光纤光缆的结构与分类教案资料.ppt

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1、光纤光缆的结构与分类光纤光缆的结构与分类一、光纤的结构二、光纤的分类三、光缆的结构四、光缆的分类光纤的结构n n纤纤芯芯位位于于光光纤纤中中心心，直直径径2 2a a为为5 57575m,m,作作用用是是传传输输光波。光波。n n包包层层位位于于纤纤芯芯外外层层，直直径径2 2b b为为100100150150m,m,作作用用是是将将光波限制在纤芯中。光波限制在纤芯中。n n纤纤芯芯和和包包层层即即组组成成裸裸光光纤纤，两两者者采采用用高高纯纯度度二二氧氧化化硅硅（SiOSiO2 2）制制成成，但但为为了了使使光光波波在在纤纤芯芯中中传传送送，应应对对材材料料进进行行不不同同掺掺杂杂，使使包包

2、层层材材料料折折射射率率n n2 2比比纤纤芯芯材材料料折折射率射率n n1 1小，即光纤导光的条件是小，即光纤导光的条件是n n1 1n n2 2。n n一一次次涂涂敷敷层层是是为为了了保保护护裸裸纤纤而而在在其其表表面面涂涂上上的的聚聚氨氨基基甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为 30 30150150mm。n n套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯线。光纤芯线。一次涂覆层纤芯包层套层一次涂覆层包层纤芯套层光纤

3、的结构示意图 二、光纤分类二、光纤分类 根根据据光光纤纤的的折折射射率率、光光纤纤材材料料、传传输输模模式式、光光纤纤用用途途和和制制造造工艺，有如下几种分类方法：工艺，有如下几种分类方法：1阶跃型和梯度型光纤阶跃型和梯度型光纤(根据光纤的折射率分布函数根据光纤的折射率分布函数)阶阶跃跃光光纤纤的的纤纤芯芯与与包包层层间间的的折折射射率率阶阶跃跃变变化化的的，即即纤纤芯芯内内的的折折射射率率分分布布大大体体上上是是均均匀匀的的，包包层层内内的的折折射射率率分分布布也也大大体体均均匀匀，均均可可视视为为常常数数，但但是是纤纤芯芯和和包包层层的的折折射射率率不不同同，在在界界面面上上发生突变。发生

4、突变。梯梯度度光光纤纤纤纤芯芯内内的的折折射射率率不不是是常常量量，而而是是从从中中心心轴轴线线开开始始沿径向大沿径向大致按抛物线形状递减，中心轴折射率最大。致按抛物线形状递减，中心轴折射率最大。2按材料分类按材料分类 (1)高纯度石英高纯度石英(SiO2)玻璃纤维。玻璃纤维。这这种种材材料料的的光光损损耗耗比比较较小小，在在波波长长1.2m时时、最最低低损损耗耗约为约为0.47dB/km。(2)多组分玻璃光纤多组分玻璃光纤 用用常常规规玻玻璃璃制制成成，损损耗耗也也很很低低。如如硼硼硅硅酸酸钠钠玻玻璃璃光光纤纤，在在波长波长0.84m时，最低损耗为时，最低损耗为3.4dB/km。(3)塑料光

5、纤。塑料光纤。用用人人工工合合成成导导光光塑塑料料制制成成，其其损损耗耗较较大大。当当0.63m时时，损损耗耗高高达达100200 dB/km；但但重重量量轻轻，成成本本低低，柔柔软软性性好好，适适用于短距离导光。用于短距离导光。3 3按传输模数分类按传输模数分类按传输模数分类按传输模数分类 (1)(1)单模光纤单模光纤单模光纤单模光纤 单模光纤纤芯直径仅有几微米，接近光的波长。单模光单模光纤纤芯直径仅有几微米，接近光的波长。单模光单模光纤纤芯直径仅有几微米，接近光的波长。单模光单模光纤纤芯直径仅有几微米，接近光的波长。单模光纤通常是指跃变光纤中，内芯尺寸很小，光纤传输模数很少，纤通常是指跃变

6、光纤中，内芯尺寸很小，光纤传输模数很少，纤通常是指跃变光纤中，内芯尺寸很小，光纤传输模数很少，纤通常是指跃变光纤中，内芯尺寸很小，光纤传输模数很少，原则上只能传送一种模数的光纤，常用于光纤传感器。这类原则上只能传送一种模数的光纤，常用于光纤传感器。这类原则上只能传送一种模数的光纤，常用于光纤传感器。这类原则上只能传送一种模数的光纤，常用于光纤传感器。这类光纤传输性能好、频带很宽，具有较好的线性度；但因内芯光纤传输性能好、频带很宽，具有较好的线性度；但因内芯光纤传输性能好、频带很宽，具有较好的线性度；但因内芯光纤传输性能好、频带很宽，具有较好的线性度；但因内芯尺寸小，难以制造和耦合。尺寸小，难以

