【正文】 （cLC() 式中 ， nx和 ny分別為 x和 y方向的 等效折射率 。 偏振模色散本質(zhì)上是 模式色散 ， 由于模式耦合是隨機(jī)的 ， 因而它是一個(gè)統(tǒng)計(jì)量 。 目前雖沒(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ， 但一般要求 偏振模色散 小于。 由于存在 偏振模色散 ， 即使在色度色散 C(λ)=0的波長(zhǎng) ， 帶寬也不是無(wú)限大 ， 見圖 。 偏振模色散 ：實(shí)際光纖不可避免地存在一定缺陷，如纖芯橢圓度和內(nèi)部殘余應(yīng)力，使兩個(gè)偏振模的傳輸常數(shù)不同，這樣產(chǎn)生的時(shí)間延遲差稱為 偏振模色散或雙折射色散 。 偏振模色散 Δτ取決于光纖的 雙折射 ， 由 Δβ=βxβy≈nxknyk得到 ， )(11 yx nncdkdc ????? ??() )/(lg100kmdBPPL i??() 光纖損耗 損耗 的存在 光信號(hào) 幅度 減小 限制系統(tǒng)的 傳輸距離 。 在最一般的條件下 ， 在光纖內(nèi)傳輸?shù)?光功率 P隨 距離 z的變化 ， 可以用下式表示 習(xí)慣上 α的單位用 dB/km ， 由式 ()得到 損耗系數(shù) Po=Pi exp(αL) () 設(shè)長(zhǎng)度為 L(km)的光纖 ， 輸入 光功率為 Pi， 根據(jù)式 ()，輸出光功率 應(yīng)為 式中， α是 損耗系數(shù) 。 PdzdP ???() 1. 圖 單模光纖 的損耗譜 ， 圖中示出各種機(jī)理產(chǎn)生的 損耗與波長(zhǎng) 的關(guān)系 ， 這些機(jī)理包括 吸收損耗 和 散射損耗 兩部分 。 吸收損耗 是由 SiO2材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的 。 散射損耗 主要由材料微觀密度不均勻引起的 瑞利 (Rayleigh )散射 和由光纖 結(jié)構(gòu)缺陷 (如氣泡 )引起的散射產(chǎn)生的 。 瑞利散射損耗 是光纖的 固有損耗 ， 它決定著光纖損耗的最低理論極限 。 圖 單模光纖損耗譜， 示出各種損耗機(jī)理 0 . 0 10 . 0 50 . 10 . 51510501000 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 4 1 . 6實(shí)驗(yàn)波 導(dǎo) 缺 陷紫 外 吸 收瑞 利 散 射紅外吸收波長(zhǎng) / ? m損耗 / (dBkm－1)2. 根據(jù)以上分析和經(jīng)驗(yàn) ， 光纖總損耗 α與 波長(zhǎng) λ的關(guān)系可以表示為 α= +B+CW(λ)+IR(λ)+UV(λ) 4?A式中 ， A為 瑞利散射系數(shù) ， B為 結(jié)構(gòu)缺陷散射 產(chǎn)生的損耗 ，CW(λ)、 IR(λ)和 UV(λ)分別為 雜質(zhì)吸收 、 紅外吸收 和 紫外吸收 產(chǎn)生的損耗 。 由圖 ：從 多模突變型 (SIF)、 漸變型 (GIF)光纖 到單模 (SMF)光纖 ， 損耗依次減小 。 從色散的討論中看到： 從多模 SIF、 GIF光纖到 SMF光纖 ，色散依次減小 (帶寬依次增大 )。 單模石英光纖 的 零色散波長(zhǎng)在 μm， 還可以把零色散波長(zhǎng)從 μm移到 ， 實(shí)現(xiàn)帶寬最大損耗最小的傳輸 。 正因?yàn)檫@些特性 ， 使光纖通信從 SIF、 GIF光纖發(fā)展到SMF光纖 ， 從 短波長(zhǎng) ( μm)“窗口 ” 發(fā)展到長(zhǎng)波長(zhǎng) ( μm和 μm)“窗口 ” ， 使系統(tǒng)技術(shù)水平不斷提高 。 圖 (a) 三種實(shí)用光纖； (b) 優(yōu)質(zhì)單模光纖 波長(zhǎng) / ? m損耗 /( dBkm－1)0 . 802468100 . 6 1 . 0 1 . 2 1 . 4 1 . 68 0 0損耗 / (dBkm－1)波長(zhǎng) / n m0 . 0S I FG I FS M F0 . 51 . 02 . 