光纖與光纜ppt課件(已修改)
2025-05-18 04:20 本頁面
【正文】 第二章 光纖與光纜 2 3 167。 光纖概述 167。 光纖傳輸原理 167。 光纖的傳輸特性 167。 幾種常用于光纖通信系統(tǒng)的光纖 本 章內(nèi)容 4 ? 光纖通信系統(tǒng)的基本要求是能將任何信息無失真地從發(fā)送端傳送到用戶端，這首先要求作為傳輸媒質(zhì)的光纖應(yīng)具有均勻、透明的理想傳輸特性，任何信號(hào)均能以相同速度 無損無畸變 地傳輸。 ? ?但實(shí)際光纖通信系統(tǒng)中所用的光纖都存在 損耗和色散 ，當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度較高時(shí)還存在 非線性 。 ? ？ 在實(shí)際系統(tǒng)中， 光信號(hào)到底如何傳輸？其傳輸特性、傳輸能力究竟如何？ —— 本章討論的要點(diǎn)。 要點(diǎn) 5 光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。光導(dǎo)纖維由前香港中文大學(xué)校長(zhǎng)高錕發(fā)明。 微細(xì)的光纖封裝在塑料護(hù)套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常，光纖的一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管（ light emitting diode,LED）或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測(cè)脈沖。 6 通常光纖與光纜兩個(gè)名詞會(huì)被混淆 .多數(shù)光纖在使用前必須由幾層保護(hù)結(jié)構(gòu)包覆 ,包覆后的纜線即被稱為光纜 .光纖外層的保護(hù)結(jié)構(gòu)可防止周遭環(huán)境對(duì)光纖的傷害 ,如水 ,火 ,電擊等 .光纜分為 :光纖 ,緩沖層及披覆 .光纖和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。在多模光纖中，芯的直徑是 15μm~50μm， 大致與人的頭發(fā)的粗細(xì)相當(dāng)。而單模光纖芯的直徑為 8μm~10μm。芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套， 以使光纖保持在芯內(nèi)。再外面的是一層薄的塑料外套，用來保護(hù)封套。光纖通常被扎成束，外面有外殼保護(hù)。 纖芯通常是由石英玻璃制成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體，它質(zhì)地脆 ,易斷裂 ,因此需要外加一保護(hù)層。 7 光纖的構(gòu)造 ? 纖芯：高純度 SiO2+摻雜劑如 GeO2等， 2a： 9~50μ m ? 包層：高純度 SiO2+摻雜劑如 B2O3， 2b： 125 μ m ? 涂覆層：環(huán)氧樹脂、硅橡膠和尼龍 ? 纖芯 和 包層 都用石英作為基本材料，折射率差通過在纖芯和包層進(jìn)行不同的摻雜來實(shí)現(xiàn)。 ?纖芯摻入 Ge和 P ?折射率 ? ?包層摻入 B ?折射率 ? 167。 光纖概述 8 ，可分為： 不同的折射率分布，傳輸特性完全不同 光纖的分類 9 三種主要類型光纖的比較 10 階躍型： 光纖的纖芯折射率高于包層折射率，使得輸入的光能在纖芯一包層交界面上不斷產(chǎn)生全反射而前進(jìn)。這種光纖纖芯的折射率是均勻的，包層的折射率稍低一些。光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的，只有一個(gè)臺(tái)階，所以稱為階躍型折射率多模光纖，簡(jiǎn)稱階躍光纖，也稱突變光纖。 這種光纖的傳輸模式很多，各種模式的傳輸路徑不一樣，經(jīng)傳輸后到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間也不相同，因而產(chǎn)生時(shí)延差，使光脈沖受到展寬。所以這種光纖的模間色散高，傳輸頻帶不寬，傳輸速率不能太高，用于通信不夠理想，只適用于短途低速通訊，比如：工控。但單模光纖由于模間色散很小，所以單模光纖都采用突變型。這是研究開發(fā)較早的一種光纖，現(xiàn)在已逐漸被淘汰了。 11 為了解決階躍光纖存在的弊端，人們又研制、開發(fā)了漸變折射率多模光纖，簡(jiǎn)稱 漸變光纖 。 12 漸變型光纖： 光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高次模的光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現(xiàn)在的多模光纖多為漸變型光纖。 漸變光纖的包層折射率分布與階躍光纖一樣，為均勻的。漸變光纖的纖芯折射率中心最大，沿纖芯半徑方向逐漸減小。 由于高次模和低次模的光線分別在不同的折射率層界面上按折射定律產(chǎn)生折射，進(jìn)入低折射率層中去，因此，光的行進(jìn)方向與光纖軸方向所形成的角度將逐漸變小。 13 同樣的過程不斷發(fā)生，直至光在某一折射率層產(chǎn)生全反射，使光改變方向，朝中心較高的折射率層行進(jìn)。這時(shí)，光的行進(jìn)方向與光纖軸方向所構(gòu)成的角度，在各折射率層中每折射一次，其值就增大一次，最后達(dá)到中心折射率最大的地方。 在這以后。和上述完全相同的過程不斷重復(fù)進(jìn)行，由此實(shí)現(xiàn)了光波的傳輸?？梢钥闯觯庠跐u變光纖中會(huì)自覺地進(jìn)行調(diào)整，從而最終到達(dá)目的地，這叫做自聚焦。 14 從材料角度分 : 按照材料分， 有 石英系光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層石英芯光纖、全塑料光纖和氟化物光纖 等。 目前通信中普遍使用的是石英系光纖。它的特點(diǎn)是傳輸波長(zhǎng)范圍寬，數(shù)值孔徑大、芯徑較大，機(jī)械強(qiáng)度大、彎曲性能好，容易與光源的耦合。因此在工業(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的激光通信中得到廣泛應(yīng)用。 15 塑料光纖 是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）制成的。它的特點(diǎn)是制造成本低廉，接續(xù)簡(jiǎn)單，易于彎曲，施工容易。但由于損耗較大，帶寬較小，這種光纖只適用于短距離低速率通信，如短距離計(jì)算機(jī)網(wǎng)鏈路、船舶內(nèi)通信等。 16 光纖的工作波長(zhǎng)有短波長(zhǎng) ~、長(zhǎng)波長(zhǎng)~、超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖 2μm以上。 光纖損耗一般是隨波長(zhǎng)加長(zhǎng)而減小， , ， 耗為 ，這是光纖的最低損耗，波長(zhǎng)。由于 氫氧根離子（ OHˉ）的吸收作用， ~ ~范圍內(nèi)都有損耗高峰，這兩個(gè)范圍未能充分利用。80年代起，傾向于多用單模光纖，而且先用長(zhǎng)波長(zhǎng) 。 按光纖的工作波長(zhǎng)分： 短波長(zhǎng)光纖、長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖和超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖。 17 常用光纖規(guī)格 單模： 8/125μm， 9/125μm， 10/125μm 多模： 50/125μm 歐洲標(biāo)準(zhǔn) 工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡(luò)： 100/140μm， 200/230μm 塑料光纖： 98/1000μm 用于汽車控制。 18 按傳輸模式分： 單模光纖和多模光纖。 （ 1）多模光纖 (Multi Mode Fiber)
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