7、制造和耦合。尺寸小，难以制造和耦合。尺寸小，难以制造和耦合。(2)(2)多模光纤。多模光纤。多模光纤。多模光纤。多模光纤纤芯直径约为多模光纤纤芯直径约为多模光纤纤芯直径约为多模光纤纤芯直径约为5050mm，纤芯直径远大于光的波长，纤芯直径远大于光的波长，纤芯直径远大于光的波长，纤芯直径远大于光的波长。通常是指跃变光纤中，内芯尺寸较大，传输模数很多的光。通常是指跃变光纤中，内芯尺寸较大，传输模数很多的光。通常是指跃变光纤中，内芯尺寸较大，传输模数很多的光。通常是指跃变光纤中，内芯尺寸较大，传输模数很多的光纤。这类光纤性能较差，带宽较窄；但由于芯子的截面积大，纤。这类光纤性能较差，带宽较窄；但由于

8、芯子的截面积大，纤。这类光纤性能较差，带宽较窄；但由于芯子的截面积大，纤。这类光纤性能较差，带宽较窄；但由于芯子的截面积大，容易制造、连接耦合比较方便，也得到了广泛应用。容易制造、连接耦合比较方便，也得到了广泛应用。容易制造、连接耦合比较方便，也得到了广泛应用。容易制造、连接耦合比较方便，也得到了广泛应用。光纤的分类 石英系列光纤（以石英系列光纤（以石英系列光纤（以石英系列光纤（以SiOSiOSiOSiO2 2 2 2为主要材料）为主要材料）为主要材料）为主要材料）按光纤组成材料划分按光纤组成材料划分按光纤组成材料划分按光纤组成材料划分 多组分光纤（材料由多组成分组成）多组分光纤（材料由多组成

9、分组成）多组分光纤（材料由多组成分组成）多组分光纤（材料由多组成分组成）液芯光纤（纤芯呈液态）液芯光纤（纤芯呈液态）液芯光纤（纤芯呈液态）液芯光纤（纤芯呈液态）塑料光纤（以塑料为材料）塑料光纤（以塑料为材料）塑料光纤（以塑料为材料）塑料光纤（以塑料为材料）阶跃型光纤（阶跃型光纤（阶跃型光纤（阶跃型光纤（SIFSIFSIFSIF）光纤种类光纤种类光纤种类光纤种类 按光纤纤芯折射率分布划分按光纤纤芯折射率分布划分按光纤纤芯折射率分布划分按光纤纤芯折射率分布划分 渐变型光纤（渐变型光纤（渐变型光纤（渐变型光纤（GIFGIFGIFGIF）W W W W型光纤型光纤型光纤型光纤 单模光纤（单模光纤（单模

10、光纤（单模光纤（SMFSMFSMFSMF）按光纤传输模式数划分按光纤传输模式数划分按光纤传输模式数划分按光纤传输模式数划分 芯径芯径芯径芯径 多模光纤（多模光纤（多模光纤（多模光纤（MMF MMF MMF MMF）光纤的纤芯折射率剖面分布 2 2b b 2b 2b 2c 2b 2b 2c 2a 2a 2a 2a 2a 2a n n n n n n n n1 1 n n1 1 n n1 1 n n2 2 n n2 2 n n2 2 n n3 3 0 a b r 0 a b r 0 a c b r 0 a b r 0 a b r 0 a c b r （a a）阶跃光纤阶跃光纤 （b b）渐变光纤渐

11、变光纤 （c c）W W型光纤型光纤 阶阶跃跃型型光光纤纤（SIFSIF）：纤芯折射率呈均匀分布，纤芯和包层相对折射率差为1%2%。渐渐变变型型光光纤纤（GIFGIF）：纤芯折射率呈非均匀分布，在轴心处最大，而在光纤横截面内沿半径方向逐渐减小，在纤芯与包层的界面上降至包层折射率n2。W W型光纤（双包层光纤）型光纤（双包层光纤）：在纤芯与包层之间设有一折射率低于包层的缓冲层，使包层折射率介于纤芯和缓冲层之间。可以实现在1.31.6m之间色散变化很小的色散平坦光纤或把零色散波长移到1.55m的色散位移光纤。单模光纤指在工作波长中，只能传输一个传播模式的光纤，通常简称为单模光纤（SMF：Singl

12、eModeFiber）。目前，在有线电视和光通信中，是应用最广泛的光纤。由于光纤的纤芯很细（约10m）而且折射率呈阶跃状分布，当归一化频率V参数2.4时，理论上，只能形成单模传输。单模光纤 SMFSMF没有多模色散，不仅传输频带较多模光纤更没有多模色散，不仅传输频带较多模光纤更宽，再加上宽，再加上SMFSMF的材料色散和结构色散的相加抵消的材料色散和结构色散的相加抵消，其合成特性恰好形成零色散的特性，使传输频带，其合成特性恰好形成零色散的特性，使传输频带更加拓宽。更加拓宽。SMFSMF中，因掺杂物不同与制造方式的差别有许多类中，因掺杂物不同与制造方式的差别有许多类型。型。凹陷型包层光纤（凹陷型

