的中心加強(qiáng)方式，一種是放在光纜中心的中心加強(qiáng)方式， 另一種是放另一種是放 在護(hù)層中的外層加強(qiáng)方式。在護(hù)層中的外層加強(qiáng)方式。 通常用楊氏模量大的鋼絲或非金屬材料例如芳綸纖維通常用楊氏模量大的鋼絲或非金屬材料例如芳綸纖維(Kevlar)(Kevlar)做成做成。 浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版光纜類型多種多樣，根據(jù)纜芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，光纜可分光纜類型多種多樣，根據(jù)纜芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，光纜可分為四種基本形式。為四

34、種基本形式。（1）層絞式光纜的結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)的電纜結(jié)構(gòu)方式，故又層絞式光纜的結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)的電纜結(jié)構(gòu)方式，故又稱為古典式光纜。稱為古典式光纜。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版光纖置放于塑料骨架的槽中，槽的橫截面可以是光纖置放于塑料骨架的槽中，槽的橫截面可以是 V形、形、U 形或形或其它形狀，槽的縱向呈螺旋形或正弦形，一個空槽可放置其它形狀，槽的縱向呈螺旋形或正弦形，一個空槽可放置510根一次涂覆光纖。根一次涂覆光纖。骨架：聚乙烯材料，抗側(cè)壓性能好骨架：聚乙烯材料，抗側(cè)壓性能好（2）骨架式骨架式我國及歐亞各國用的較多的是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層絞式和骨架式我國及歐亞各國用的較多的是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層絞式和骨架式浙江傳媒學(xué)

35、院光纖上課新版（3）中心束管式）中心束管式把一次被覆光纖或光纖束放入大套管中，加強(qiáng)件把一次被覆光纖或光纖束放入大套管中，加強(qiáng)件配置在套管周圍而構(gòu)成。配置在套管周圍而構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)件同時這種結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)件同時起著護(hù)套的部分作用，有利于減輕光纜的重量。起著護(hù)套的部分作用，有利于減輕光纜的重量。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版（4）帶狀式）帶狀式把帶狀光纖單元放入大套管內(nèi)，把帶狀光纖單元放入大套管內(nèi)， 形成中心束管式形成中心束管式結(jié)構(gòu)，也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內(nèi)或結(jié)構(gòu)，也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內(nèi)或松套管內(nèi)，松套管內(nèi)， 形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。帶狀式纜帶狀式纜芯有利

36、于制造容納幾百根光纖的高密度光纜，這芯有利于制造容納幾百根光纖的高密度光纜，這種光纜已廣泛應(yīng)用于接入網(wǎng)。種光纜已廣泛應(yīng)用于接入網(wǎng)。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版2.5.3光纜的種類 光纜的種類很多，分類方法也很多，習(xí)慣的有：光纜的種類很多，分類方法也很多，習(xí)慣的有： 根據(jù)光纜的傳輸性能、距離和用途，可以分為市話光纜、根據(jù)光纜的傳輸性能、距離和用途，可以分為市話光纜、長途光纜、海底光纜和用戶光纜；長途光纜、海底光纜和用戶光纜； 根據(jù)光纖的種類，可以分為多模光纜、單模光纜；根據(jù)光纖的種類，可以分為多模光纜、單模光纜； 根據(jù)光纖芯數(shù)的多少，可以分為單芯光纜和多芯光纜等根據(jù)光纖芯數(shù)的多少，可以分為單芯光纜和

37、多芯光纜等等；等； 根據(jù)加強(qiáng)構(gòu)件的配置方式，分為中心加強(qiáng)構(gòu)件光纜根據(jù)加強(qiáng)構(gòu)件的配置方式，分為中心加強(qiáng)構(gòu)件光纜(如層如層絞式光纜、骨架式光纜等絞式光纜、骨架式光纜等)、分散加強(qiáng)構(gòu)件光纜、分散加強(qiáng)構(gòu)件光纜(如束管式如束管式光纜光纜)和護(hù)層加強(qiáng)構(gòu)件光纜和護(hù)層加強(qiáng)構(gòu)件光纜(如帶狀式光纜如帶狀式光纜)； 根據(jù)敷設(shè)方式，分為管道光纜、直埋光纜、架空光纜和根據(jù)敷設(shè)方式，分為管道光纜、直埋光纜、架空光纜和水底光纜；水底光纜； 根據(jù)護(hù)層材料性質(zhì)，分為普通光纜、阻燃光纜和防蟻、根據(jù)護(hù)層材料性質(zhì)，分為普通光纜、阻燃光纜和防蟻、防鼠光纜等。防鼠光纜等。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版2.5.4光纜的型號 光纖的規(guī)格代號是由光

