光纤基础知识精选PPT.ppt

光纤基础知识第1页，此课件共34页哦n1n2光纤是什么？内层为高折射率石英玻璃纤芯中间为低折射率石英玻璃包层(直径？)外层是加强用的树脂涂层 第2页，此课件共34页哦全反射的必要条件：从折射率大的介质到折射率小介质折射率如何导光？一般波长越小，折射率越大：蓝光折射率大，红光折射率小 第3页，此课件共34页哦培训内容n光纤的历史光纤的历史n光纤的基本性质光纤的基本性质n光纤的测试光纤的测试第4页，此课件共34页哦1通信容量大 光纤通信优点 2中继距离长 3保密性能好 4抗电磁干扰 5体积小、重量轻、便于施工维护 6原材料来源丰富第5页，此课件共34页哦光纤的历史光纤的历史1、公元2000多年前的“烽火台”是光通信的原始形式2、1621年，荷兰人斯涅耳发现全反射定律3、1870年，英国人第达尔首次验证了光可以在一个弯曲的水流中传播4、1881年，贝尔发明光电话5、1951年，医学上出现光导纤维镜6、1960年，梅曼发明红宝石激光器第6页，此课件共34页哦7、1966年，英籍华裔科学家高锟发表论文“用于光频率的绝缘纤维表面波导管”8、1970年，康宁公司制造出第一根衰减小于20dB/km的光纤9、1983年，在纽约和华盛顿安装了最早的城市间光纤链路10、目前、随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大。第7页，此课件共34页哦光纤的分类光纤的分类按折射率分：阶跃折射率光纤，梯度折射率光纤 按原材料分：石英光纤、塑料光纤按传输模式分：单模光纤、多模光纤第8页，此课件共34页哦接受角度数值孔径NA表明了光纤集光的能力，大NA有利于光纤对接第9页，此课件共34页哦相对折射率数值孔径这个公式表明：n1和n2本身并不重要，重要的是它们的平均值和相对差。能够在光纤内稳定传输的光波，除了要满足全反射条件，还要满足相位谐振条件。因此，光只能以一组独立的角度传播。这些具有不同传播角度的光束称为模式。传播角度越小，其级越低。模式第10页，此课件共34页哦LP01LP21LP02LP11归一化频率V越大，模式数量越多单模光纤 =0.3%0.6%，d=89mm多模光纤 =1%2%，d=5060mm第11页，此课件共34页哦 对于均匀光纤来说，可用单位长度的衰减，即衰减系数a()反映光纤的衰减性能的好坏。衰减系数定义为：光纤的衰减A()定义为：在波长处，光通过一段光纤上相距为L的两个横截面1和2之间的光功率差，为衰减第12页，此课件共34页哦一、吸收损耗紫外吸收红外吸收水峰吸收：945nm，1240nm，1380nm第13页，此课件共34页哦二、散射损耗光纤中的缺陷会引起光的散射，破坏全反射的条件，导致部分光穿出纤芯，造成光功率的损耗。通常是由折射率的细微变化引起的典型的光谱衰减典型的光谱衰减第14页，此课件共34页哦三、弯曲损耗 最小弯曲半径：对于长期应用，弯曲半径超过光纤包层直径的150倍；对于短期应用，弯曲半径应超过包层直径的100倍。对于石英光纤，这两个值分别为19mm和13mm。局限在光纤中的光能越多，光纤对弯曲的敏感性越低。第15页，此课件共34页哦背向散射法测量光纤的衰减常数 背向散射法测得的典型曲线第16页，此课件共34页哦 光纤色散定义为在光纤中传输的光脉冲，受光纤折射率分布、光纤 材料的色散特性、光纤中的模式分布以及光源的光谱宽度等因素影响，出现脉冲展宽的现象。色散的四种形式：模式色散、材料色散、波导色散、偏振模色散。色散第17页，此课件共34页哦模式色散 脉冲展宽的影响：40Gb/s的光纤链路要求每秒传输40109个脉冲，而脉冲展宽严重限制了光纤链路的比特率，因此多模光纤只能用于短距离的光纤通信 第18页，此课件共34页哦材料色散：不同波长的光在光纤中以不同的速度传播波导色散：光在拥有不同折射率的结构纤芯和包层中传播材料色散和波导色散总称为波长色散、在超过1300nm时材料色散为正而波导色散参数为负。