光纖光纜簡介

光纖光纜是一種通信電纜，由兩(liang) 個(ge) 或多個(ge) 玻璃或塑料光纖芯組成，這些光纖芯位於(yu) 保護性的覆層內(nei) ，由塑料PVC外部套管覆蓋。沿內(nei) 部光纖進行的信號傳(chuan) 輸一般使用紅外線。

優(you) 點

光纖通信是現代信息傳(chuan) 輸的重要方式之一。它具有容量大、中繼距離長、保密性好、不受電磁幹擾和節省銅材等優(you) 點。

原理

光纖傳(chuan) 輸基於(yu) 可用光在兩(liang) 種介質界麵發生全反射的原理。突變型光纖,n1為(wei) 纖芯介質的折射率，n2為(wei) 包層介質的折射率,n1大於(yu) n2，進入纖芯的光到達纖芯與(yu) 包層交界麵（簡稱芯-包界麵）時的入射角大於(yu) 全反射臨(lin) 界角θc時,就能發生全反射而無光能量透出纖芯，入射光就能在界麵經無數次全反射向前傳(chuan) 輸。原來當光纖彎曲時，界麵法線轉向，入射角度小，因此一部分光線的入射角度變得小於(yu) 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(chuan) 輸，但將引起能量損耗。通常，彎曲半徑大於(yu) 50～100毫米時,其損耗可忽略不計。微小的彎曲則將造成嚴(yan) 重的“微彎損耗”。

人們(men) 常用電磁波理論進一步研究光纖傳(chuan) 輸的機製，由光纖介質波導的邊界條件來求解波動方程。在光纖中傳(chuan) 播的光包含有許多模式，每一個(ge) 模式代表一種電磁場分布，並與(yu) 幾何光學中描述的某一光線相對應。光纖中存在的傳(chuan) 導模式取決(jue) 於(yu) 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(chan) 生，它是由玻璃的不規則分子結構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(yu) λ4成反比。在波長小於(yu) 0.8微米時,瑞利散射損耗迅速上升，限製了光纖的使用。光纖基質材料SiO2和摻雜氧化物分子的本征吸收損耗又使光纖的衰減，在波長大於(yu) 1.7微米時，迅速增大。因此,這類光纖的使用波長就被限製在0.8～1.7微米範圍內(nei) 。在這一範圍內(nei) ，衰減主要是石英玻璃中所含的雜質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,雜質吸收損耗已被基本上消除，從(cong) 而達到了瑞利散射損耗的極限。光纖的不規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盡量避免光纖微彎。

光纖帶寬

光纖傳(chuan) 輸的載波是光,雖然頻帶極寬,但並不能充分利用，這是由於(yu) 光在光纖中傳(chuan) 輸有色散（模間色散、材料色散和波導色散）的緣故。它們(men) 在不同程度上影響光纖帶寬。

模間色散是由於(yu) 不同模式的光線在芯- 包界麵上的全反射角不同，曲折前進的路程長短不一。因而,一束光脈衝(chong) 入射光纖後,它所含的各模式經一定距離傳(chuan) 輸到達終點的時間會(hui) 有先後，因而引起脈衝(chong) 展寬。它可使一束窄脈衝(chong) 展寬達20納秒/公裏左右，光纖的相應帶寬約為(wei) 20兆赫·公裏。

材料色散是一種模內(nei) 色散。光纖所傳(chuan) 輸的光即使是激光，也包含有一定譜寬的不同波長的光分量。例如，GaAlAs半導體(ti) 激光器發出的激光譜寬約為(wei) 2納米。光在介質中的傳(chuan) 輸速度與(yu) 折射率 n有關(guan) ，而石英介質的折射率隨波長變化，因此當一束光脈衝(chong) 入射光纖後，即使是同一模式，傳(chuan) 輸群速也會(hui) 因光波長不同而有差異，致使到達終點後的脈衝(chong) 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/公裏·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。

波導色散也是一種模內(nei) 色散，是由於(yu) 模式傳(chuan) 播常數隨波長變化引起群速差異而造成的。波導色散更小。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，並有可能相互抵消。 　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(you) 點，在研究及應用中占主要地位。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(chuan) 輸光的模式分，有多模光纖和單模光纖。

光纜結構

按照被覆光纖在光纜中所處的狀態，光纜有緊結構與(yu) 鬆結構兩(liang) 類。骨架型光纜是一種典型的鬆結構。光纖埋在骨架外周螺旋槽中，有活動餘(yu) 地。這種光纜隔離外力和防止微彎損耗的特性較好。絞合型光纜當使用緊包光纖時是一種典型的緊結構，被覆光纖被緊包於(yu) 纜結構中，但絞合型光纜使用鬆包光纖時，由於(yu) 光纖在二次被覆塑料管中可以活動，仍屬鬆結構。絞合型光纜的成纜工藝較為(wei) 簡單，性能良好。此外，還有帶狀光纜、單芯光纜等結構類型。

各種光纜中都有增強件，用以承載拉力。它由具有高彈性模量的高強度材料製成，常用的有鋼絲(si) 、高強度玻璃纖維和高模量合成纖維芳綸等。增強件使光纜在使用應力下隻產(chan) 生極低的伸長形變（例如小於(yu) 0.5%）,以保護光纖免受應力或隻承受極低的應力，以防光纖斷裂。

光纜的護套結構和材料視使用環境和要求而定，與(yu) 同樣使用條件下的電纜基本相同。按照光纜的使用環境分，有架空光纜、直埋光纜、海底光纜、野戰光纜等。

發展概況

光纖通信的誕生與(yu) 發展是電信史上的一次重要革命。人類社會(hui) 的信息化建設正在加速進行，即 使是在全球經濟發展不景氣的情況下，通信和信息行業(ye) 還十分火紅。光纖通信正朝高速、超高速、超大容量的光纖傳(chuan) 輸及全光網方向發展。我國在實現信息化進程中，“九五”期間中國電信 完成了“八縱八橫”的光纜幹線敷設。一個(ge) 以光纜為(wei) 主體(ti) 的骨幹通信網逐步形成。四通八達的高容量光纜幹線已成為(wei) 我國的“信息通道”。隨著通信事業(ye) 的不斷發展，從(cong) 省到市、縣甚至鄉(xiang) 鎮也敷設 了光纜。“光纖到戶”的日期越來越臨(lin) 近了。近年來，隨著技術的進步，電信體(ti) 製的改革以及電 信市場的逐步全麵開放，更由於(yu) IP業(ye) 務的爆炸式發展所帶來的帶寬的巨大需求，光纖通信的發展又一次呈現出蓬勃發展的新局麵。