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光纖通信中所使用的光纖是截面很小的可繞透明長絲,它在長距離內(nèi)具有束縛和傳輸光的作用。
光纖是圓截面介質(zhì)波導(dǎo)。圖3是光纖的橫截面結(jié)構(gòu)圖。光纖由纖芯、包層和涂覆層構(gòu)成。纖芯由高度透明的材料構(gòu)成;包層的折射率略小于纖芯,從而可以形成光波導(dǎo)效應(yīng),使大部分的光被束縛在纖芯中傳輸;涂覆層的作用是增強光纖的柔韌性。此外為了進一步保護光纖.提高光纖的機械強度,一般在帶有涂覆層的光纖外面在套一層熱塑性材料,成為套塑層(或二次涂覆層)。在涂覆層和套塑層之間還需填充一些緩沖材料,成為緩沖層(或稱墊層)。
圖3 光纖的橫截面結(jié)構(gòu)圖
目前使用的光纖大多為石英光纖。它以純凈的二氧化硅材料為主,為了改變折射率,中間摻以合適的雜質(zhì)。摻緒和磷使折射率增加,摻硼和氟使折射率降低。
光纖依據(jù)不同的原則可有不同的分類方法。
1.按光纖橫截面的折射率分布分類
根據(jù)光纖橫截面折射率分布的不同,常用光纖可以分成階躍折射率分布光纖(簡稱階躍光纖)和漸變折射率分布光纖(簡稱漸變光纖)兩種類型,其折射率分布如圖4所示。圖(a)是光纖的橫截面圖,其纖芯直徑為2a,包層直徑為2b.
(1)階躍光纖
圖(b)為階躍光纖橫截面的折射率分布,纖芯折射率為ni,包層折射率為”八纖芯和包層的折射率都是均勻分布,折射率在纖芯和包層的界面上發(fā)生突變。
(2)漸變光纖
圖(c)為漸變光纖橫截面的折射率分布,包層的折射率為"Z,是均勻的,而在纖芯中折射率則隨著纖芯的半徑的加大而減小,是非均勻的、且連續(xù)變化。
此外,還有三角型折射率光纖,其纖芯折射率分布曲線為三角形;雙包層光纖、四包層光纖等,如圖5所示。
圖5 單模光纖折射率分布形式
2.按光纖中的傳導(dǎo)模式數(shù)量分類
光是一種電磁波,它沿光纖傳輸時可能存在多種不同的電磁場分布形式(即傳播模式)。能夠在光纖中遠距離傳輸?shù)膫鞑ツJ椒Q為傳導(dǎo)模。根據(jù)傳導(dǎo)模式數(shù)量的不同,光纖可以分為單模光纖和多模光纖兩類。
(1)單模光纖
光纖中只傳輸一種模式,即基模(最低階模式)。單模光纖的纖芯直徑極小,約為4?10fan范圍,包層直徑為125單模光纖適用于長距離、大容量的光纖通信系統(tǒng)。
(2)多模光纖
光纖中傳輸?shù)哪J讲恢挂粋€,即在光纖中存在多個傳導(dǎo)模式。多模光纖的纖芯直徑較大,多模光纖的纖芯一般為50或62.5其橫截面的折射率分布為漸變型,包層的外徑125µm。多模光纖適用于中距離、中容量的光纖通信系統(tǒng)。
需要指出的是,單模光纖和多模光纖只是一個相對概念。光纖中可以傳輸?shù)哪J綌?shù)量的多少取決于光纖的光纖的工作波長、光纖橫截面折射率的分布和結(jié)構(gòu)參數(shù)。對于一根確定的光纖,當(dāng)工作波長大于光纖的截止波長時,光纖只能傳輸基模,為單模光纖,否則為多模光纖。
3.按光纖構(gòu)成的原材料分類
(1)石英系光纖
它主要是由高純度的SiO2并摻有適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)制成,例如用GeOz•SiO2和P2O5-SiO2作芯子,用B2O3•SiO2作包層。目前這種光纖損耗最低、強度和可靠性最高、應(yīng)用最廣泛。
(2)多組分玻璃光纖
例如用鈉玻璃摻有適當(dāng)雜質(zhì)制成。這種光纖的損耗較低,但可靠性不高。
(3)塑料包層光纖
光纖的芯子是用石英制成,包層是硅樹脂。
(4)全塑光纖
光纖的芯子和包層均由塑料制成。其損耗較大,可靠性也不高。
目前光纖通信中主要使用石英光纖。
4.按光纖的套塑層分類
(1)緊套光纖