光纤通信基础(光纤的构造、工作原理、色散、工作频段、损耗、分类、不同标准及应用、接口类型、常见标示方法、熔接)

news2024/10/5 2:44:42

文章目录

  • 光纤的构造:纤芯、包层、涂覆层
  • 光纤的工作原理:利用全反射来传输光信号
  • 光纤的色散
  • 光纤的工作频段
  • 光纤的损耗
  • 光纤的分类
  • 光纤的不同标准及应用
  • 光纤的接口类型(SC、LC、ST、FC)
  • 光纤的常见标示方法:如“FC/PC”,“SC/PC”,“SC/APC”
  • 光纤的熔接

光纤的构造:纤芯、包层、涂覆层

光纤呈圆柱形,主要由纤芯、包层、涂覆层组成。
纤芯:位于光纤的中心部位,成分为高纯度的二氧化硅,掺有极少量掺杂剂。
包层:位于纤芯的周围,其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。
涂覆层:光纤的最外层,由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成。
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光纤的工作原理:利用全反射来传输光信号

全内反射,又称全反射(total internal reflection,TIR),是一种光学现象。当光线从较高折射率的介质进入到较低折射率的介质时,如果入射角大于某一临界角θc(光线远离法线)时,折射光线将会消失,所有的入射光线将被反射而不进入低折射率的介质。
全反射原理:若使光束从光媒质射向光媒质时,则折射角大于入射角,如果不断增大θ0可使折射角θ1达到90°,这时的θ1称为临界角。当光线从光密媒质射向光疏媒质,且入射角大于临界角时,就会产生全反射现象

光纤的色散

光纤色散的原因:在光纤中,光信号是由很多不同的成分组成的,由于信号的各频率成分或各模式成分的传播速度不同,经过光纤传输一段距离后,不同成分之间出现时延差,引起传输信号波形失真,脉冲展宽,这种现象称为光纤色散。

光纤色散的影响:光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变和展宽,从而产生码间干扰。为了保证通信质量,必须增大码间间隔,即降低信号的传输速率,这就限制了光纤系统的通信容量和传输距离

光纤色散的分类:按照色散产生的原因,光纤色散可分为模式色散,材料色散、波导色散和极化色散。

光纤的工作频段

短波长光纤(波长典型值为850nm)。
长波长光纤(波长为1310nm,1550nm)。
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光纤的损耗

光纤的损耗是指:光信号经光纤传输后,由于吸收、散射等原因引起光功率的减小。
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光纤的分类

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阶跃光纤:在纤芯与包层区域内,折射率的分布分别是均匀的,分别为n1和n2,在纤芯与包层的边界处其折射率的变化是阶跃的(n2<n1)。

渐变光纤:光纤轴心处的折射率最大(n1),但随横截面径向的增加而逐渐减小,到纤芯与包层的边界处正好降到与包层区域的折射率n2。
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多模光纤(MMF,multimode fiber):可传多种模式的光。但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重。

单模光纤(SMF,single-mode fiber):只能传一种模式的光,因此其模间色散很小,适用于远程通讯。

单模光纤通常为黄色,多模光纤通常为橙色。
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光纤的不同标准及应用

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光纤的接口类型(SC、LC、ST、FC)

光纤接口有以下几种:

SC,大方头,卡接式方型(路由器交换机上用的最多),Square Connector,SC是一种体积适中的光纤连接器,其特点是结构简单、插拔方便。它采用插拔式连接方式,可以直接插拔而不需要工具。SC接口主要分为SC阴头和SC阳头。

LC,小方头,Lucent Connector,材质为塑料。LC接头与SC接头形状相似,较SC接头小一些。其特点是连接方便、插入损耗低。采用插拔式连接方式,可以直接插拔而不需要工具。LC接口主要分为LC阴头和LC阳头。LC接口常用于低速率、低功率光模块。接头与 SC 接头形状相似,较 SC 接头小一些。

ST,卡接式圆型,Stab & Twist,材质为金属,特点是体积较小、结构简单。它采用卡口式连接方式,可以直接卡紧而不需要工具。ST接口主要分为ST阴头和ST阳头。ST接口常用于早期设备中。

FC,圆型带螺纹(配线架上用的最多),Ferrule Connector,FC是一种体积较大的光纤连接器,其特点是连接牢固、耐高温、耐腐蚀。它采用螺纹连接方式,可以保证连接的稳定性和可靠性。FC接口主要分为FC阴头和FC阳头,其中FC阴头为内螺纹,FC阳头为外螺纹。
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光纤的常见标示方法:如“FC/PC”,“SC/PC”,“SC/APC”

“/”前面部分,表示尾纤的连接器型号,FC,SC如前所述。
”/”后面部分,表示光纤接头截面工艺,即研磨方式。

PC:Physical contact,其接头截面是平的,实际上是微球面研磨抛光,在电信运营商的设备中应用得最为广泛。

APC:呈8度角并做微球面研磨抛光,在广电和早期的CATV中应用较多的型号,其尾纤头采用了带倾角的端面,可以改善电视信号的质量,主要原因是电视信号是模拟光调制,当接头耦合面是垂直的时候,反射光沿原路径返回。

UPC:衰耗比“PC”要小,一般用于有特殊需求的设备,一些国外厂家ODF架内部跳纤用的就是FC/UPC,主要是为提高ODF设备自身的指标。

光纤的熔接

熔接是利用电极棒之间放电产生的热能使光纤融化为一体的接线技术,分为以下两类:

光纤芯调芯方式:这是在显微镜下观察光纤的芯线,通过图像处理进行定位,使芯线的中心轴一致,然后进行放电的融接方式。采用配置双向观察摄影机的融接机从两个方向进行定位。

固定V型槽调芯方式:这是采用高精度V型槽排列光纤,利用融化光纤时的表面张力所产生的调芯效果进行外径调芯的融接方式。最近,由于制造技术的发展使光纤芯位置等的尺寸精度得到提高,因此,可以实现低损耗接线。本方式主要用于多芯一次性接线。

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