13、包层光纤（DePr-essedCladFiberDePr-essedCladFiber），），其包层形成两重结构，邻近纤芯的包层，较外侧包其包层形成两重结构，邻近纤芯的包层，较外侧包层的折射率还低。层的折射率还低。多 模 光 纤n n将传播可能的模式为多个模式的光纤称作多将传播可能的模式为多个模式的光纤称作多模光纤。纤芯直径为模光纤。纤芯直径为50m50m，由于传输模式可，由于传输模式可达几百个，与达几百个，与SMFSMF相比传输带宽主要受模式色相比传输带宽主要受模式色散支配。曾用于有线电视和通信系统的短距离散支配。曾用于有线电视和通信系统的短距离传输。传输。n n自从出现自从出现SMFSMF

14、光纤后，似乎形成历史产品。但光纤后，似乎形成历史产品。但实际上，由于实际上，由于MMFMMF较较SMFSMF的芯径大且与局域网的芯径大且与局域网等光源结合容易，更有优势。所以，在短距离等光源结合容易，更有优势。所以，在短距离通信领域中通信领域中MMFMMF仍在重新受到重视。仍在重新受到重视。多 模 光 纤n nMMFMMF按折射率分布进行分类时，有：渐变按折射率分布进行分类时，有：渐变（GIGI）型和阶跃（）型和阶跃（SISI）型两种。）型两种。n n从几何光学角度来看，渐变型在纤芯中前进的从几何光学角度来看，渐变型在纤芯中前进的光束呈现以蛇行状传播。由于，光的各个路径光束呈现以蛇行状传播。由

15、于，光的各个路径所需时间大致相同。所以，传输容量较所需时间大致相同。所以，传输容量较SISI型大。型大。n nSISI型型MMFMMF光纤的折射率分布，纤芯折射率的分光纤的折射率分布，纤芯折射率的分布是相同的，但与包层的界面呈阶梯状。由于布是相同的，但与包层的界面呈阶梯状。由于SISI型光波在光纤中的反射前进过程中，产生各型光波在光纤中的反射前进过程中，产生各个光路径的时差，致使射出光波失真，其结果个光路径的时差，致使射出光波失真，其结果是传输带宽变窄，目前是传输带宽变窄，目前SISI型型MMFMMF应用较少。应用较少。n n单模光纤相比，多模光纤芯径大，便于接续；但其衰减系数大，带宽小，故目

16、前多模光纤在通信方面只适用于短距离、小容量的数据和模拟光信息传输。n n多模光纤用于检测系统。特殊光纤：红 外 光 纤作为光通信领域所开发的石英系列光纤的工作波长，尽管用在较短的传输距离，也只能用于2m以下。为能在更长的红外波长领域工作，所开发的光纤称为红外光纤。红外光纤（InfraredOpticalFiber）主要用于光能传送。例如有：温度计量、热图像传输、激光手术刀医疗、热能加工等等，普及率尚低。复 合 光 纤n n 复合光纤（复合光纤（复合光纤（复合光纤（Compound FiberCompound Fiber）是指在二）是指在二）是指在二）是指在二氧化硅原料中，再适当混合诸如氧化钠、

17、氧氧化硅原料中，再适当混合诸如氧化钠、氧氧化硅原料中，再适当混合诸如氧化钠、氧氧化硅原料中，再适当混合诸如氧化钠、氧化硼、氧化钾等氧化物的多成分玻璃作成的化硼、氧化钾等氧化物的多成分玻璃作成的化硼、氧化钾等氧化物的多成分玻璃作成的化硼、氧化钾等氧化物的多成分玻璃作成的光纤。光纤。光纤。光纤。n n特点是多成分玻璃比石英的软化点低且纤芯特点是多成分玻璃比石英的软化点低且纤芯特点是多成分玻璃比石英的软化点低且纤芯特点是多成分玻璃比石英的软化点低且纤芯与包层的折射率差很大。主要用在医疗业务与包层的折射率差很大。主要用在医疗业务与包层的折射率差很大。主要用在医疗业务与包层的折射率差很大。主要用在医疗业

18、务的光纤内窥镜。的光纤内窥镜。的光纤内窥镜。的光纤内窥镜。氟化物光纤n n氟化物光纤（氟化物光纤（Fluoride Fiber）是由）是由氟化物玻璃作成的光纤。氟化物玻璃作成的光纤。n n这种光纤原料包括氟化铝、氟化钡、氟化镧、氟化钠等氟化物玻璃原料。简称为Z B L A N。n n主要工作在210m波长的光传输业务。氟化物光纤由于由于ZBLANZBLAN具有超低损耗光纤的可能性，具有超低损耗光纤的可能性，正在进行着用于长距离通信光纤的可行性开发，正在进行着用于长距离通信光纤的可行性开发，例如：其理论上的最低损耗，在例如：其理论上的最低损耗，在3m3m波长时可波长时可达达dBdBkmkm，而石