38、纖數(shù)目、光纖類別、光纖主要尺寸參數(shù)、傳輸性能（使用波長、損耗系數(shù)、模式帶寬）及適用溫度五個部分組成，各部分均用代號或數(shù)字表示。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 光纜分類代號及其意義光纜分類代號及其意義 GY：通信用室(野)外光纜； GR：通信用軟光纜； GJ：通信用室(局)內(nèi)光纜； GS：通信用設(shè)備內(nèi)光纜； GH：通信用海底光纜； GT：通信用特殊光纜； GW：通信用無金屬光纜。l加強(qiáng)構(gòu)件的代號及意義加強(qiáng)構(gòu)件的代號及意義l無符號：金屬加強(qiáng)構(gòu)件； lF：非金屬加強(qiáng)構(gòu)件；lG：金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件；lH：非金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 派生特征的代號及其意義派生特征的代號及其意義 B：扁平式結(jié)構(gòu)

39、； Z：自承式結(jié)構(gòu)； T：填充式結(jié)構(gòu)； S：松套結(jié)構(gòu)。 注：當(dāng)光纜型式兼有不同派生特征時，其代號字母順序并列。l護(hù)套的代號及其意義護(hù)套的代號及其意義lY：聚乙烯護(hù)套； lV：聚氯乙烯護(hù)套；lU：聚氨酯護(hù)套； lA：鋁、聚乙烯護(hù)套； lL：鋁護(hù)套； lQ：鉛護(hù)套；lG：鋼護(hù)套； lS：鋼、鋁、聚乙烯綜合護(hù)套。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 外護(hù)層的代號及其意義外護(hù)層的代號及其意義 外護(hù)層是指鎧裝層及鎧裝層外面的外被層，參照國標(biāo)GB2952-82的規(guī)定，采用兩位數(shù)字表示。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版光纖的規(guī)格光纖的規(guī)格 光纖的規(guī)格代號是由光纖數(shù)目、光纖類別、光光纖的規(guī)格代號是由光纖數(shù)目、光纖類別、光纖尺寸參

40、數(shù)、傳輸性能和適用溫度五部分組成，纖尺寸參數(shù)、傳輸性能和適用溫度五部分組成，均用代號或數(shù)字表示。均用代號或數(shù)字表示。 一金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件，阻燃結(jié)構(gòu)、鋁護(hù)套、聚乙烯外護(hù)層的通信用室外光纜，包括12根、芯徑/包層直徑為50/125m的二氧化硅多模漸變型光纖。 因此光纜的型號應(yīng)為：GYGZL03-12A1a。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版光纜 概念多模光纖中模式的數(shù)目 單模光纖的傳播模模式色散色度色散偏振模色散吸收損耗散射損耗彎曲損耗 分類色散補(bǔ)償 定義產(chǎn)生的原因 損耗譜光纖 截斷法 插入法 后向散射法 損耗的測量方法 帶寬的測量方法 色散的測量方法光纖特性的測試技術(shù) 光纖的色散 光纖的損耗 光纖模式幾何

41、光學(xué)分析法波動理論分析法 數(shù)值孔徑光纜的結(jié)構(gòu)光纜的分類光纜的特性光纜的型號 分類 傳輸特性 光 纖 和 光 纜浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 填空題 （1）單模光纖中不存在 色散，僅存在 色散，具體來講，可分為 和 。 （2）光纖色散參數(shù)的單位為 ，代表兩個波長間隔為 的光波傳 輸 后到達(dá)時間的延遲。 （3）單模傳輸條件是 。 （4）光纜大體上是由 、 和 三部分組成。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版 2.2 光纖由哪幾部分構(gòu)成？各起什么作用？ 2.3 什么叫做光纖的色散？光纖的色散分為哪幾種？在單模光纖中有哪些色散？ 2.4 光纜的基本結(jié)構(gòu)是什么？ 2.5 光纜按照成纜結(jié)構(gòu)方式不同可分為哪幾種？習(xí) 題浙江

42、傳媒學(xué)院光纖上課新版第二章知識點(diǎn)小結(jié)第二章知識點(diǎn)小結(jié)1 1、光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件。、光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件。2 2、突變多模光纖數(shù)值孔徑的概念及計算。、突變多模光纖數(shù)值孔徑的概念及計算。3 3、弱導(dǎo)波光纖的概念。、弱導(dǎo)波光纖的概念。4 4、相對折射率指數(shù)差的定義及計算。、相對折射率指數(shù)差的定義及計算。5 5、突變多模光纖的時間延遲。、突變多模光纖的時間延遲。6 6、漸變型多模光纖自聚焦效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理。、漸變型多模光纖自聚焦效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理。8 8、突變光纖和平方律漸變光纖傳輸模數(shù)量的計算。、突變光纖和平方律漸變光纖傳輸模數(shù)量的計算。7 7、歸一化頻率的表達(dá)式。、歸一化頻率的表達(dá)式。浙江傳媒學(xué)院光纖上課新版1010、三種色散的定義。、三種色散的定義。1111、3dB3dB帶寬的表達(dá)式及相關(guān)計算。帶寬的表達(dá)式及相關(guān)計算。1212、光纖損耗產(chǎn)生的機(jī)理。、光纖損耗產(chǎn)生的機(jī)理。1313、非零色散光纖。、非零色散光纖。1414、光纜纜芯的結(jié)構(gòu)類型。、光纜纜芯的結(jié)構(gòu)類型。9 9、單模條件和截止波長。、單模條件和截止波長。