【正文】 表 多模光纖的分類 類 別 材 料 類 型 折射率分布指數(shù) g值 A1 玻璃心 /玻璃包層 梯度折射率 1≤g≤3 玻璃心 /玻璃包層 準(zhǔn)階躍折射率 3≤g≤10 玻璃心 /玻璃包層 階躍折射率 10≤g≤? A3 玻璃心 /塑料包層 階躍折射率 10≤g≤? A4 聚合物光纖 光纖的種類 表 單模光纖的分類 ?下面分別介紹多模光纖和單模光纖 。 類 別 特 點(diǎn) 零色散波長 (nm) 工作波長 (nm) 非色散位移光纖 1310 1310, 1550 截止波長位移光 纖 1310 1550 波長段擴(kuò)展的非色散位移光纖 1300~1324 1310, 1360~1530, 1550 B2 色散位移光纖 1550 1550 B3 色散平坦光纖 1310, 1550 1310, 1550 B4 非零色散位移光 纖 ＜ 1530 1530~1565 光纖的種類 1 多模光纖 2 單模光纖 多模光纖 ?從結(jié)構(gòu)上看，多模光纖有梯度多模光纖和階躍多模光纖，其折射率分布函數(shù)如圖 。 ?梯度多模光纖包括 , , 和 四類，由多組分或摻雜石英玻璃制成，其具體分類參見表 。 圖 多模光纖的折射率分布 1aA 1bA 1dA1cA 多模光纖 表 4種梯度多模光纖的性能及其應(yīng)用場(chǎng)合 類型 心 /包層直徑 工作波長 (nm) 帶寬 (MHz) 數(shù)值孔徑 損耗(dB/km) 應(yīng)用場(chǎng)合 A1a 50/125 850, 1310 200~1500 ~ ~ 數(shù)據(jù)鏈路、 局域網(wǎng) A1b , 1310 300~1000 ~ ~ 數(shù)據(jù)鏈路、 局域網(wǎng) A1c 85/125 850, 1310 300~1000 ~ 局域網(wǎng) A1d 100/125 850, 1310 100~50 ~ ~ 局域網(wǎng) 多模光纖 ?階躍多模光纖包括 , , 三類 9 種，可用多組分玻璃或塑料制成。 ?其特點(diǎn)是纖心直徑大，數(shù)值孔徑大，可以有效地與發(fā)光二極管 (LED)耦合，主要應(yīng)用于短距離信息傳輸、樓內(nèi)局域網(wǎng)、傳感器等。 ?其具體分類參見表 。 2A 3A 4A 多模光纖 表 三類階躍多模光纖的特性 光纖類型 A2a A2b A2c A3a A3b A3c A4a A4b A4c 心 /包層直徑 (?m) 100/400 200/300 980/1000 200/240 200/380 730/750 200/280 200/230 480/500 工作波長 (nm) 850 850 650 帶寬 (MHz) ≥10 ≥5 ≥10 數(shù)值孔徑 ~ 衰減 (dB/km) ≤10 ≤10 ≤400 典型適用長度 (m) 2022 1000 100 單模光纖 ?為了保證單模傳輸，光纖心徑必須很小，一般心直徑為8~10 ，包層直徑為 125 。石英單模光纖衰減小，帶寬高，是理想的光通信介質(zhì)。 ?為了解決色散以及非線性效應(yīng)對(duì)光纖傳輸性能的影響，人們專門研究開發(fā)了色散位移光纖、非零色散位移光纖、色散平坦光纖和色散補(bǔ)償光纖等。 ?按色散波長和截止波長的位移與否，可以將單模光纖分為5類，參見表 。下面分別介紹。 m?m? 單模光纖 表 單模光纖的分類 名 稱 ITUT（國際通信 聯(lián)盟） IEC 非色散位移單模光纖 G652: A, B, C 色散位移單模光纖 G653 B2 截止波長位移單模光纖 G654 非零色散位移單模光纖 G655: A, B B4 色散平坦單模光纖 單模光纖 ?1．非色散位移單模光纖 G652(SMF) ?G652 光纖可細(xì)分為 G652A , G652B 和 G652C 三種。 ?常規(guī)單模光纖的 特點(diǎn)是 ： (1)波長 1310 nm為 色散零點(diǎn)；(2)波長 1550 nm處衰減最小，約為 dB/km，色散系數(shù)的最大值為 ； (3)工作波長可以在 1310 nm或 1550 nm。它廣泛用于數(shù)據(jù)通信。 ?它的缺點(diǎn)是 ：波長 1550 nm色散大，阻礙了高速率、遠(yuǎn)距離的應(yīng)用。 