光纖光纜<百科>

光纖光纜簡介

光纖光纜是一種通信電纜，由兩個或多個玻璃或塑料光纖芯組成，這些光纖芯位于保護(hù)性的覆層內(nèi)，由塑料PVC外部套管覆蓋。沿內(nèi)部光纖進(jìn)行的信號傳輸一般使用紅外線。

優(yōu)點(diǎn)

光纖通信是現(xiàn)代信息傳輸?shù)闹匾绞街弧Ｋ哂腥萘看蟆⒅欣^距離長、保密性好、不受電磁干擾和節(jié)省銅材等優(yōu)點(diǎn)。

原理

光纖傳輸基于可用光在兩種介質(zhì)界面發(fā)生全反射的原理。突變型光纖,n1為纖芯介質(zhì)的折射率，n2為包層介質(zhì)的折射率,n1大于n2，進(jìn)入纖芯的光到達(dá)纖芯與包層交界面（簡稱芯-包界面）時的入射角大于全反射臨界角θc時,就能發(fā)生全反射而無光能量透出纖芯，入射光就能在界面經(jīng)無數(shù)次全反射向前傳輸。原來當(dāng)光纖彎曲時，界面法線轉(zhuǎn)向，入射角度小，因此一部分光線的入射角度變得小于θc而不能全反射。但原來入射角較大的那些光線仍可全反射，所以光纖彎曲時光仍能傳輸，但將引起能量損耗。通常，彎曲半徑大于50～100毫米時,其損耗可忽略不計。微小的彎曲則將造成嚴(yán)重的“微彎損耗”。

人們常用電磁波理論進(jìn)一步研究光纖傳輸?shù)臋C(jī)制，由光纖介質(zhì)波導(dǎo)的邊界條件來求解波動方程。在光纖中傳播的光包含有許多模式，每一個模式代表一種電磁場分布，并與幾何光學(xué)中描述的某一光線相對應(yīng)。光纖中存在的傳導(dǎo)模式取決于光纖的歸一化頻率ν值

光纖衰減

造成光纖衰減的因素有散射損耗、吸收損耗和微彎損耗等。散射損耗主要由瑞利散射產(chǎn)生，它是由玻璃的不規(guī)則分子結(jié)構(gòu)引起的微觀折射率波動所造成的，是光纖的固有損耗，也是光纖衰減的最低限。它與λ4成反比。在波長小于0.8微米時,瑞利散射損耗迅速上升，限制了光纖的使用。光纖基質(zhì)材料SiO2和摻雜氧化物分子的本征吸收損耗又使光纖的衰減，在波長大于1.7微米時，迅速增大。因此,這類光纖的使用波長就被限制在0.8～1.7微米范圍內(nèi)。在這一范圍內(nèi)，衰減主要是石英玻璃中所含的雜質(zhì)Fe+ +、Cu+ + 等過渡金屬離子和OH-。的吸收損耗造成的。隨著純化工藝的改進(jìn),雜質(zhì)吸收損耗已被基本上消除，從而達(dá)到了瑞利散射損耗的極限。光纖的不規(guī)則微小彎曲引起模式耦合,造成微彎損耗,因此在加工和使用中應(yīng)盡量避免光纖微彎。

光纖帶寬

光纖傳輸?shù)妮d波是光,雖然頻帶極寬,但并不能充分利用，這是由于光在光纖中傳輸有色散（模間色散、材料色散和波導(dǎo)色散）的緣故。它們在不同程度上影響光纖帶寬。

模間色散是由于不同模式的光線在芯- 包界面上的全反射角不同，曲折前進(jìn)的路程長短不一。因而,一束光脈沖入射光纖后,它所含的各模式經(jīng)一定距離傳輸?shù)竭_(dá)終點(diǎn)的時間會有先后，因而引起脈沖展寬。它可使一束窄脈沖展寬達(dá)20納秒/公里左右，光纖的相應(yīng)帶寬約為20兆赫·公里。

