通信工程師考試光纖的結(jié)構(gòu)與分類

  1.1光纖

  1.2.1光纖的結(jié)構(gòu)與分類

  光纖是光纖傳輸系統(tǒng)的物理層介質(zhì)，是構(gòu)建光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)。

  1.光纖的結(jié)構(gòu)

  （1）光纖的基本結(jié)構(gòu)。光纖的基本結(jié)構(gòu)一般是雙層或多層的同心圓柱體，如圖1-1所示。中心部分是纖芯，由純石英玻璃拉制而成；纖芯外面是包層，纖芯的折射率高于包層的折射率，從而形成一種光波導(dǎo)效應(yīng)，使大部分的光被束縛在纖芯中傳輸，實(shí)現(xiàn)光信號的傳輸。

  由纖芯和包層組成的光纖稱為裸光纖，裸光纖不能直接使用，實(shí)用的光纖是在裸光纖的外面增加了防護(hù)層保護(hù)光纖不受水汽的侵蝕和機(jī)械擦傷，增加光的柔韌性，并用來緩沖外界的壓力、增加光纖的抗拉、抗壓強(qiáng)度，以及改善光纖的溫度特性和防潮性能等。防護(hù)層通常也包括好幾層，包括包層外面的緩沖涂層、加強(qiáng)材料涂覆層以及最外一層的套塑層。

  光纖的幾何尺寸很小，纖芯直徑一般在5-50pm之間，包層的外徑為125嘩，若將防護(hù)涂層也算上整個光纖的外徑，也只有250pm左右。

  光纖的套塑方法有兩種：緊套和松套。緊套是指光纖在套管內(nèi)不能自由松動，而松套光纖則有一定的活動范圍。緊套的優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定，外徑較小但機(jī)械性能不如松套，因?yàn)榫o套無松套的緩沖空間，易受外力影響。松套光纖溫度性能優(yōu)于緊套光纖，制作比較容易，但外徑較大，為避免水分，需要填充半流質(zhì)的油膏來提高組成光纜后的光纜的縱向封閉性能。經(jīng)過涂覆、套塑形成的光纖常稱為被覆光纖。

  （2）光纖的材料。目前通信用光纖主要是石英系光纖，其主要成分是高純度的Si02玻璃。如果在石英中摻入折射率高于石英的摻雜劑，就可以制作光纖的纖芯；同樣，如果在石英中摻入折射率低于石英的摻雜劑，則就可以作為包層材料。纖芯中廣泛應(yīng)用的摻雜劑為二氧化鍺（Ge02）、五氧化二磷（P205）等，包層中主要的摻雜劑為三氧化二硼（B203）、氟（F）等。

  （3）光纖的折射率分布。光纖的光學(xué)特性決定于它的折射率分布，因此光纖纖芯和包層折射率在制造階段（指預(yù)制棒制造）是沿徑向加以控制的。用控制預(yù)制棒中摻雜劑的種類和數(shù)量的方法來使之產(chǎn)生一定形狀的折射率分布。折射率分布的形狀有：階躍（突變）、髙斯、三角形或更復(fù)雜的形式。

  2.光纖的分類

  光纖的分類方法很多，既可以按照光的折射分布來分，如階躍光纖和漸變光纖，也可以按照傳輸模式數(shù)目來分，如單模光纖和多模光纖。

  光纖模是滿足邊界條件的電磁場波動方程的解即電磁場的穩(wěn)態(tài)分布，每一種這樣的分布對應(yīng)一種模式。根據(jù)光纖中傳輸模式數(shù)目分為多模光纖和單模光纖。

  （1）多模光纖。光纖中傳輸模式的數(shù)目與光的波長、光纖的結(jié)構(gòu)（如纖芯直徑）、光纖的纖芯和包層的折射率分布有關(guān)。為了表示光纖中存在模式的數(shù)目，我們引入歸一化頻率參數(shù)（V），其定義為式中，λ為光纖中電磁波的工作波長；a為光纖的纖芯半徑；n1為纖芯的折射率；為包層n2的折射率。

  多模光纖是一種傳播多個模式的光纖，即它允許多個傳導(dǎo)模通過d多模光纖有兩種結(jié)構(gòu)：多模階躍光纖和多模漸變光纖。多模階躍光纖是早期的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)簡單、工藝易于實(shí)現(xiàn)，但由于其模式數(shù)目較多，因而模間延時較大，傳輸帶寬窄，目前己被多模漸變光纖取代。

  多模漸變光纖現(xiàn)已成為國際標(biāo)準(zhǔn)（即G.651）光纖，ITU-T對其主要參數(shù)，如芯徑、包層直徑、同心度誤差等作了嚴(yán)格的規(guī)定。

  （2）單模光纖。只能傳播一種模式的光纖稱為笮模光纖。為保證光纖中只存一個模式，應(yīng)滿足截止條件<2.405式中，波長的最小值稱為單模光纖的截止波長，表示為；Urn:F隨纖芯半徑纖芯和包層的相對折射率氣化-叱如增大而增大，因而單模光纖的纖芯和折射率差都較小。典型多模光纖和笮模光纖的結(jié)構(gòu)如圖1-2所示：

  所示ITU-T己規(guī)范了4種類型的單模光纖，即Q652光纖、G653光纖、G654光纖和G655光纖。

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