
2014年08月02日 09:23揚州潤達科技有限公司點擊量:1625
目前光纖的種類繁多,雖然網上有好多關于光纖的分類,但是我認為還不夠全面總是很片面。今天我就借這個機會給朋友們揭密一下光纖的比較全面的分類方法。有不全面的地方還請朋友們加以補充或多提寶貴意見。
據我了解目前光纖的分類方法大致有四種,即按套塑類型分類,按傳播模式分類、按工作波長分類和光纖剖面折射率分布分類等。此外按光纖的組成成份分類,除目前zui常應用的石英光纖之外,還有塑料光纖與含氟光纖等。
一、按套塑類型分類──緊套光纖與松套光纖
(一)緊套光纖
所謂緊套光纖是指二次、三次涂敷層與予涂敷層及光纖的纖芯,包層等緊密地結合在一起的光纖。目前此類光纖居多。未經套塑的光纖,其衰耗──溫度特性本是十分優良的,但經過套塑之后其溫度特性下降。這是因為套塑材料的膨脹系數比石英高得多,在低溫時收縮較厲害,壓迫光纖發生微彎曲,增加了光纖的衰耗。
(二)松套光纖
所謂松套光纖是指,經過予涂敷后的光纖松散地放置在一塑料管之內,不再進行二次、三次涂敷。松套光纖的制造工藝簡單,其衰耗──溫度特性與機械性能也比緊套光纖好,因此越來越受到人們的重視。
二、按傳播模式分類──多模光纖與單模光纖
傳播模式概念
我們知道,光是一種頻率*(3×1014赫茲)的電磁波,當它在波導──光纖中傳播時,根據波動光學理論和電磁場理論,需要用麥克斯韋式方程組來解9決其傳播方面的問題。而通過繁瑣地求解麥氏方程組之后就會發現,當光纖纖芯的幾何尺寸遠大于光波波長時,光在光纖中會以幾十種乃至幾百種傳播模式進行傳播,如TMmn模、TEmn模、HEmn模等等(其中m、n=0、1、2、3、……)。其中HE11模被稱為基模,其余的皆稱為高次模。
(一)多模光纖
當光纖的幾何尺寸(主要是纖芯直徑d1)遠遠大于光波波長時(約1微米),光纖中會存在著幾十種乃至幾百種傳播模式。不同的傳播模式會具有不同的傳播速度與相位,因此經過長距離的傳輸之后會產生時延,導致光脈沖變寬。這種現象叫做光纖的模式色散(又叫模間色散)。計算多模光纖中傳播模式數量的經典公式為NV=142,其中V為歸一化頻率。例如當V=38時,多模光纖中會存在三百多種傳播模式。模式色散會使多模光纖的帶寬變窄,降低了其傳輸容量,因此多模光纖僅適用于較小容量的光纖通信。多模光纖的折射率分布大都為拋物線分布即漸變折射率分布。其纖芯直徑d1,大約在50微米左右。
(二)單模光纖
根據電磁場理論與求解麥氏方程組發現,當光纖的幾何尺寸(主要是芯徑)可以與光波長相比擬時,如芯徑d1在5~10微米范圍,光纖只允許一種模式(基模HE11)在其中傳播,其余的高次模全部截止,這樣的光纖叫做單模光纖。
由于它只允許一種模式在其中傳播,從而避免了模式色散的問題,故單模光纖具有極寬的帶寬,特別適用于大容量的光纖通信。
其實,準確地講要實現單模傳輸,必須使光纖的諸參量滿足一定的條件,即其歸一化頻率V≤2.4048。
由于單模光纖的纖芯直徑非常細小,所以對其制造工藝提出了更苛刻的要求。
三、按工作波長分類──短波長光纖與長波長光纖
(一)短波長光纖
在光纖通信發展的初期,人們使用的光波之波長在0.6~0.9微米范圍內(典型值為0.85微米),習慣上把在此波長范圍內呈現低衰耗的光纖稱作短波長光纖。短波長光纖屬早期產品,目前很少采用。
(二)長波長光纖
后來隨著研究工作的不斷深入,人們發現在波長1.31微米和1.55微米附近,石英光纖的衰耗急劇下降如圖2.4所示。不僅如此,而且在此波長范圍內石英光纖的材料色散也大大減小。因此人們的研究工作又迅速轉移,并研制出在此波長范圍衰耗更低,帶寬更寬的光纖,習慣上把工作在1.0~2.0微米波長范圍的光纖稱之為長波長光纖。長波長光纖因具有衰耗低、帶寬寬等優點,特別適用于長距離、大容量的光纖通信。
四、按折射率分布分類──階躍光纖與漸變光纖
(一)階躍光纖
所謂階躍光纖是指:在纖芯與包層區域內,其折射率分布分別是均勻的,其值分別為n1與n2,但在纖芯與包層的分界處,其折射率的變化是階躍的階躍光纖是早期光纖的結構方式,后來在多模光纖中逐漸被漸變光纖所取代(因漸變光纖能大大降低多模光纖所*的模式色散),但用它來解釋光波在光纖中的傳播還是比較形象的。而現在當單模光纖逐漸取代多模光纖成為當前光纖的主流產品時,階躍光纖結構又作為單模光纖的結構形式之一。
(二)漸變光纖
所謂漸變光纖是指:光纖軸心處的折射率zui大(n1),而沿剖面徑向的增加時時8而逐漸變小,其變化規律一般符合拋物線規律,到了纖芯與包層的分界處,正好降到與包層區域的折射率n2相等的數值;在包層區域中其折射率的分布是均勻的即為n2。至于漸變光纖的剖面折射率為何做如此分布,其主要原因是為了降低多模光纖的模式色散,增加光纖的傳輸容量,詳見圖4部分。
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