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光纖幾種分類區(qū)別和性能差異(必讀)

 室內(nèi)外光纜廠家 2020-04-16

目前光纖的分類方法大致有四種,即按套塑類型分類,按傳播模式分類、按工作波長分類和光纖剖面折射率分布分類等。此外按光纖的組成成份分類,除目前最常應(yīng)用的石英光纖之外,還有塑料光纖與含氟光纖等。

一、按套塑類型分類──緊套光纖與松套光纖

(一)緊套光纖

所謂緊套光纖是指二次、三次涂敷層與予涂敷層及光纖的纖芯,包層等緊密地結(jié)合在一起的光纖。目前此類光纖居多。未經(jīng)套塑的光纖,其衰耗──溫度特性本是十分優(yōu)良的,但經(jīng)過套塑之后其溫度特性下降。這是因?yàn)樘姿懿牧系呐蛎浵禂?shù)比石英高得多,在低溫時(shí)收縮較厲害,壓迫光纖發(fā)生微彎曲,增加了光纖的衰耗。

(二) 松套光纖

所謂松套光纖是指,經(jīng)過予涂敷后的光纖松散地放置在一塑料管之內(nèi),不再進(jìn)行二次、三次涂敷。松套光纖的制造工藝簡單,其衰耗──溫度特性與機(jī)械性能也比緊套光纖好,因此越來越受到人們的重視。

二、按傳播模式分類──多模光纖與單模光纖

傳播模式概念:

我們知道,光是一種頻率極高(3×1014赫茲)的電磁波,當(dāng)它在波導(dǎo)──光纖中傳播時(shí),根據(jù)波動光學(xué)理論和電磁場理論,需要用麥克斯韋式方程組來解9決其傳播方面的問題。而通過繁瑣地求解麥?zhǔn)戏匠探M之后就會發(fā)現(xiàn),當(dāng)光纖纖芯的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波波長時(shí),光在光纖中會以幾十種乃至幾百種傳播模式進(jìn)行傳播,如 TMmn 模、TEmn 模、HEmn 模等等(其中 m、n=0、1、2、3、……)。其中 HE11模被稱為基模,其余的皆稱為高次模。

(一) 多模光纖

當(dāng)光纖的幾何尺寸(主要是纖芯直徑 d1)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光波波長時(shí)(約 1 微米),光纖中會存在著幾十種乃至幾百種傳播模式。不同的傳播模式會具有不同的傳播速度與相位,因此經(jīng)過長距離的傳輸之后會產(chǎn)生時(shí)延,導(dǎo)致光脈沖變寬。這種現(xiàn)象叫做光纖的模式色散(又叫模間色散)。計(jì)算多模光纖中傳播模式數(shù)量的經(jīng)典公式為 NV=142,其中 V 為歸一化頻率。例如當(dāng) V=38 時(shí),多模光纖中會存在三百多種傳播模式。模式色散會使多模光纖的帶寬變窄,降低了其傳輸容量,因此多模光纖僅適用于較小容量的光纖通信。多模光纖的折射率分布大都為拋物線分布即漸變折射率分布。其纖芯直徑d1,大約在 50 微米左右。

(二) 單模光纖

根據(jù)電磁場理論與求解麥?zhǔn)戏匠探M發(fā)現(xiàn),當(dāng)光纖的幾何尺寸(主要是芯徑)可以與光波長相比擬時(shí),如芯徑 d1 在 5~10 微米范圍,光纖只允許一種模式(基模 HE11)在其中傳播,其余的高次模全部截止,這樣的光纖叫做單模光纖。

由于它只允許一種模式在其中傳播,從而避免了模式色散的問題,故單模光纖具有極寬的帶寬,特別適用于大容量的光纖通信。

其實(shí),準(zhǔn)確地講要實(shí)現(xiàn)單模傳輸,必須使光纖的諸參量滿足一定的條件,即其歸一化頻率 V ≤ 2.4048。

由于單模光纖的纖芯直徑非常細(xì)小,所以對其制造工藝提出了更苛刻的要求。

三、按工作波長分類──短波長光纖與長波長光纖

(一) 短波長光纖

在光纖通信發(fā)展的初期,人們使用的光波之波長在 0.6~0.9 微米范圍內(nèi)(典型值為 0.85 微米),習(xí)慣上把在此波長范圍內(nèi)呈現(xiàn)低衰耗的光纖稱作短波長光纖。短波長光纖屬早期產(chǎn)品,目前很少采用。

(二)長波長光纖

后來隨著研究工作的不斷深入,人們發(fā)現(xiàn)在波長 1.31 微米和 1.55 微米附近,石英光纖的衰耗急劇下降如圖 2.4 所示。不僅如此,而且在此波長范圍內(nèi)石英光纖的材料色散也大大減小。因此人們的研究工作又迅速轉(zhuǎn)移,并研制出在此波長范圍衰耗更低,帶寬更寬的光纖,習(xí)慣上把工作在 1.0~2.0 微米波長范圍的光纖稱之為長波長光纖。長波長光纖因具有衰耗低、帶寬寬等優(yōu)點(diǎn),特別適用于長距離、大容量的光纖通信。

四、按折射率分布分類──階躍光纖與漸變光纖

(一)階躍光纖

所謂階躍光纖是指:在纖芯與包層區(qū)域內(nèi),其折射率分布分別是均勻的,其值分別為 n1 與 n2,但在纖芯與包層的分界處,其折射率的變化是階躍的階躍光纖是早期光纖的結(jié)構(gòu)方式,后來在多模光纖中逐漸被漸變光纖所取代(因漸變光纖能大大降低多模光纖所特有的模式色散),但用它來解釋光波在光纖中的傳播還是比較形象的。而現(xiàn)在當(dāng)單模光纖逐漸取代多模光纖成為當(dāng)前光纖的主流產(chǎn)品時(shí),階躍光纖結(jié)構(gòu)又作為單模光纖的結(jié)構(gòu)形式之一。

(二) 漸變光纖

所謂漸變光纖是指:光纖軸心處的折射率最大(n1),而沿剖面徑向的增加時(shí)時(shí)8而逐漸變小,其變化規(guī)律一般符合拋物線規(guī)律,到了纖芯與包層的分界處,正好降到與包層區(qū)域的折射率 n2 相等的數(shù)值;在包層區(qū)域中其折射率的分布是均勻的即為 n2。至于漸變光纖的剖面折射率為何做如此分布,其主要原因是為了降低多模光纖的模式色散,增加光纖的傳輸容量。

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