02 . 53 . 03 . 54 . 01 . 51 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0ab cdeabcde8 5 01 3 0 01 3 1 01 3 8 01 5 5 01 . 8 10 . 3 50 . 3 40 . 4 00 . 1 9nm d B / k m( a ) ( b )1 . 8 光纖標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用 (GIF)光纖 應(yīng)用于中小容量 、 中短距離的通信系統(tǒng) 。 是第一代單模光纖 ， 其特點(diǎn)是在波長(zhǎng) μm色散為零 ， 系統(tǒng)的傳輸距離只受損耗的限制 。 是第二代單模光纖 ， 其特點(diǎn)是在波長(zhǎng) μm色散為零 ， 損耗又最小 。 這種光纖適用于大容量長(zhǎng)距離通信系統(tǒng) 。 μm損耗最小的單模光纖 其特點(diǎn)是在波長(zhǎng) μm色散為零 ， 在 μm色散為 17~20 ps/(nmkm)， 和常規(guī)單模光纖相同 ， 但損耗更低 ， 可達(dá) dB/km以下 。 色散補(bǔ)償光纖 其特點(diǎn)是在波長(zhǎng) μm具有大的負(fù)色散 。 是一種改進(jìn)的色散移位光纖 。 表 光纖特性的標(biāo)準(zhǔn) 光纜基本要求 保護(hù)光纖固有機(jī)械強(qiáng)度的方法 ， 通常是采用 塑料被覆 和 應(yīng)力篩選 。 光纖從高溫拉制出來(lái)后 ， 要立即用 軟塑料進(jìn)行一次被覆 和 應(yīng)力篩選 ， 除去斷裂光纖 ， 并對(duì)成品光纖用 硬塑料進(jìn)行二次被覆 。 二次被覆光纖有 緊套 、 松套 、 大套管 和 帶狀線 光纖四種 ， 見圖 。 應(yīng)力篩選 條件直接影響光纖的使用壽命 。 設(shè)對(duì)光纖進(jìn)行拉伸應(yīng)力篩選時(shí) ， 施加的應(yīng)力為 ζp， 作用時(shí)間為 tp(設(shè)為 1s)； 長(zhǎng)期使用時(shí) ， 容許施加的應(yīng)力為 ζr， 作用時(shí)間為 tr，斷裂概率為 106km一個(gè)斷裂點(diǎn) 。 理論推算得到的容許作用時(shí)間 (光纖使用壽命 )tr 和應(yīng)力比 ζr/ζp的關(guān)系示于圖 。 圖 光纖使用壽命和應(yīng)力比的關(guān)系 1010210410610810100 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 020 年1 年1 日1 小時(shí)1 分20 年應(yīng) 力 比 ?r / ?p使用壽命tr / sn＝20n＝13 圖 (芯線 ) (a) 緊套； (b) 松套； (c) 大套管； (d) 帶狀線 緊套一次被覆光纖松套大套管一次被覆光纖帶狀線( a ) ( b ) ( c ) ( d ) 光纜一般由 纜芯 和 護(hù)套 兩部分組成 ， 有時(shí)在護(hù)套外面加有鎧裝 。 1. 纜芯 纜芯通常包括 被覆光纖 (或稱芯線 )和 加強(qiáng)件 兩部分 。 被覆光纖 是光纜的核心 ， 決定著光纜的傳輸特性 。 加強(qiáng)件 起著承受光纜拉力的作用 ， 通常處在纜芯中心 ， 有時(shí)配置在護(hù)套中 。 圖 (a) 6芯緊套層絞式光纜 (架空 、 管道 )； (b) 12芯松套層絞式光纜 (直埋防蟻 )； (c) 12芯骨架式光纜(直埋 )； (d) 6~48芯束管式光纜 (直埋 )； (e) 108芯帶狀光纜；(f) LXE束管式光纜(架空 、 管道 、 直埋 )； (g) 淺海光纜； (h) 架空地線復(fù)合光纜 (OPGW) 填充油膏緊套光纖中心加強(qiáng)件包帶鋁縱包PE 護(hù)層( a )填充繩( 聚乙烯)第一單元松套管( 6 芯)第二單元松套管( 6 芯)包帶皺紋鋼帶PE 層尼龍 12 外護(hù)層中心加強(qiáng)件填充油膏( b )P E外 護(hù)層皺紋鋼帶塑料骨架中心加強(qiáng)件緊套光纖( c )PE 外 護(hù)層鋁縱包鋼絲( 分散加強(qiáng))高強(qiáng)度塑料光纖束管6 ～ 48 芯光纖( d )外護(hù)層金屬加強(qiáng)件塑料繞包帶帶狀光纖單元帶狀線( e )單根金屬加強(qiáng)件高密度 PE 護(hù)層開索鄒紋鋼護(hù)套防潮層高強(qiáng)度塑料束管4 ～ 48 芯光纖( f)內(nèi)金屬或高強(qiáng)度塑料線光纖光纖或聚乙烯填充線聚乙烯銅管聚乙烯聚丙烯內(nèi)層鋼絲鎧裝外層鋼絲鎧裝( g )隔熱襯材光纖高強(qiáng)度塑料線鋁管鋁扇形體鋁包鋼線( h )光纖塑料光纜 的基本型式 層絞式 把松套光纖繞在中心加強(qiáng)件周圍絞合而構(gòu)成。 