19、英光纤在，而石英光纤在1.55m1.55m时却在时却在0.150.150.16dB/Km0.16dB/Km之间。之间。目前，目前，目前，目前，ZBLANZBLAN光纤由于难于降低散射损耗，只光纤由于难于降低散射损耗，只能用在能用在2.42.42.7m2.7m的温敏器和热图像传输，的温敏器和热图像传输，尚未广泛实用。尚未广泛实用。为了利用为了利用ZBLANZBLAN进行长距离传输，正在研进行长距离传输，正在研制制1.3m1.3m的掺锗光纤放大器（的掺锗光纤放大器（PDFAPDFA）。）。塑 包 光 纤n n塑包光纤（塑包光纤（塑包光纤（塑包光纤（Plastic Clad FiberPlastic

20、 Clad Fiber）是将是将高纯度的石英玻璃作成纤芯，而将折射率比石高纯度的石英玻璃作成纤芯，而将折射率比石英稍低的如硅胶等塑料作为包层的阶跃型光纤。英稍低的如硅胶等塑料作为包层的阶跃型光纤。n n它与石英光纤相比较，具有纤芯粗、数值孔它与石英光纤相比较，具有纤芯粗、数值孔径（径（N.A.N.A.）高的特点。因此，易与发光二极管）高的特点。因此，易与发光二极管LEDLED光源结合，损耗也较小。所以，非常适用光源结合，损耗也较小。所以，非常适用于局域网（于局域网（LANLAN）和近距离通信。）和近距离通信。塑 料 光 纤n n将纤芯和包层都用塑料（聚合物）作成的光纤。n n早期产品主要用于装

21、饰和导光照明及近距离光路的光通信中。原料主要是有机玻璃（PMMA）、聚苯乙稀（PS）和聚碳酸酯（PC）。n n损耗一般每km可达几十dB。为了降低损耗正在开发应用氟索系列塑料。塑 料 光 纤n n由于塑料光纤（PlasticOpticalfiber）的纤芯直径为1000m，比单模石英光纤大100倍，接续简单，而且易于弯曲施工容易。n n近年来，加上宽带化的进度，作为渐变型（GI）折射率的多模塑料光纤的发展受到了社会的重视。在汽车内部局域网中应用较快，未来在家庭局域网中也可能得到应用。色散位移光纤单模光纤的工作波长在单模光纤的工作波长在1.3m1.3m时，模场直时，模场直径约径约9m9m，其传输

22、损耗约，其传输损耗约0.3dB0.3dBkmkm。此时，。此时，零色散波长恰好在零色散波长恰好在1.3m1.3m处。处。石英光纤中，从原材料上看石英光纤中，从原材料上看1.55m1.55m段的传段的传输损耗最小（约输损耗最小（约0.2dB0.2dBkmkm）。由于）。由于现在已经实用的掺铒光纤放大器（现在已经实用的掺铒光纤放大器（EDFAEDFA）是工）是工作在作在1.55m1.55m波段的，如果在此波段也能实现零波段的，如果在此波段也能实现零色散，就更有利于色散，就更有利于1.55m1.55m波段的长距离传输。波段的长距离传输。色散位移光纤n n巧妙地利用光纤材料中的石英材料色散与纤芯巧妙地

23、利用光纤材料中的石英材料色散与纤芯巧妙地利用光纤材料中的石英材料色散与纤芯巧妙地利用光纤材料中的石英材料色散与纤芯结构色散的合成抵消特性，就可使原在结构色散的合成抵消特性，就可使原在结构色散的合成抵消特性，就可使原在结构色散的合成抵消特性，就可使原在1.3m1.3m段的零色散，移位到段的零色散，移位到段的零色散，移位到段的零色散，移位到1.55m1.55m段也构段也构段也构段也构成零色散。成零色散。成零色散。成零色散。因此，被命名为色散位移光纤因此，被命名为色散位移光纤（DSFDSF：DispersionShiftedFiberDispersionShiftedFiber）。）。色散位移光纤n

24、 n在光通信的长距离传输中，光纤色散为零是重要的，但不是唯一的。其它性能还有损耗小、接续容易、成缆化容易和工作中的特性变化小（包括弯曲、拉伸和环境变化影响）。DSF就是在设计中，综合考虑这些因素。色 散 平 坦 光 纤色散移位光纤（色散移位光纤（DSF）是将单模光）是将单模光纤设计零色散位于纤设计零色散位于1.55m波段的光纤。波段的光纤。而色散平坦光纤却是将从而色散平坦光纤却是将从1.3m到到1.55m的较宽波段的色散，都能作到的较宽波段的色散，都能作到很低，几乎达到零色散的光纤称作很低，几乎达到零色散的光纤称作DFF。色 散 平 坦 光 纤n n由于DFF要作到1.3m1.55m范围的色散

25、都减少。就需要对光纤的折射率分布进行复杂的设计。不过这种光纤对于波分复用（不过这种光纤对于波分复用（WDM）的）的线路却是很适宜的。由于线路却是很适宜的。由于DFF光纤的工艺光纤的工艺比较复杂，费用较贵。今后随着产量的增比较复杂，费用较贵。今后随着产量的增加，价格也会降低。加，价格也会降低。色 散 补 偿 光 纤n n对于采用单模光纤的干线系统，多数是利用对于采用单模光纤的干线系统，多数是利用1.3m1.3m波段色散为零的光纤构成的。可是，如果波段色散为零的光纤构成的。可是，如果能在能在1.3m1.3m零色散的光纤上也能令零色散的光纤上也能令1.55m1.55m波长波长工作，将是非常有益的。工