色散系数第19页，此课件共34页哦光纤的衰减特性及不同类型光纤的色散特性比较第20页，此课件共34页哦测量原理相移法，即测量不同波长的光信号通过光纤后的产生的相移量，由此算出不同波长的相对群时延，经曲线拟合和数学运算得到光纤的色散特性曲线。色散测量S0称为零色散斜率，0称为零色散波长第21页，此课件共34页哦偏振模色散（PMD）指单模光纤中的两个正交偏振模式之间的差分群时延测量原理测量原理干涉法，当光纤一端用宽带干涉法，当光纤一端用宽带光源照明时，在输出端测量电磁场的自相光源照明时，在输出端测量电磁场的自相关函数，从而确定关函数，从而确定PMD。偏振模色散与波长无关，偏振模色散无法完全偏振模色散与波长无关，偏振模色散无法完全消除消除第22页，此课件共34页哦单模光纤的截止波长是指光纤的第一个高阶模截止时的波长。单模光纤的截止波长是指光纤的第一个高阶模截止时的波长。对于阶对于阶跃光纤，截止波长有跃光纤，截止波长有截止波长截止波长实际截止波长被定义为总功率与基模光功率之比减小到小于实际截止波长被定义为总功率与基模光功率之比减小到小于0.1dB时所对时所对应的波长应的波长测量原理测量原理传输功率法，由随波长变化传输功率法，由随波长变化的传输功率与参考功率之比来确定截止波的传输功率与参考功率之比来确定截止波长长PK2200第23页，此课件共34页哦纤芯n1包层n2d测量原理近场扫描法，在近场图上沿一经过模场中心的直线扫描，测量出近场光强度和F(r)。模场直径是一个表示光束强度分布的度量模场直径第24页，此课件共34页哦微弯损耗宏弯损耗弯曲损耗随模场直径MFD的增加而增加而工作波长受到截止波长c的限制，即l lc相互联系第25页，此课件共34页哦光纤的几何尺寸是光纤最基本的标准化参数，对光纤的连接损耗，光传输和机械性能等有决定性影响，测量原理近场图像法，光纤输出端面的近场传导模的光功率分布与折射率分布相似几何尺寸的特征参数包括：包层直径、包层不圆度、芯层直径、芯层不圆度、芯层-包层同心误差等PK2400第26页，此课件共34页哦翘曲度剥除涂敷层后的裸光纤自然弯曲的曲率半径第27页，此课件共34页哦光纤保持器线传感器激光器光纤 LDzDs测量原理激光束散射法，由线传感器读出反射光束之间的距离，将各参数代入公式求出翘曲光纤翘曲半径RC应不小于4m第28页，此课件共34页哦由于光纤断裂会导致通信线路中断，修理和更换光纤的成本很高，故光纤的材料强度、操作性的便利性和可靠性是人们最关心的问题。机械性能测试 在一定条件下，光纤表面微裂纹生长扩大至光纤断裂的过程称为光纤的疲劳。动态疲劳即施加一个具有恒定速率s的应力，测量加载和断裂时间在恒定外加应力速率下，观察断裂时间t和断裂应力，三者之间满足的关系为Nd称为动态疲劳指数，Nd值愈大，光纤的使用寿命也就愈长，按规定Nd应不小于20 涂覆层剥离力宜在1.38.9N范围之内。第29页，此课件共34页哦温度依赖性：在周围环境温度在-60和+80 间变化测量的结果，增长衰减不超过0.1dB环境性能测试 水浸依赖性：光纤在20 的水中浸泡30天，衰减增长不超过0.2dB湿度依赖性：在85 相对湿度85%时间30天的条件下测量，衰减增长不会超过0.2dB/km第30页，此课件共34页哦光纤拉丝第31页，此课件共34页哦预制棒制作工艺两步法先芯棒、后包层轴向化学气相沉积（VAD）第32页，此课件共34页哦外部气相沉积（OVD）改进的化学气相沉积（MCVD）等离子化学气相沉积（PCVD）第33页，此课件共34页哦原料类别原料名称主要作用主体原材料四氟化硅SiCl4反应物构成石英光纤的主体组成掺杂原材料四氟化锗GeCl4掺入芯层，形成GeO2提高折射率辅助原材料H2、O2化学气相沉积时用的加热能源第34页，此课件共34页哦