【正文】 光纜的典型結(jié)構(gòu)示意圖 ② 骨架式結(jié)構(gòu) 。生產(chǎn)時(shí)先絞合成單元，再擠至松緊套，然后再絞合成纜。它是將若干光纖芯線以加強(qiáng)元件為中心排成一層，隔適當(dāng)?shù)木嚯x進(jìn)行一次絞合的結(jié)構(gòu)，光纖芯線有緊套光纖也有松套光纖。 當(dāng)前纜芯的基本結(jié)構(gòu)大體上分為層絞式 、 骨架式 、 束管式和帶狀式四種類型 ， 如圖 ， 我國及歐亞各國用得最多的是層絞式和骨架式兩種 。 1． 光纜的基本結(jié)構(gòu) 為了滿足不同的用途和不同的使用環(huán)境 ， 光纜的結(jié)構(gòu)形式多式多樣 ， 但不管其具體結(jié)構(gòu)形式如何 ， 光纜大體上都是由纜芯 、加強(qiáng)元件和護(hù)層三部分組成 。 光纜和光纜的敷設(shè) 前面所述的經(jīng)過二次涂覆 （ 套塑 ） 的光纖芯線具有一定的抗拉強(qiáng)度 ， 但還是比較脆弱 ， 不能經(jīng)受彎曲 、 扭曲 、 側(cè)壓力等的作用 ， 所以只能用于實(shí)驗(yàn)室中 ， 不能滿足工程安裝的要求 。 在光通信中 ， 尤其是干線上很少使用這類連接器 ， 但在某些特殊場合 ， 如在野戰(zhàn)通信中這種結(jié)構(gòu)仍有應(yīng)用 ， 因?yàn)橐皯?zhàn)通信距離短 ， 環(huán)境塵土較大 ， 可以容許損耗大一些 ， 但要求快速接通 。 圖 透鏡耦合結(jié)構(gòu)連接器的原理圖 這種連接器的優(yōu)點(diǎn)是降低了機(jī)械加工精度要求 ，使耦合更加容易實(shí)現(xiàn) 。 如圖 結(jié)構(gòu)連接器的原理圖 ， 用透鏡將一根光纖的發(fā)射光變成平行光 ， 再由另一透鏡將平行光聚焦導(dǎo)入到另一光纖中去 。 由于這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，加工技術(shù)能夠達(dá)到要求的精度，因而得到了廣泛應(yīng)用。 插針為一精密套管 ，光纖固定在插針里面 。 （ 1） 對接連接器 在這種連接中 ， 兩個(gè)要連接的光纖端面互相靠緊并對準(zhǔn) ，以便兩根光纖的軸線重合 。 2． 光纖的活動(dòng)連接 光纖的活動(dòng)連接是通過光纖連接器實(shí)現(xiàn)的 。 熔接法的特點(diǎn)是熔接損耗低，安全可靠，受外界影響小，但需要價(jià)格昂貴的熔接機(jī)。非熔接法使用于有特別要求的場合 ， 如油田 、 倉庫等防火的地方 。首先在 V型槽中，對接光纖端面進(jìn)行調(diào)整，使軸心對準(zhǔn)之后黏接，再在上面放置壓條，使兩端光纖緊地被壓在 V型槽中，然后由套管將 V型槽和壓條一起套住。非熔接法主要包括： V型槽拼接法、套管連接法及三芯固定法等。 目前光纖的固定連接有熔接法和非熔接法 。 1． 光纖的固定連接 光纖的固定連接是光纜工程中使用最普遍的一種 ， 其特點(diǎn)是光纖一次性連接后不能拆卸 ， 主要用于光纜線路中光纖之間的永久性連接 。 光纖的連接 光纖的連接分為固定連接和活動(dòng)連接兩種形式 。 （ 3） 模式色散 由于在多模光纖中存在很多模式 ， 不同模式有不同的傳播途徑與不同的群速度 ， 所以它們到達(dá)終端的時(shí)間也就不同 ，引起了時(shí)延差 ， 從而產(chǎn)生脈沖展寬的現(xiàn)象 ， 稱為模式色散 。 （ 2） 波導(dǎo)色散 波導(dǎo)色散是光纖的幾何結(jié)構(gòu)決定的色散 ， 故也稱為結(jié)構(gòu)色散 。 由于光纖纖芯對不同的光波長有不同的折射率 ， 因而有不同的傳播速度 ， 這樣造成光脈沖展寬現(xiàn)象 ， 稱為材料色散 。 （ 1） 材料色散 材料色散是由于光纖纖芯的折射率隨傳輸?shù)墓獠ㄩL變化而造成的 。 光纖色散限制了帶寬 ， 而帶寬又直接影響通信容量和傳輸速率 ， 因此光纖色散特性也是光纖的另一個(gè)重要性能指標(biāo) 。 2． 光纖的色散特性 光纖的色散是導(dǎo)致傳輸信號(hào)的波形畸變的一種物理現(xiàn)象 。 光纖在制造過程中 ， 由于結(jié)構(gòu)缺陷將會(huì)產(chǎn)生散射損耗 。 因此在短波長 ?m處 ， 瑞利散射損耗的影響最大 。 由于透明材料中分子級(jí)大小粒子的不均勻引起密度變化而造成的折射率變化 ， 這種不均勻的微粒大小比光波長小時(shí) ， 產(chǎn)生的散射現(xiàn)象稱為瑞利散射 。 散射損耗對光纖通信影響較大的是瑞利散射和結(jié)構(gòu)缺陷散射 。 其原因是由于光受到濁水中懸浮粒子的散射 ， 光將發(fā)生嚴(yán)重衰減 。 例如 ， 一玻璃杯清水 ， 在側(cè)面用手電筒照射 ， 光會(huì)透過水杯 。