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光纖的不同種類

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點擊次數:114 更新時間:2019年10月15日17:30:51 打印此頁 關閉

光纖的不同種類


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光纖的種類很多,分類方法也是各種各樣的。
從材料角度分
按照制造光纖所用的材料分類,有石英系光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層石英芯光纖、全塑料光纖和氟化物光纖等。
塑料光纖是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯(有機玻璃)制成的。它的特點是制造成本低廉,相對來說芯徑較大,與光源的耦合效率高,耦合進光纖的光功率大,使用方便。但由于損耗較大,帶寬較小,這種光纖只適用于短距離低速率通信,如短距離計算機網鏈路、船舶內通信等。目前通信中普遍使用的是石英系光纖。
按傳輸模式分
按光在光纖中的傳輸模式可分為:單模光纖和多模光纖。
多模光纖的纖芯直徑為50~62.5μm,包層外直徑125μm,單模光纖的纖芯直徑為8.3μm,包層外直徑125μm。光纖的工作波長有短波長0.85μm、長波長1.31μm和1.55μm。光纖損耗一般是隨波長加長而減小,0.85μm的損耗為2.5dB/km,1.31μm的損耗為0.35dB/km,1.55μm的損耗為0.20dB/km,這是光纖的最低損耗,波長1.65μm以上的損耗趨向加大。由于OHˉ的吸收作用,0.90~1.30μm和1.34~1.52μm范圍內都有損耗高峰,這兩個范圍未能充分利用。80年代起,傾向于多用單模光纖,而且先用長波長1.31μm。
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多模光纖
多模光纖(Multi Mode Fiber):中心玻璃芯較粗(50或62.5μm),可傳多種模式的光。但其模間色散較大,這就限制了傳輸數字信號的頻率,而且隨距離的增加會更加嚴重。例如:600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此,多模光纖傳輸的距離就比較近,一般只有幾公里。
單模光纖
單模光纖(Single Mode Fiber):中心玻璃芯很細(芯徑一般為9或10μm),只能傳一種模式的光。因此,其模間色散很小,適用于遠程通訊,但還存在著材料色散和波導色散,這樣單模光纖對光源的譜寬和穩定性有較高的要求,即譜寬要窄,穩定性要好。后來又發現在1.31μm波長處,單模光纖的材料色散和波導色散一為正、一為負,大小也正好相等。這就是說在1.31μm波長處,單模光纖的總色散為零。從光纖的損耗特性來看,1.31μm處正好是光纖的一個低損耗窗口。這樣,1.31μm波長區就成了光纖通信的一個很理想的工作窗口,也是現在實用光纖通信系統的主要工作波段。1.31μm常規單模光纖的主要參數是由國際電信聯盟ITU-T在G652建議中確定的,因此這種光纖又稱G652光纖。
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最佳傳輸窗口為依據
按最佳傳輸頻率窗口分:常規型單模光纖和色散位移型單模光纖。
常規型:光纖生產長家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上,如1300μm。
色散位移型:光纖生產廠家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個波長的光上,如:1300μm和1550μm。
我們知道單模光纖沒有模式色散所以具有很高的帶寬,那么如果讓單模光纖工作在1.55μm波長區,不就可以實現高帶寬、低損耗傳輸了嗎?但是實際上并不是這么簡單。常規單模光纖在1.31μm處的色散比在1.55μm處色散小得多。這種光纖如工作在1.55μm波長區,雖然損耗較低,但由于色散較大,仍會給高速光通信系統造成嚴重影響。因此,這種光纖仍然不是理想的傳輸媒介。
為了使光纖較好地工作在1.55μm處,人們設計出一種新的光纖,叫做色散位移光纖(DSF)。這種光纖可以對色散進行補償,使光纖的零色散點從1.31μm處移到1.55μm附近。這種光纖又稱為1.55μm零色散單模光纖,代號為G653。
G653光纖是單信道、超高速傳輸的極好的傳輸媒介。現在這種光纖已用于通信干線網,特別是用于海纜通信類的超高速率、長中繼距離的光纖通信系統中。
色散位移光纖雖然用于單信道、超高速傳輸是很理想的傳輸媒介,但當它用于波分復用多信道傳輸時,又會由于光纖的非線性效應而對傳輸的信號產生干擾。特別是在色散為零的波長附近,干擾尤為嚴重。為此,人們又研制了一種非零色散位移光纖即G655光纖,將光纖的零色散點移到1.55μm 工作區以外的1.60μm以后或在1.53μm以前,但在1.55μm波長區內仍保持很低的色散。這種非零色散位移光纖不僅可用于現在的單信道、超高速傳輸,而且還可適應于將來用波分復用來擴容,是一種既滿足當前需要,又兼顧將來發展的理想傳輸媒介。
還有一種單模光纖是色散平坦型單模光纖。這種光纖在1.31μm到1.55μm整個波段上的色散都很平坦,接近于零。但是這種光纖的損耗難以降低,體現不出色散降低帶來的優點,所以目前尚未進入實用化階段。
按折射率分布分
按折射率分布情況分:階躍型和漸變型光纖。
階躍型:光纖的纖芯折射率高于包層折射率,使得輸入的光能在纖芯一包層交界面上不斷產生全反射而前進。這種光纖纖芯的折射率是均勻的,包層的折射率稍低一些。光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的,只有一個臺階,所以稱為階躍型折射率多模光纖,簡稱階躍光纖,也稱突變光纖。這種光纖的傳輸模式很多,各種模式的傳輸路徑不一樣,經傳輸后到達終點的時間也不相同,因而產生時延差,使光脈沖受到展寬。所以這種光纖的模間色散高,傳輸頻帶不寬,傳輸速率不能太高,用于通信不夠理想,只適用于短途低速通訊,比如:工控。但單模光纖由于模間色散很小,所以單模光纖都采用突變型。這是研究開發較早的一種光纖,現在已逐漸被淘汰了。
為了解決階躍光纖存在的弊端,人們又研制、開發了漸變折射率多模光纖,簡稱漸變光纖。
漸變型光纖:光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小,可使高次模的光按正弦形式傳播,這能減少模間色散,提高光纖帶寬,增加傳輸距離,但成本較高,現在的多模光纖多為漸變型光纖。漸變光纖的包層折射率分布與階躍光纖一樣,為均勻的。漸變光纖的纖芯折射率中心最大,沿纖芯半徑方向逐漸減小。由于高次模和低次模的光線分別在不同的折射率層界面上按折射定律產生折射,進入低折射率層中去,因此,光的行進方向與光纖軸方向所形成的角度將逐漸變小。同樣的過程不斷發生,直至光在某一折射率層產生全反射,使光改變方向,朝中心較高的折射率層行進。這時,光的行進方向與光纖軸方向所構成的角度,在各折射率層中每折射一次,其值就增大一次,最后達到中心折射率最大的地方。在這以后。和上述完全相同的過程不斷重復進行,由此實現了光波的傳輸。可以看出,光在漸變光纖中會自覺地進行調整,從而最終到達目的地,這叫做自聚焦
按工作波長分
按光纖的工作波長分類,有短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖。
常用光纖規格
單模: 8/125μm, 9/125μm, 10/125μm
多模: 50/125μm 歐洲標準 62.5/125μm 美國標準
工業,醫療和低速網絡: 100/140μm, 200/230μm
塑料光纖: 98/1000μm 用于汽車控制。

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