26、作，将是非常有益的。在在1.3m1.3m零色散的光纤中零色散的光纤中1.55m1.55m波段的色散约波段的色散约有有16ps16pskmkmnmnm之多。之多。色 散 补 偿 光 纤n n如果在此光纤线路中，插入一段与此色散符号如果在此光纤线路中，插入一段与此色散符号相反的光纤，就可使整个光线路的色散为零。相反的光纤，就可使整个光线路的色散为零。为此目的所用的是光纤则称作色散补偿光纤为此目的所用的是光纤则称作色散补偿光纤（DCFDCF：DisPersionCompe-nsationDisPersionCompe-nsationFiberFiber）。）。DCFDCF与标准的与标准的1.3m1.

27、3m零色散光纤相比，纤零色散光纤相比，纤芯直径更细，而且折射率差也较大。芯直径更细，而且折射率差也较大。DCFDCF也是也是WDMWDM光线路的重要组成部分。光线路的重要组成部分。抗 恶 环 境 光 纤通信用光纤通常的工作环境温度可在通信用光纤通常的工作环境温度可在-40-406060之间，设计时也是以不受大量辐射线照射之间，设计时也是以不受大量辐射线照射为前提的。相比之下，对于更低温或更高温以及为前提的。相比之下，对于更低温或更高温以及能遭受高压或外力影响、曝晒辐射线的恶劣环境能遭受高压或外力影响、曝晒辐射线的恶劣环境下，也能工作的光纤则称作抗恶环境光纤。下，也能工作的光纤则称作抗恶环境光纤

28、。一般为了对光纤表面进行机械保护，多涂覆一一般为了对光纤表面进行机械保护，多涂覆一层塑料。可是随着温度升高，塑料保护功能有所层塑料。可是随着温度升高，塑料保护功能有所下降，致使使用温度也有所限制。如果改用抗热下降，致使使用温度也有所限制。如果改用抗热性塑料，如聚四氟乙稀（性塑料，如聚四氟乙稀（TeflonTeflon）等树脂，即可）等树脂，即可工作在工作在300300环境。也有在石英玻璃表面涂覆镍和环境。也有在石英玻璃表面涂覆镍和铝等金属的，这种光纤则称为耐热光纤铝等金属的，这种光纤则称为耐热光纤。抗 恶 环 境 光 纤当光纤受到辐射线的照射时，光损耗会增加。这是因为石英玻璃遇到辐射线照射时，

29、玻璃中会出现结构缺陷（也称作色心：ColourCenter），尤在0.40.7m波长时损耗增大。防止办法是改用掺杂OH或F素的石英玻璃，就能抑制因辐射线造成的损耗缺陷。这种光纤则称作抗辐射光纤（RadiationResista-ntFiber），多用于核发电站的监测用光纤维镜等。密 封 涂 层 光 纤n n为了保持光纤的机械强度和损耗的长时间稳定，而在玻璃表面涂装碳化硅（SiC）、碳化钛（TiC）、碳（C）等无机材料，用来防止从外部来的水的扩散所制造的光纤（HCF：HermeticallyCoatedFiber）。碳 涂 层 光 纤n n在石英光纤的表面涂敷碳膜的光纤，称之碳涂层光纤（CCF：

30、CarbonCoatedFiber）。n n其机理是利用碳素的致密膜层，使光纤表面与外界隔离，以改善光纤的机械疲劳损耗和氢分子的损耗增加。n nCCF是密封涂层光纤（HCF）的一种。碳 涂 层 光 纤n n碳涂覆光纤（CCF）能有效地截断光纤与外界氢分子的侵入。据报道它在室温的氢气环境中可维持20年不增加损耗。防止水分侵入能延缓机械强度的疲劳进程，其疲劳系数（FatigueParameter）可达200以上。所以，HCF被应用于严酷环境中要求可靠性高的系统，例如海底光缆。金 属 涂 层 光 纤n n金属涂层光纤（金属涂层光纤（MetalCoatedFiberMetalCoatedFiber）是

31、在）是在光纤的表面涂布光纤的表面涂布NiNi、CuCu、ALAL等金属层的光纤。等金属层的光纤。也有再在金属层外被覆塑料的，目的在于提高抗也有再在金属层外被覆塑料的，目的在于提高抗热性和可供通电及焊接。它是抗恶环境性光纤之热性和可供通电及焊接。它是抗恶环境性光纤之一，也可作为电子电路的部件用。一，也可作为电子电路的部件用。早期产品是在拉丝过程中，涂布熔解的金属早期产品是在拉丝过程中，涂布熔解的金属作成。由于此法因被玻璃与金属的膨胀系数差异作成。由于此法因被玻璃与金属的膨胀系数差异太大，会增加微小弯曲损耗，实用化率不高。现太大，会增加微小弯曲损耗，实用化率不高。现在多采用在玻璃光纤的表面用低损耗

