【正文】 （cLC() 式中 ， nx和 ny分別為 x和 y方向的 等效折射率 。 偏振模色散本質上是 模式色散 ， 由于模式耦合是隨機的 ， 因而它是一個統(tǒng)計量 。 目前雖沒有統(tǒng)一的技術標準 ， 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 ， 帶寬也不是無限大 ， 見圖 。 偏振模色散 ：實際光纖不可避免地存在一定缺陷，如纖芯橢圓度和內部殘余應力，使兩個偏振模的傳輸常數(shù)不同，這樣產(chǎn)生的時間延遲差稱為 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 幅度 減小 限制系統(tǒng)的 傳輸距離 。 在最一般的條件下 ， 在光纖內傳輸?shù)?光功率 P隨 距離 z的變化 ， 可以用下式表示 習慣上 α的單位用 dB/km ， 由式 ()得到 損耗系數(shù) Po=Pi exp(αL) () 設長度為 L(km)的光纖 ， 輸入 光功率為 Pi， 根據(jù)式 ()，輸出光功率 應為 式中， α是 損耗系數(shù) 。 PdzdP ???() 1. 圖 單模光纖 的損耗譜 ， 圖中示出各種機理產(chǎn)生的 損耗與波長 的關系 ， 這些機理包括 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 結構缺陷 (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， 示出各種損耗機理 0 . 0 10 . 0 50 . 10 . 51510501000 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 4 1 . 6實驗波 導 缺 陷紫 外 吸 收瑞 利 散 射紅外吸收波長 / ? m損耗 / (dBkm－1)2. 根據(jù)以上分析和經(jīng)驗 ， 光纖總損耗 α與 波長 λ的關系可以表示為 α= +B+CW(λ)+IR(λ)+UV(λ) 4?A式中 ， A為 瑞利散射系數(shù) ， B為 結構缺陷散射 產(chǎn)生的損耗 ，CW(λ)、 IR(λ)和 UV(λ)分別為 雜質吸收 、 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 零色散波長在 μm， 還可以把零色散波長從 μm移到 ， 實現(xiàn)帶寬最大損耗最小的傳輸 。 正因為這些特性 ， 使光纖通信從 SIF、 GIF光纖發(fā)展到SMF光纖 ， 從 短波長 ( μm)“窗口 ” 發(fā)展到長波長 ( μm和 μm)“窗口 ” ， 使系統(tǒng)技術水平不斷提高 。 圖 (a) 三種實用光纖； (b) 優(yōu)質單模光纖 波長 / ? m損耗 /( dBkm－1)0 . 802468100 . 6 1 . 0 1 . 2 1 . 4 1 . 68 0 0損耗 / (dBkm－1)波長 / 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 光纖標準和應用 (GIF)光纖 應用于中小容量 、 中短距離的通信系統(tǒng) 。 是第一代單模光纖 ， 其特點是在波長 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 ， 其特點是在波長 μm色散為零 ， 損耗又最小 。 這種光纖適用于大容量長距離通信系統(tǒng) 。 μm損耗最小的單模光纖 其特點是在波長 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 dB/km以下 。 色散補償光纖 其特點是在波長 μm具有大的負色散 。 是一種改進的色散移位光纖 。 表 光纖特性的標準 光纜基本要求 保護光纖固有機械強度的方法 ， 通常是采用 塑料被覆 和 應力篩選 。 光纖從高溫拉制出來后 ， 要立即用 軟塑料進行一次被覆 和 應力篩選 ， 除去斷裂光纖 ， 并對成品光纖用 硬塑料進行二次被覆 。 二次被覆光纖有 緊套 、 松套 、 大套管 和 帶狀線 光纖四種 ， 見圖 。 應力篩選 條件直接影響光纖的使用壽命 。 設對光纖進行拉伸應力篩選時 ， 施加的應力為 ζp， 作用時間為 tp(設為 1s)； 長期使用時 ， 容許施加的應力為 ζr， 作用時間為 tr，斷裂概率為 106km一個斷裂點 。 理論推算得到的容許作用時間 (光纖使用壽命 )tr 和應力比 ζr/ζp的關系示于圖 。 圖 光纖使用壽命和應力比的關系 1010210410610810100 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 020 年1 年1 日1 小時1 分20 年應 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 護套 兩部分組成 ， 有時在護套外面加有鎧裝 。 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 。 加強件 起著承受光纜拉力的作用 ， 通常處在纜芯中心 ， 有時配置在護套中 。 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) 架空地線復合光纜 (OPGW) 填充油膏緊套光纖中心加強件包帶鋁縱包PE 護層( 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 外護層中心加強件填充油膏( b )P E外 護層皺紋鋼帶塑料骨架中心加強件緊套光纖( c )PE 外 護層鋁縱包鋼絲( 分散加強)高強度塑料光纖束管6 ～ 48 芯光纖( d )外護層金屬加強件塑料繞包帶帶狀光纖單元帶狀線( e )單根金屬加強件高密度 PE 護層開索鄒紋鋼護套防潮層高強度塑料束管4 ～ 48 芯光纖( f)內金屬或高強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層鋼絲鎧裝外層鋼絲鎧裝( g )隔熱襯材光纖高強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件周圍絞合而構成。 骨架式 把緊套光纖或一次被覆光纖放入中心加強件周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內而構成。 中心束管式 把一次被覆光纖或光纖束放入大套管中 ， 加強件配置在套管周圍而構成 。 帶狀式 把帶狀光纖單元放入大套管內 ， 形成中心束管式結構 ， 也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內或松套管內 ， 形成骨架式或層絞式結構 。 2. 護套 護套 起著對纜芯的機械保護和環(huán)境保護作用 ， 要求具有良好的抗側壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力 。 護套通常由聚乙烯或聚氯乙烯 (PE或 PVC)和鋁帶或鋼帶構成 。 根據(jù)使用條件 光纜 可以分為： 室內光纜 、 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； 光學特性 主要有折射率分布 、 數(shù)值孔徑 、 模場直徑和截止波長； 傳輸特性 主要有損耗 、 帶寬和色散 。 損耗測量 光纖損耗測量有兩種基本方法：一種是測量通過光纖的傳輸光功率 ， 稱 剪斷法和插入法 ；另一種是測量光纖的后向散射光功率 ， 稱 后向散射法 。 帶寬測量 光纖帶寬測量有 時域 和 頻域 兩種基本方法 。 時域法 是測量通過光纖的光脈沖產(chǎn)生的脈沖展寬 ， 又稱脈沖法 ； 頻域法 是測量通過光纖的頻率響應 ， 又稱 掃頻法 。 色散測量 光纖色散測量有 相移法 、 脈沖時延法 和 干涉法 等 。 截止波長測量 根據(jù)式 ()和式 ()， 對常規(guī) 單模光纖 ， 通過對折射率分布的測量 ， 確定纖芯半徑 a， 纖芯 和 包層 的折射率 n1和 n2， 由式 ()就可以計算出理論 截止波長 λc。 實際 截止波長 的測量有： 在彎曲狀態(tài)下 ， 測量損耗 —波長函數(shù)的傳輸功率法；改變波長 ， 觀察 LP01模和 LP11模產(chǎn)生的兩個脈沖變?yōu)橐粋€脈沖的 時延法 ； 改變波長 ， 觀察近場圖由環(huán)形變?yōu)楦咚剐蔚?近場法 以及傳輸功率法 是測量 單模光纖截止波長 的基準方法 。 2 2221 nnac?? ?? ()