骨架式 把緊套光纖或一次被覆光纖放入中心加強(qiáng)件周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內(nèi)而構(gòu)成。 中心束管式 把一次被覆光纖或光纖束放入大套管中 ， 加強(qiáng)件配置在套管周圍而構(gòu)成 。 帶狀式 把帶狀光纖單元放入大套管內(nèi) ， 形成中心束管式結(jié)構(gòu) ， 也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內(nèi)或松套管內(nèi) ， 形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu) 。 2. 護(hù)套 護(hù)套 起著對(duì)纜芯的機(jī)械保護(hù)和環(huán)境保護(hù)作用 ， 要求具有良好的抗側(cè)壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力 。 護(hù)套通常由聚乙烯或聚氯乙烯 (PE或 PVC)和鋁帶或鋼帶構(gòu)成 。 根據(jù)使用條件 光纜 可以分為： 室內(nèi)光纜 、 架空光纜 、 埋地光纜和管道光纜 等 。 特種光纜常見的有：電力網(wǎng)使用的 架空地線復(fù)合光纜(OPGW)， 跨越海洋的 海底光纜 ， 易燃易爆環(huán)境使用的 阻燃光纜 以及各種不同條件下使用的 軍用光纜 等 。 光纜特性 彎曲特性 溫度特性 光纖特性測(cè)量方法 光纖的特性參數(shù)很多 ， 基本上可分為 幾何特性 、 光學(xué)特性 和傳輸特性 三類 。 幾何特性 包括纖芯與包層的直徑 、 偏心度和不圓度； 光學(xué)特性 主要有折射率分布 、 數(shù)值孔徑 、 模場(chǎng)直徑和截止波長(zhǎng)； 傳輸特性 主要有損耗 、 帶寬和色散 。 損耗測(cè)量 光纖損耗測(cè)量有兩種基本方法：一種是測(cè)量通過(guò)光纖的傳輸光功率 ， 稱 剪斷法和插入法 ；另一種是測(cè)量光纖的后向散射光功率 ， 稱 后向散射法 。 帶寬測(cè)量 光纖帶寬測(cè)量有 時(shí)域 和 頻域 兩種基本方法 。 時(shí)域法 是測(cè)量通過(guò)光纖的光脈沖產(chǎn)生的脈沖展寬 ， 又稱脈沖法 ； 頻域法 是測(cè)量通過(guò)光纖的頻率響應(yīng) ， 又稱 掃頻法 。 色散測(cè)量 光纖色散測(cè)量有 相移法 、 脈沖時(shí)延法 和 干涉法 等 。 截止波長(zhǎng)測(cè)量 根據(jù)式 ()和式 ()， 對(duì)常規(guī) 單模光纖 ， 通過(guò)對(duì)折射率分布的測(cè)量 ， 確定纖芯半徑 a， 纖芯 和 包層 的折射率 n1和 n2， 由式 ()就可以計(jì)算出理論 截止波長(zhǎng) λc。 實(shí)際 截止波長(zhǎng) 的測(cè)量有： 在彎曲狀態(tài)下 ， 測(cè)量損耗 —波長(zhǎng)函數(shù)的傳輸功率法；改變波長(zhǎng) ， 觀察 LP01模和 LP11模產(chǎn)生的兩個(gè)脈沖變?yōu)橐粋€(gè)脈沖的 時(shí)延法 ； 改變波長(zhǎng) ， 觀察近場(chǎng)圖由環(huán)形變?yōu)楦咚剐蔚?近場(chǎng)法 以及傳輸功率法 是測(cè)量 單模光纖截止波長(zhǎng) 的基準(zhǔn)方法 。 2 2221 nnac?? 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