1.1光纖

  1.2.1光纖的結(jié)構(gòu)與分類

  光纖是光纖傳輸系統(tǒng)的物理層介質(zhì)，是構(gòu)建光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)。

  1.光纖的結(jié)構(gòu)

  （1）光纖的基本結(jié)構(gòu)。光纖的基本結(jié)構(gòu)一般是雙層或多層的同心圓柱體，如圖1-1所示。中心部分是纖芯，由純石英玻璃拉制而成；纖芯外面是包層，纖芯的折射率高于包層的折射率，從而形成一種光波導(dǎo)效應(yīng)，使大部分的光被束縛在纖芯中傳輸，實現(xiàn)光信號的傳輸。

  由纖芯和包層組成的光纖稱為裸光纖，裸光纖不能直接使用，實用的光纖是在裸光纖的外面增加了防護層保護光纖不受水汽的侵蝕和機械擦傷，增加光的柔韌性，并用來緩沖外界的壓力、增加光纖的抗拉、抗壓強度，以及改善光纖的溫度特性和防潮性能等。防護層通常也包括好幾層，包括包層外面的緩沖涂層、加強材料涂覆層以及最外一層的套塑層。

  光纖的幾何尺寸很小，纖芯直徑一般在5-50pm之間，包層的外徑為125嘩，若將防護涂層也算上整個光纖的外徑，也只有250pm左右。

  光纖的套塑方法有兩種：緊套和松套。緊套是指光纖在套管內(nèi)不能自由松動，而松套光纖則有一定的活動范圍。緊套的優(yōu)點是性能穩(wěn)定，外徑較小但機械性能不如松套，因為緊套無松套的緩沖空間，易受外力影響。松套光纖溫度性能優(yōu)于緊套光纖，制作比較容易，但外徑較大，為避免水分，需要填充半流質(zhì)的油膏來提高組成光纜后的光纜的縱向封閉性能。經(jīng)過涂覆、套塑形成的光纖常稱為被覆光纖。

  （2）光纖的材料。目前通信用光纖主要是石英系光纖，其主要成分是高純度的Si02玻璃。如果在石英中摻入折射率高于石英的摻雜劑，就可以制作光纖的纖芯；同樣，如果在石英中摻入折射率低于石英的摻雜劑，則就可以作為包層材料。纖芯中廣泛應(yīng)用的摻雜劑為二氧化鍺（Ge02）、五氧化二磷（P205）等，包層中主要的摻雜劑為三氧化二硼（B203）、氟（F）等。

  （3）光纖的折射率分布。光纖的光學(xué)特性決定于它的折射率分布，因此光纖纖芯和包層折射率在制造階段（指預(yù)制棒制造）是沿徑向加以控制的。用控制預(yù)制棒中摻雜劑的種類和數(shù)量的方法來使之產(chǎn)生一定形狀的折射率分布。折射率分布的形狀有：階躍（突變）、髙斯、三角形或更復(fù)雜的形式。

  2.光纖的分類

  光纖的分類方法很多，既可以按照光的折射分布來分，如階躍光纖和漸變光纖，也可以按照傳輸模式數(shù)目來分，如單模光纖和多模光纖。

  光纖模是滿足邊界條件的電磁場波動方程的解即電磁場的穩(wěn)態(tài)分布，每一種這樣的分布對應(yīng)一種模式。根據(jù)光纖中傳輸模式數(shù)目分為多模光纖和單模光纖。

  （1）多模光纖。光纖中傳輸模式的數(shù)目與光的波長、光纖的結(jié)構(gòu)（如纖芯直徑）、光纖的纖芯和包層的折射率分布有關(guān)。為了表示光纖中存在模式的數(shù)目，我們引入歸一化頻率參數(shù)（V），其定義為式中，λ為光纖中電磁波的工作波長；a為光纖的纖芯半徑；n1為纖芯的折射率；為包層n2的折射率。

  多模光纖是一種傳播多個模式的光纖，即它允許多個傳導(dǎo)模通過d多模光纖有兩種結(jié)構(gòu)：多模階躍光纖和多模漸變光纖。多模階躍光纖是早期的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)簡單、工藝易于實現(xiàn)，但由于其模式數(shù)目較多，因而模間延時較大，傳輸帶寬窄，目前己被多模漸變光纖取代。

  多模漸變光纖現(xiàn)已成為國際標準（即G.651）光纖，ITU-T對其主要參數(shù)，如芯徑、包層直徑、同心度誤差等作了嚴格的規(guī)定。

  （2）單模光纖。只能傳播一種模式的光纖稱為笮模光纖。為保證光纖中只存一個模式，應(yīng)滿足截止條件<2.405式中，波長的最小值稱為單模光纖的截止波長，表示為；Urn:F隨纖芯半徑纖芯和包層的相對折射率氣化-叱如增大而增大，因而單模光纖的纖芯和折射率差都較小。典型多模光纖和笮模光纖的結(jié)構(gòu)如圖1-2所示：

  所示ITU-T己規(guī)范了4種類型的單模光纖，即Q652光纖、G653光纖、G654光纖和G655光纖。

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