32、的非电解镀在多采用在玻璃光纤的表面用低损耗的非电解镀膜法，使性能大有改善。膜法，使性能大有改善。掺 稀 土 光 纤n n 在光纤的纤芯中，掺杂稀土族元素的光纤。n n1985年英国的索斯安普顿（Sourthampton）大学的佩思（Payne）等首先发现掺杂稀土元素的光纤（RareEarthDoPedFiber）有激光振荡和光放大的现象。于是，从此揭开了掺饵等光放大的面纱，现在已经实用的1.55mEDFA就是利用掺饵的单模光纤，利用1.47m或980nm的激光进行激励，得到1.55m光信号放大的。喇 曼 光 纤n n 喇曼效应是指往某物质中射入频率喇曼效应是指往某物质中射入频率 f f的单色的

33、单色光时，在散射光中会出现频率光时，在散射光中会出现频率 f f之外的之外的ffRffR，f2fRf2fR等频率的散射光，对此现象称喇曼等频率的散射光，对此现象称喇曼效应。效应。n n利用这种非线性媒体做成的光纤，称作喇曼光利用这种非线性媒体做成的光纤，称作喇曼光纤（纤（RFRF：RamanFiberRamanFiber）。）。n n光封闭在细小的纤芯中，进行长距离传播，当光封闭在细小的纤芯中，进行长距离传播，当输入光增强时，就会获得相干的感应散射光。输入光增强时，就会获得相干的感应散射光。感应喇曼散射光感应喇曼散射光-喇曼光纤激光器。喇曼光纤激光器。感应喇曼散射感应喇曼散射-在光纤的长距离通

34、信中，作在光纤的长距离通信中，作为光放大器的应用。为光放大器的应用。偏 心 光 纤n n标准光纤的纤芯是设置在包层中心的，纤芯与标准光纤的纤芯是设置在包层中心的，纤芯与包层的截面形状为同心圆型。但因用途不同，包层的截面形状为同心圆型。但因用途不同，也有将纤芯位置和纤芯形状、包层形状，作成也有将纤芯位置和纤芯形状、包层形状，作成不同状态或将包层穿孔形成异型结构的。相对不同状态或将包层穿孔形成异型结构的。相对于标准光纤，称这些光纤叫异型光纤。于标准光纤，称这些光纤叫异型光纤。偏心光纤（偏心光纤（ExcentricCoreFiberExcentricCoreFiber），它），它是异型光纤的一种。其

35、纤芯设置在偏离中心且是异型光纤的一种。其纤芯设置在偏离中心且接近包层外线的偏心位置。由于纤芯靠近外表，接近包层外线的偏心位置。由于纤芯靠近外表，部分光场会溢出包层传播（称此为渐消波，部分光场会溢出包层传播（称此为渐消波，EvanescentWaveEvanescentWave）。）。偏 心 光 纤n n 当光纤表面附着物质时，因物质的光学性质当光纤表面附着物质时，因物质的光学性质在光纤中传播的光波受到影响。如果附着物质在光纤中传播的光波受到影响。如果附着物质的折射率较光纤高时，光波则往光纤外辐射。的折射率较光纤高时，光波则往光纤外辐射。若附着物质的折射率低于光纤折射率时，光波若附着物质的折射率

36、低于光纤折射率时，光波不能往外辐射，却会受到物质吸收光波的损耗。不能往外辐射，却会受到物质吸收光波的损耗。利用这一现象，就可检测有无附着物质以利用这一现象，就可检测有无附着物质以及折射率的变化。及折射率的变化。偏心光纤（偏心光纤（ECFECF）主要用作检测物质的光）主要用作检测物质的光纤敏感器。与光时域反射计（纤敏感器。与光时域反射计（OTDROTDR）的测试）的测试法组合一起，还可作分布敏感器用。法组合一起，还可作分布敏感器用。发 光 光 纤n n采用含有荧光物质制造的光纤。它是在受到采用含有荧光物质制造的光纤。它是在受到辐射线、紫外线等光波照射时，产生的荧光一部辐射线、紫外线等光波照射时，

37、产生的荧光一部分，可经光纤闭合进行传输的光纤。分，可经光纤闭合进行传输的光纤。发光光纤（发光光纤（LuminescentFiberLuminescentFiber）可以用于）可以用于检测辐射线和紫外线，以及进行波长变换，或用检测辐射线和紫外线，以及进行波长变换，或用作温度敏感器、化学敏感器。在辐射线的检测中作温度敏感器、化学敏感器。在辐射线的检测中也称作闪光光纤（也称作闪光光纤（ScintillationFiberScintillationFiber）。）。发光光纤从荧光材料和掺杂的角度上，正在发光光纤从荧光材料和掺杂的角度上，正在开发塑料光纤。开发塑料光纤。多 芯 光 纤n n通常的光纤是由