材料色散是一種模內(nèi)色散。光纖所傳輸?shù)墓饧词故羌す猓舶幸欢ㄗV寬的不同波長的光分量。例如，GaAlAs半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光譜寬約為 2納米。光在介質(zhì)中的傳輸速度與折射率 n有關(guān)，而石英介質(zhì)的折射率隨波長變化，因此當(dāng)一束光脈沖入射光纖后，即使是同一模式，傳輸群速也會因光波長不同而有差異，致使到達(dá)終點(diǎn)后的脈沖展寬,這就是材料色散。在1.3微米附近，折射率隨波長的變化極小,因此,材料色散很小（例如3皮秒/公里·納米）。消除模間色散可使光纖帶寬大大提高。純石英在1.27微米波長上具有零色散特性。

波導(dǎo)色散也是一種模內(nèi)色散，是由于模式傳播常數(shù)隨波長變化引起群速差異而造成的。波導(dǎo)色散更小。在1.3微米波長附近,材料色散顯著減小，以致二者大致相同，并有可能相互抵消。 　光纖的種類 　按使用的材料分，有石英光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層光纖和塑料光纖等幾大類。其中石英光纖以高純SiO2玻璃作光纖材料，具有衰減低、頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，在研究及應(yīng)用中占主要地位。如按纖芯折射率分類主要有突變型光纖和漸變型光纖。按傳輸光的模式分，有多模光纖和單模光纖。

光纜結(jié)構(gòu)

按照被覆光纖在光纜中所處的狀態(tài)，光纜有緊結(jié)構(gòu)與松結(jié)構(gòu)兩類。骨架型光纜是一種典型的松結(jié)構(gòu)。光纖埋在骨架外周螺旋槽中，有活動余地。這種光纜隔離外力和防止微彎損耗的特性較好。絞合型光纜當(dāng)使用緊包光纖時是一種典型的緊結(jié)構(gòu)，被覆光纖被緊包于纜結(jié)構(gòu)中，但絞合型光纜使用松包光纖時，由于光纖在二次被覆塑料管中可以活動，仍屬松結(jié)構(gòu)。絞合型光纜的成纜工藝較為簡單，性能良好。此外，還有帶狀光纜、單芯光纜等結(jié)構(gòu)類型。

各種光纜中都有增強(qiáng)件，用以承載拉力。它由具有高彈性模量的高強(qiáng)度材料制成，常用的有鋼絲、高強(qiáng)度玻璃纖維和高模量合成纖維芳綸等。增強(qiáng)件使光纜在使用應(yīng)力下只產(chǎn)生極低的伸長形變（例如小于0.5%）,以保護(hù)光纖免受應(yīng)力或只承受極低的應(yīng)力，以防光纖斷裂。

光纜的護(hù)套結(jié)構(gòu)和材料視使用環(huán)境和要求而定，與同樣使用條件下的電纜基本相同。按照光纜的使用環(huán)境分，有架空光纜、直埋光纜、海底光纜、野戰(zhàn)光纜等。

發(fā)展概況

光纖通信的誕生與發(fā)展是電信史上的一次重要革命。人類社會的信息化建設(shè)正在加速進(jìn)行，即 使是在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展不景氣的情況下，通信和信息行業(yè)還十分火紅。光纖通信正朝高速、超高速、超大容量的光纖傳輸及全光網(wǎng)方向發(fā)展。我國在實(shí)現(xiàn)信息化進(jìn)程中，“九五”期間中國電信 完成了“八縱八橫”的光纜干線敷設(shè)。一個以光纜為主體的骨干通信網(wǎng)逐步形成。四通八達(dá)的高容量光纜干線已成為我國的“信息通道”。隨著通信事業(yè)的不斷發(fā)展，從省到市、縣甚至鄉(xiāng)鎮(zhèn)也敷設(shè) 了光纜。“光纖到戶”的日期越來越臨近了。近年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，電信體制的改革以及電 信市場的逐步全面開放，更由于IP業(yè)務(wù)的爆炸式發(fā)展所帶來的帶寬的巨大需求，光纖通信的發(fā)展又一次呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的新局面。