光纖拉制及成纜技術(shù)(已修改)
2025-05-27 20:31 本頁面
【正文】 第 2 章 光纖拉制及成纜 光纖的分類 光 纖材 料 光纖的拉制 光纖成纜技術(shù) 思考與練習(xí) 隨著通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展 , 光纖光纜已逐步取代電纜成為國家通信的主干線。 內(nèi)容：光纖的種類、材料和制作方式 , 以及光纜的類型、設(shè)計(jì)要求和制造工藝、拉制和成纜。 光纖的基本結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單 ,是由 光折射率較高的纖芯和折射率較低的包層 所組成。纖芯和包層的折射率差異導(dǎo)致光在纖芯發(fā)生全內(nèi)反射 ,從而使光在纖芯內(nèi)傳播。 為了保護(hù)光纖不受外力和環(huán)境的影響 ,在包層的外面一般都加有涂敷層。 典型的通信用光纖截面圖 ,對(duì)于單模光纖 ,其標(biāo) 準(zhǔn)包層直徑是 125μ m,加上涂敷層后 ,光纖直徑約為 250μ m。 不同類型的光纖雖然由 纖芯、包層、涂敷層 三個(gè)基本部分組成 ,各自的幾何尺寸差異卻很大 。 bba aaab br r芯區(qū)包層涂層n 1 n1n 2 n 2n 0 n 0(a) (b)階躍光纖 漸變光纖階躍光纖與漸變光纖的橫截面和折射率分布 光纖的分類 光纖的分類方式 多種多樣 , 一般按照光纖內(nèi)部光能傳輸?shù)?穩(wěn)定模式數(shù) 來確定。 多模光纖：能以 多種模式 傳光的光纖即為多模光纖。 單模光纖：而 只能傳輸單一模式 的光纖則稱為單模光纖。 多模光纖 階躍多模光纖 是一種具有 大的芯徑 和 大的數(shù)值孔徑 的光纖 , 纖芯與包層界面上 折射率呈階躍分布 , 即纖芯和包層的折射率各自 保持常數(shù) , 纖芯折射率較高 , 包層折射率較低 , 一般由 多組分 玻璃 化合物 或 摻雜石英玻璃 制成。 大芯徑和大的數(shù)值孔徑 有利于提高光纖 收集光功率 的效率 , 在圖像傳輸和照明中使用廣泛 。 但 芯徑和數(shù)值孔徑的增大 也使光纖的 模式色散增加 , 不利于 長(zhǎng)途通信 。 階躍多模光纖和漸變光纖 漸變光纖的 橫截面折射率 則是 漸變 的 ,芯徑相對(duì)較小 ,具有更好的 抗彎曲性能 。 制備這種光纖選用的材料純度比大多數(shù) 階躍光纖材料純度高 ,加上折射率梯度分布 ,使得這種光纖具有小的 色散 和 低的衰減 ,其性能特征比階躍型多模光纖要好。 但和光波長(zhǎng)有關(guān)的折射率微小變化會(huì)引起 殘余色散 ,不同模式間相互干擾還會(huì)產(chǎn)生 模噪聲 ,從而 限制了漸變光纖 的性能 ,使這種光纖同樣不適合于長(zhǎng)距離通信。 單模光纖 單模光纖 以其 損耗低 、 頻帶寬 、 容量大 、 成本低 、易于擴(kuò)容 等優(yōu)點(diǎn) , 成為一種理想的長(zhǎng)距離通信介質(zhì)得到廣泛的應(yīng)用。 隨著光纖放大器、時(shí)分復(fù)用技術(shù)、波分復(fù)用技術(shù)和頻分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展 ,單模光纖的 傳輸距離 、 通信容量 和 傳輸速率 都得到了很大的 提高 。 但 復(fù)用技術(shù) 也使光纖的 色散和非線性效應(yīng) 更為顯著 , 為解決光纖的色散問題 ,研究人員開發(fā)出了幾種折射率 特殊分布的單模光纖 : 非色散位移光纖 、 色散位 移光纖 、 截止波長(zhǎng)位移光纖 、 非零色散位移光纖 、色散平坦光纖 、 色散補(bǔ)償光纖 。 光纖其他分類 光纖按其本身的材料組成不同 , 可分為石英光纖、多組分玻璃光纖、液芯光纖、塑料光纖、氟化物光纖、硫硒碲化合物光纖。 