38、一个纤芯区和围绕它的包层区通常的光纤是由一个纤芯区和围绕它的包层区构成的。但多芯光纤却是一个共同的包层区中存在构成的。但多芯光纤却是一个共同的包层区中存在多个纤芯的。由于纤芯的相互接近程度，可有两种多个纤芯的。由于纤芯的相互接近程度，可有两种功能。功能。n n其一是纤芯间隔大，即不产生光耦会的结构。这种其一是纤芯间隔大，即不产生光耦会的结构。这种光纤，由于能提高传输线路的单位面积的集成密度。光纤，由于能提高传输线路的单位面积的集成密度。在光通信中，可以作成具有多个纤芯的带状光缆，在光通信中，可以作成具有多个纤芯的带状光缆，而在非通信领域，作为光纤传像束，有将纤芯作成而在非通信领域，作为光纤传像

39、束，有将纤芯作成成千上万个的。成千上万个的。n n其二是使纤芯之间的距离靠近，能产生光波耦合作其二是使纤芯之间的距离靠近，能产生光波耦合作用。利用此原理正在开发双纤芯的敏感器或光回路用。利用此原理正在开发双纤芯的敏感器或光回路器件。器件。空 心 光 纤将光纤作成空心，形成圆筒状空间，用于光传将光纤作成空心，形成圆筒状空间，用于光传输的光纤，称作空心光纤。空心光纤主要用于能量输的光纤，称作空心光纤。空心光纤主要用于能量传送，可供传送，可供X X射线、紫外线和远红外线光能传输。射线、紫外线和远红外线光能传输。空心光纤结构有两种：空心光纤结构有两种：n n一是将玻璃作成圆筒状，其纤芯与包层原理与阶跃

40、一是将玻璃作成圆筒状，其纤芯与包层原理与阶跃型相同。利用光在空气与玻璃之间的全反射传播。型相同。利用光在空气与玻璃之间的全反射传播。由于，光的大部分可在无损耗的空气中传播，具有由于，光的大部分可在无损耗的空气中传播，具有一定距离的传播功能。一定距离的传播功能。n n二是使圆筒内面的反射率接近二是使圆筒内面的反射率接近1 1，以减少反射损耗。，以减少反射损耗。为了提高反射率，有在简内设置电介质，使工作波为了提高反射率，有在简内设置电介质，使工作波长段损耗减少的。例如可以作到波长长段损耗减少的。例如可以作到波长10.6m10.6m损耗损耗达几达几dBdBmm的。的。ITU-T建议的光纤分类n nG

41、.651G.651光光纤纤:渐渐变变多多模模光光纤纤，工工作作波波长长为为1.311.31mm和和1.551.55mm，在在1.311.31mm处处光光纤纤有有最最小小色色散散，而而在在1.551.55mm处处光光纤纤有有最最小损耗，主要用于计算机局域网或接入网。小损耗，主要用于计算机局域网或接入网。n nG.652G.652光光纤纤：常常规规单单模模光光纤纤，也也称称为为非非色色散散位位移移光光纤纤，其其零零色色散散波波长长为为1.311.31mm，在在1.551.55mm处处有有最最小小损损耗耗，是是目目前前应用最广的光纤。应用最广的光纤。n nG.653G.653光光纤纤：色色散散位位移

42、移光光纤纤，在在1.551.55mm处处实实现现最最低低损损耗耗与与零零色色散散波波长长一一致致，但但由由于于在在1.551.55mm处处存存在在四四波波混混频频等等非非线性效应，阻碍了其应用。线性效应，阻碍了其应用。n nG.654G.654光光纤纤：性性能能最最佳佳单单模模光光纤纤，在在1.551.55mm处处具具有有极极低低损损耗耗（大大约约0.180.18dB/kmdB/km）且且弯弯曲曲性性能能好好。截截止止波波长长大大于于1310nm,1310nm,专门用于专门用于1550nm1550nm波段波段。n nG.655G.655光光 纤纤：非非 零零 色色 散散 位位 移移 单单 模模

43、 光光 纤纤，在在 1.551.55mm1.65m1.65m处处色色散散值值为为0.10.16.06.0ps/ps/（nm.kmnm.km），用用以以平平衡衡四四波波混混频频等等非非线线性性效效应应，适适用用于于高高速速（1010Gb/sGb/s以以上上）、大大容容量、量、DWDMDWDM系统。系统。光纤的制造光纤的制造n n光纤大多数是由石英玻璃材料组成的.n n光纤的制造要经历原料提纯、光纤预制棒制备、光纤拉丝等具体的工艺步骤。光光 纤纤 制制 造造两种基本方法1.直接熔化法：按传统制造玻璃的工艺将处在熔融状态的石英玻璃的纯净组分直接制造成光纤。2.汽相氧化过程：高纯度金属卤化物(如SiC

44、l4和GeCl4)与氧反应生成SiO2微粒(通过四种不同的方法)，将微粒收集在玻璃容器的表面，烧结(在尚未熔化的状态将SiO2转化成玻璃体)制成预制棒，拉丝成纤。原料提纯(石英玻璃材料石英玻璃材料):精馏法精馏法:利用被提纯物质与杂质的沸点不同来清除杂质利用被提纯物质与杂质的沸点不同来清除杂质;吸附法吸附法:利用被提纯物质与杂质的化学键极性差异利用被提纯物质与杂质的化学键极性差异,选择适选择适 当的吸附剂进行选择性吸附分离当的吸附剂进行选择性吸附分离,达到清除杂质的目的达到清除杂质的目的;直接熔化法：双坩埚法纤芯坯料棒内坩埚包层坯料棒纤芯玻璃外坩埚熔炉拉制光纤(到拉丝机)包层玻璃直接熔化法：可