1 7 p s / (nm k m )? 單模光纖 ?常規(guī) G652在 1385 nm 附近有較高的水 ( )吸收峰， 數(shù)量級(jí)的 就會(huì)產(chǎn)生幾個(gè) dB/km 的衰減，朗訊于1998 年發(fā)布了全波光纖 (all wave fiber)。 ?2．色散位移光纖 G653(DSF) ?色散位移光纖于 1988年商用化，改變了光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)即光纖折射率分布的形狀，力求加大波導(dǎo)色散，使光纖色散系數(shù)零點(diǎn)從 1310 nm 移到 1550 nm ，實(shí)現(xiàn)了 1550 nm 處最低衰減與零色散一致。 OH? 910?OH? 單模光纖 ?這種光纖適用于長距離、大容量通信系統(tǒng)中。由于 1550 nm 的零色散，四波混頻等非線性效應(yīng)嚴(yán)重，不適合用于波分復(fù)用系統(tǒng)。 ?3．截止波長位移單模光纖 G654(WSF) ? 1550 nm 截止波長位移是非色散位移光纖，零色散波長為1310 nm ，截止波長在 1550 nm 。 ?衰減極小 (≤ ) 。選用純石英 ( )作為纖心，摻氟包層，制造特別困難，價(jià)格昂貴。 ?它主要用于長距離，不能插入有源器件的無中斷海底光纖通信系統(tǒng)中。 0. 2 d B /km2SiO 單模光纖 ? 4．非零色散位移單模光纖 G655(NDF) ?NDF是于 1994年由朗訊與康寧公司為波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，在 1550 nm處有合理的低色散，足以支持 10 Gb/s系統(tǒng)的長距離傳輸，又可以抑制四波混頻和交叉相位調(diào)制等非線性光學(xué)效應(yīng)，以滿足密集波分復(fù)用系統(tǒng)的要求。 ?5．色散平坦單模光纖 (DFF) ?DFF是于 1998年商用化的，在 1310~1550 nm波長范圍內(nèi)都是低色散，有兩個(gè)零色散波長 1310 nm和 1550 nm，折射率剖面結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難。 單模光纖 ? 6．色散補(bǔ)償光纖 (DCF) ?隨著光纖放大器的應(yīng)用，衰減對(duì)光纖通信系統(tǒng)而言已經(jīng)不成問題，但色散嚴(yán)重阻礙了光纖從 1310 nm到 1550 nm的升級(jí)擴(kuò)容。色散補(bǔ)償光纖在 1550 nm處有很大的負(fù)色散系數(shù)，一般為 700~50 ps/(nmkm)。 ?當(dāng)常規(guī)光纖由 1310 nm擴(kuò)容至 1550 nm，其色散為正值，在系統(tǒng)中加入一段負(fù)色散系數(shù)光纖，可以抵消 1550 nm處的正色散。各種石英單模光纖的色散系數(shù)如圖 。 單模光纖 圖 石英單模光纖的色散系數(shù) 習(xí) 題 ? 有一種石英單模光纖，它的纖心直徑為 8 ，工作波長為1550 nm，已知纖心折射率為 ，試問此光纖包層的折射率應(yīng)為多少？ ? 一種塑料光纖在波長 650 nm處的衰減系數(shù)，光纖中注入波長為 650 nm, 5 mW的光功率，問經(jīng)過多少米傳輸，光功率衰減 20 dB？這時(shí)光功率是多少 mW？ ? 石英光纖的數(shù)值孔徑，對(duì)于波長的光，光纖是單模的，問光纖的心直徑應(yīng)該是多少？ 第 3章 常見光無源器件 第 3章 常見光無源器件 ?光無源器件是光路的重要組成部分。 ?光無源器件與電無源器件有許多相似之處，電無源器件如插頭、開關(guān)、電容、電阻、電感等，是電路的重要組成部分。 常見的光無源器件有 光纖連接器、光耦合器、光波分復(fù)用器、光隔離器、光衰減器、光開關(guān) 等。 ?光無源器件遵守光學(xué)的基本理論，即光線理論和電磁場(chǎng)理論。 光纖連接器 1 光 耦 合 器 2 光 隔 離 器 3 第 3章 常見光無源器件 光纖連接器 ?