按 光纖橫截面上折射率分布狀況 , 可分為 階躍光纖、梯度光纖、 W型光纖、三角形光纖 等。 按傳輸光的 工作波長(zhǎng) 可分為 短波長(zhǎng)光纖、長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖和超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖 。 按光纖用途不同 , 除 通信用的光纖外 , 還有軍事上的高強(qiáng)度導(dǎo)彈用的光纖、醫(yī)學(xué)上激光手術(shù) 刀用的傳能光纖、內(nèi)窺鏡用的傳像光纖、特 種傳感器用的偏振光纖 。 表 2. 1 大芯徑階躍折射率石英光纖的特性 * 光纖類型 纖芯包層直徑 /μ m m處的衰減 /(dB/km) m處的帶寬 /MHz?km 數(shù)值孔徑 NA 石英包層 100/ 120 5 20 0. 22 硬包層 125/ 140 20 20 塑料包層 ,低 OH 200/ 380 6 20 塑料包層 ,高 OH 200/ 380 12 20 石英包層 400/ 500 12 — 硬包層 550/ 600 12 — 石英包層 1000/ 1250 14 — 塑料包層 ,低 OH 1000/ 1400 8 — * 芯徑超過 200μm 的光纖的帶寬未給出額定值 , 因?yàn)樗鼈兒苌儆糜谕ㄐ拧? 2. 2 光纖材料 材料 是光纖的核心 , 如果 沒有高度透明的材料 , 光纖通信是不現(xiàn)實(shí)的。 在選擇制造光纖的材料時(shí)主要考慮的因素有 : 純度高、透明度高、折射率徑向分布易于精確控制 等 , 同時(shí)要注意材料自身的 機(jī)械強(qiáng)度 和 化學(xué)穩(wěn)定性 。 氣體材料在可見光和近紅外區(qū)域光衰減很小 , 但 折射率 難以控制。 一些液體材料的 光衰減也很小 , 但 液體的折射率隨溫度變化明顯 , 同樣難以對(duì) 折射率實(shí)現(xiàn)精確控制 。 1. 光纖材料的選擇 固體材料的 光衰減 雖然 較大 , 但 光學(xué)特性穩(wěn)定 , 也容易實(shí)現(xiàn) 對(duì)折射率的控制 。 固體材料可分為 非晶體材料 和 晶體材料 。 晶體材料 (如 石英 、 藍(lán)寶石 、 堿金屬鹵化物晶體 )的光衰減比非晶體材料低 , 但 晶體材料 的 大規(guī)模生產(chǎn) 極為 困難 , 而且晶體材料的 折射率也不易控制 。 非晶體材料中 的 玻璃 是理想的光纖材料 , 因?yàn)槟承┭趸锊ＡШ头锊Ａг诳梢姽夂图t外區(qū)域具有很小的光衰減 , 這些玻璃極易制成纖維 , 并且可通過改變這些玻璃的組成比例很容易地控制其折射率分布。 由 SiO2 組成的石英玻璃對(duì) 可見光 和 近紅外光 有很高的 透光能力 , 并且這種玻璃具有良好的 化學(xué)穩(wěn)定性 和 較高的機(jī)械強(qiáng)度 , 通過添加不同的摻雜劑 , 也很容易改變石英玻璃的折射率。 石英玻璃來源充足、價(jià)格低廉 , 是制作光纖的首選材料。 石英光纖的主要原料是 高純度鹵化物 , 如四氯化硅 ( SiCl4 ) 、四氯化鍺 ( GeCl4 ) 、三氯化磷( PCl3 ) 、三氯化硼 ( BCl3 ) 、三氯化鋁 ( AlCl3 ) 等。 液態(tài)試劑沸點(diǎn)低、易汽化 , 常含有一些金屬氧化物、非金屬化合物、含氫化物和絡(luò)合物等。 其中 金屬雜質(zhì) 的 吸收峰值波長(zhǎng) 區(qū)域從 紫外波段 0. 2μm 起 , 經(jīng)過可見光波段 , 一直到紅外的 1. 1μm 附近 , 它們將嚴(yán)重影響光纖 0. 85μm 短波長(zhǎng)波段的衰減。
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1