45、用于制造石英光纤、卤化物光纤和硫属光纤具有产量大、可连续制造的优点但坯料棒熔化过程中容易带来杂质，它的最低损耗值为5dB/km光纤预制棒生产最常使用的工艺是两步法光纤预制棒生产最常使用的工艺是两步法：第一步采用四种气相沉积工艺，即：外气相沉积第一步采用四种气相沉积工艺，即：外气相沉积(OutsideVapourDeposition-OVD)(OutsideVapourDeposition-OVD)、轴向气、轴向气相沉积相沉积(VapourAxialDeposition-VAD)(VapourAxialDeposition-VAD)、改、改进的化学气相沉积进的化学气相沉积(ModifiedChe

46、micalVapour(ModifiedChemicalVapourDeposition-MCVD)Deposition-MCVD)、等离子化学气相沉积、等离子化学气相沉积(PlasmaChemicalVapourDeposition-(PlasmaChemicalVapourDeposition-PCVD)PCVD)中的任一工艺来生产光纤预制棒的芯棒；中的任一工艺来生产光纤预制棒的芯棒；第二步是在气相沉积获得的芯棒上施加外包层制成第二步是在气相沉积获得的芯棒上施加外包层制成大光纤预制棒。大光纤预制棒。汽相氧化法：外部汽相氧化法(OVPO)饵棒粉层状预制棒喷嘴玻璃微粒粉层沉积粉状预制棒剖面芯包

47、层粉状预制棒加热炉1400度玻璃预制棒预制棒烧结拉制光纤加热炉玻璃预制棒1970年康宁第一根损耗小于20dB/km的光纤1.预制棒有空洞2.预制棒长度一定3.使用氢氧焰，光纤所含的OH-较高汽相轴向沉积法(VAD)推进机马达马达输送杆透明预制棒容器环状加热器疏松的预制棒真空泵红外热成像仪玻璃微粒反应室喷灯口优点：1.预制棒不再具有空洞2.预制棒可以任意长3.沉积室和熔融室紧密相连，可以保证制作环境清洁4.没有使用氢氧焰，单模光纤所含的OH-较低，因此损耗较低在0.20.4dB/km1977年日本开发改进的化学汽相沉积法(MCVD)贝尔实验室设计，可用于制造低损耗梯度折射率光纤玻璃粉层沉积初步烧

48、结加强热成实心棒烧结后，纤芯由汽相沉积材料构成，包层由原始的石英管构成反应物质金属卤化物蒸汽+氧气粉尘状生成物排气口SiO2饵管 烧结后的玻璃粉层沉积物来回移动的喷灯H-O等离子体活性化学汽相沉积法(PCVD)飞利浦提出1978年应用于量产熔融石英管SiCl4+O2+参杂物质反应物质排气口低压工作的等离子体玻璃层快速来回移动的微波谐振腔(2.45GHz，8米/分钟)10001200度直接玻璃沉积不需高温烧结反应管不易变形可快速移动，沉积厚度减少，有利于控制折射率分布沉积效率高、沉积速度快有利于消除包层沉积过程中的微观不均匀n n光纤拉丝:将预制棒直径缩小，且保持芯包比和折射率分布将预制棒直径缩

49、小，且保持芯包比和折射率分布恒定的操作称为光纤拉丝。恒定的操作称为光纤拉丝。拉丝过程中要对裸光纤施加预涂覆层保护。涂覆拉丝过程中要对裸光纤施加预涂覆层保护。涂覆层既可以保护光纤的机械强度、隔离外界潮湿，层既可以保护光纤的机械强度、隔离外界潮湿，又可以避免外应力引起光纤的微弯损耗。此外，又可以避免外应力引起光纤的微弯损耗。此外，高速拉丝还应注意光纤的充分冷却，消除光纤中高速拉丝还应注意光纤的充分冷却，消除光纤中的残余内应力。的残余内应力。光纤预制棒置备好之后进行光纤拉丝光纤拉丝机d=1025mm;L=60120cm精密输送机构夹具预制棒拉丝炉光纤粗细监测仪裸光纤涂覆机已涂覆光纤光纤卷绕机械手机械

50、手 Mechanical handleCapstan 对中卡头对中卡头Three-jaw chuckModified Chemical Vapor Deposition高温炉高温炉Graphite furnace测温仪测温仪 Pyro meter分离及沉积处理分离及沉积处理Separate deposition测径仪测径仪 Fiber diameter Gauge空气净化系统空气净化系统 Clear Air System机械手机械手 Mechanical handle涂杯涂杯 Coat cup对中对中 ition center control光固化光固化 vioiet Curing Syste