光纖連接器可分為兩大類： 活動(dòng)連接器 和 固定連接器 。 1 光纖活動(dòng) 連接器 2 光纖固定 連接器 光纖活動(dòng)連接器 ?1．基本結(jié)構(gòu)及工作原理 ?光纖活動(dòng)連接器基本上是采用某種機(jī)械和光學(xué)結(jié)構(gòu)，使兩根光纖的纖心對(duì)接，保證 95％以上的光能通過連接器。 ?目前，活動(dòng)連接器有代表性且正在使用的結(jié)構(gòu)有以下幾種，如圖 ~圖 。 圖 套管結(jié)構(gòu) 光纖活動(dòng)連接器 ? 圖 雙錐結(jié)構(gòu) 圖 球面定心結(jié)構(gòu) ? 圖 V形槽結(jié)構(gòu) 圖 透鏡耦合結(jié)構(gòu) 光纖活動(dòng)連接器 ?套管結(jié)構(gòu)的核心是插針與套筒。 ?插針是一個(gè)帶有微孔的精密圓柱體，其結(jié)構(gòu)和主要尺寸如圖 。 圖 插針的結(jié)構(gòu)與主要尺寸 光纖活動(dòng)連接器 ?插針的精度要求是：外徑不圓度小于 mm；外圓柱面光潔度為 ；微孔偏心量小于 ；插針端面為球面，其曲率半徑為 20 ~ 60 mm。 ?套筒是與插針相配合的零件，它有兩種結(jié)構(gòu)，如圖 示。 14? 1 m? 光纖活動(dòng)連接器 圖 套筒的結(jié)構(gòu)與尺寸 ?套筒的精度要求是：內(nèi)孔光潔度為 ；拔插力為 ~ N。開口套筒使用彈性好的材料，如磷青銅、鈹青銅、氧化鋯陶瓷等。 14?14? 光纖活動(dòng)連接器 ?光纖活動(dòng)連接器 結(jié)構(gòu)上差別很大，品種也很多，但按功能可分成如下幾部分： ?(1) 連接器插頭 (Plug Connector)：由插針體和若干外部零件組成。 ?(2) 轉(zhuǎn)換器或適配器 (Adapter)：即插座，可以連接同型號(hào)插頭，也可以連接不同型號(hào)插頭，可以連一對(duì)插頭，也可以連接幾對(duì)插頭或多心插頭。 光纖活動(dòng)連接器 ?(3) 轉(zhuǎn)換器 (Converter)：將某一種型號(hào)的插頭變換成另一種型號(hào)的插頭，由一種型號(hào)的轉(zhuǎn)換器加上另外其他型號(hào)的插頭組成。 ?(4) 光纜跳線 (Cable Jumper)：一根光纜兩端面裝上插頭，稱為跳線。兩個(gè)插頭型號(hào)可以不同，可以是單心的，也可以是多心的。 ?(5) 裸光纖轉(zhuǎn)換器 (Bare Fiber Adapter): 將裸光纖穿入裸光纖轉(zhuǎn)換器，處理好光纖端面，形成一個(gè)插頭。 光纖活動(dòng)連接器 ?2．主要性能指標(biāo)及測(cè)試方法 ?(1) 插入損耗 ?插入損耗是指光信號(hào)通過活動(dòng)連接器后，輸出光功率相對(duì)輸入光功率的分貝數(shù)，其表達(dá)式為 (dB) () 式中， 為輸入光功率； 為輸出光功率。插入損耗 越小越好。 L out in10 l g /I P P??inP outP 光纖活動(dòng)連接器 ?(2) 回波損耗 ?回波損耗又稱為后向反射損耗，是指光纖連接處，后向反射光功率相對(duì)入射光功率的分貝數(shù)，其表達(dá)式為 (dB) () 式中， 為輸入光功率； 為后向反射光功率?；夭〒p耗越大越好。 L r in10 l g /R P P??inP rP 光纖活動(dòng)連接器 ?(3) 重復(fù)性和互換性 ?重復(fù)性 是指光纖活動(dòng)連接器多次插拔后，插入損耗的變化，用 dB表示。 ?互換性 是指連接器各部件互換時(shí)，插入損耗的變化，也用dB表示。 光纖活動(dòng)連接器 ?影響光纖活動(dòng)連接器插入損耗的因素 很多，現(xiàn)簡述如下： ?(1) 兩個(gè)光纖纖心位置的錯(cuò)位，如圖 。 實(shí)際有三種情況，即橫向錯(cuò)位、角度傾斜和端面間隙。 圖 光纖纖心位置的錯(cuò)位 光纖活動(dòng)連接器 ?(2) 在兩個(gè)光纖端面之間，由于存在不同的介質(zhì)（如空氣），光在介質(zhì)之間多次反射，產(chǎn)生損耗，稱為菲涅耳反射引起的損耗，其表達(dá)式為