但 OH離子的吸收峰對光通信的長波長窗口的影響比較大 ， 當(dāng) OH 離子的含量降到 1ppb時(shí) ， 則在?m處的吸收峰為 dB/km， 其尾部影響就更小了 。 光纖內(nèi)的金屬雜質(zhì) （ 如 Fe、 Cu、 V、Mn等 ） 、 OH 離子及 H2是造成雜質(zhì)吸收的主要原因 。 ② 雜質(zhì)吸收 。振動(dòng)的吸收損耗峰值高達(dá) 1 1010dB/km， 振動(dòng)的基波波長分別為 ?m、 ?m、 21?m和 ?m。 紅外吸收損耗是由于在紅外區(qū)材料的分子振動(dòng)而產(chǎn)生的吸收 。 例如 ， 對于 ?m以上的可見光區(qū) ， 紫外吸收損耗高達(dá) 1 dB/km， 在 ?m波長大約是 dB/km， 當(dāng)波長為 ?m和 ?m時(shí) ， 其損耗就可以忽略不計(jì)了 。 此外 ， 當(dāng)在石英玻璃中摻入 GeO2時(shí) ， 紫外吸收峰將移至 ?m左右 ， 吸收峰的尾端將移至 ?m。 紫外吸收是光纖材料電子躍遷所產(chǎn)生的 ， 所謂電子躍遷是指電子所處能級(jí)的變化 。本征吸收是光纖基礎(chǔ)材料（如 SiO2）固有的吸收，對于石英系光纖，本征吸收有兩個(gè)吸收帶，分別為紫外吸收帶和紅外吸收帶。 引起吸收損耗的主要原因有兩個(gè)：一是材料固有因素引起的本征吸收；二是因材料不純引起的雜質(zhì)吸收 。 形成光纖損耗的原因很多 ， 主要有光纖材料的吸收 、 散射性能以及光纖結(jié)構(gòu)不完善 （ 彎曲 、 微彎等 ） 引起的 ， 下面我們僅對吸收損耗和散射損耗進(jìn)行簡單分析 。 假定光纖長 L（ km） ， 輸入光功率 Pi（ mW） ， 輸出光功率 Po（ mW） ， 光纖損耗常數(shù) α為 LPP /)lg10(oi??（ dB/km） 不同波長的光在光纖中傳輸損耗是不同的 ， 在 ?m、?m、 ?m附近 ， 損耗有較小值 ， 所以稱這三個(gè)波長為光纖的三個(gè)窗口 。 以上分析的是光波在階躍型光纖中的傳播情況 ，對于漸變型光纖 ， 我們可以將纖芯分割成無數(shù)個(gè)同心圓 ， 每兩個(gè)圓之間的折射率可以看成是均勻的 ， 那么光在這種介質(zhì)中傳播時(shí) ， 將會(huì)不斷發(fā)生折射 ， 形成弧線波形的軌跡 。NA越大 ， 光纖接收光的能力也越強(qiáng) 。 此 角稱為光纖波導(dǎo)的 孔徑角 。 如圖 （ c） 所示 。如圖 （ b）所示。 圖 （ a） 是一種特殊的情況 ， 即進(jìn)入光纖纖芯中的光射入纖芯與包層界面的入射角等于臨界角 ， 由圖可知 ， 折射角可以表示為 10 ?n ?nci 2 ?? ???根據(jù)折射定律可得 )2s i n (s i n c10 ?? ??? nn圖 光纖的最大入射角 因 ， 并對上式進(jìn)行簡單的代數(shù)變換可得 10 ?n???? 2s i n 12221 nnn?121nnn ???稱為纖芯與包層相對折射率差。 如圖 情況 （ 空氣折射率 ， 而纖芯石英折射率 ） 。 為了簡化分析 ， 下面僅對子午線光線傳播過程進(jìn)行討論 。 當(dāng)光波射入光纖的纖芯時(shí) ， 一般都會(huì)出現(xiàn)兩種情況 。 由此可見 ， 產(chǎn)生全反射的條件是 ： （ 1） 光纖纖芯的折射率 n1一定要大于光纖包層的折射率 n2 ， 即 （ 2） 進(jìn)入光纖的光線向纖芯 包層界面射入時(shí) ， 入射角應(yīng)大于臨界角 ， 即 90176。 ， 代入上式，則 ?2? c1 ???12cs i n nn??2?1? ?2?c? 這時(shí)如果再繼續(xù)增大入射角 ， 即 ， 則折射角 必大于 90176。 時(shí)，折射線將沿界面?zhèn)鬏?，我們將此時(shí)的入射角稱為 臨界角 ，用 表示。 由斯涅爾定律可知 1k?1k??2k?1k? 1k?? 2k?1? 1?? 2?11 ?? ??2211 si nsi n ?? nn ?2． 光波的全反射 由圖 ，當(dāng)光射線由介質(zhì) Ⅰ 射向介質(zhì) Ⅱ 時(shí)，若 n1大于 n2 ，則介質(zhì) Ⅱ 中的折射線將離開法線而折射，此時(shí)的 必大于 。 圖 光波在兩介質(zhì)交界面的反射和折射 光射線 方向由介質(zhì) Ⅰ 投射到界面上 ， 這時(shí)將發(fā)生反射和折射 ， 一部分光波沿方向 返回介質(zhì) Ⅰ ， 稱為 反射波 ；另一部分光波沿方向 進(jìn)入到介質(zhì) Ⅱ ， 稱為 折射波 。用光射線理論來研究光波傳輸特性的方法稱為射線法。 單模光纖的直徑很小 ， 約為 4?m～10?m， 其帶寬一般比漸變型多模光纖的帶寬高一兩個(gè)數(shù)量級(jí) ， 因此 ， 它適合于大容量