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光纤的原理与分类图解

发布时间:2016-07-25 点击数:821

光纤,即光导纤维,是一种达致光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理传输的光传导工具。按照制造光纤所用的材料分类,有石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤等。

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(毫微米)。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:850,1310,1550三种。 
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。

     按光在光纤中的传输模式可分为:单模光纤和多模光纤。按最佳传输频率窗口分:常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。

        
多模光纤的纤芯直径为50~62.5μm,包层外直径125μm,单模光纤的纤芯直径为8.3μm,包层外直径125μm。光纤的工作波长有短波长0.85μm、长波长1.31μm和1.55μm。
单模光纤(Single Mode Fiber):中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm),只能传一种模式的光。因此,其模间色散很小,适用于远程通讯,但还存在着材料色散和波导色散,这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求,即谱宽要窄,稳定性要好。

        
按最佳传输频率窗口分:常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。
常规型:光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上,如1300μm。
色散位移型:光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上,如:1300μm和1550μm。

       按折射率分布情况分:阶跃型和渐变型光纤。
阶跃型:光纤的纤芯折射率高于包层折射率,使得输入的光能在纤芯一包层交界面上不断产生全反射而前进。这种光纤纤芯的折射率是均匀的,包层的折射率稍低一些。光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的,只有一个台阶,所以称为阶跃型折射率多模光纤,简称阶跃光纤,也称突变光纤。
渐变型光纤:光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小,可使高次模的光按正弦形式传播,这能减少模间色散,提高光纤带宽,增加传输距离,但成本较高,现在的多模光纤多为渐变型光纤。渐变光纤的包层折射率分布与阶跃光纤一样,为均匀的。渐变光纤的纤芯折射率中心最大,沿纤芯半径方向逐渐减小。由于高次模和低次模的光线分别在不同的折射率层界面上按折射定律产生折射,进入低折射率层中去,因此,光的行进方向与光纤轴方向所形成的角度将逐渐变小。
按光纤的工作波长分类,有短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。

       

       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.数值孔径:  光纤
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(0.85pm、1.3pm、1.55pm)。 
(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。