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1、名师精编优秀资料基础知识系列讲座一、光纤基础知识二、光缆基础知识三、光纤活动连接器基本知识四、光纤无源器件简介一、光纤基础知识1.分类按结构阶跃光纤渐变光纤按模式单模光纤多模光纤精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页名师精编优秀资料2.传输原理 ：全反射原理。满足以下两个条件：1） 纤芯折射率n1 大于包层折射率 n2； 2）入射角 大于临界角 C sinc=n2/n1 3.基本性能参数1） 数值孔径（ NA ） ：代表光纤的集光能力。NAn1（ 2） 1/2 =(n1-n2)/n12）色散：引起传输脉冲的展宽，影响通
2、信容量。D d/d(1/vg)= （ 2c/2）2 3）传播容量：阶跃光纤： BL cn2/n12 渐变光纤： BL 8c/ 2n1 ?4）光纤损耗（衰减） ：引起传输功能降低，它是通信距离的固有限制。?衰减系数：?dB/km=-10/L*lg(pout/pin) ?5）模场直径：模场分布不只局限在纤芯内，有相当部分处于包层中，它是基模场强在空间分布的集中程度的一种度量。模场直径的大小对光纤连接及与其它器件的耦合有重要的影响。其近似计算公式为：?2W2(0.65+1.619V-3/2+2.879V-6) ?6）归一化频率V：它是决定单多模截止条件的一个重要参数。?Vk0(n12-n22)1/2
3、 (2/)n1(2)1/2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页名师精编优秀资料?可传输的模数；?M1/2V24光纤基本参数汇总5、几种典型光纤简介1）G652普通规格单模光纤，双窗口工作，1310nm 附近色散最低；2）G653色散位移光纤（DSF） ，零色散波长在1550nm 处。3）G654截止波长位移光纤（CSF） ，设计同发点是降低1550nm 处的衰减，而零色散波长仍为1310nm。4）G655非零色散光纤（NZDFS ） ，零色散波长偏离1550nm。朗讯公司生产的G.655，其 01530nm，在 1
4、5491561nm 范围内，其色散系数D2.03.0ps/（nm.km） ，称为真波光纤（True wave fiber ） ；康宁公司生产的 G.655，其 01570nm，在 15301565nm 范围内，其色D 均为负值。另外康宁公司又生产了一种大有效面积光纤，称为LEAF(large Effective Area Fiber) ，其模场直径从普通G.655 光纤的 8.4um 增大到 9.6um，更适合高密度WDM 系统应用。?6、光纤制造工艺简介?制作预制棒一般采用改进的化学气相沉积法（MCVD ） 、棒外气相沉积法（OVD ） 、和轴向气相沉积法（ VAD ）制作，其制作流程图如下
5、：?拉制光纤使用精密馈送机构将预制棒以合适的速度送入炉中加热，将预制棒熔融后拉成所需尺寸的光纤，拉丝装置示意如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页名师精编优秀资料二、光缆基本知识1.光缆分类精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页名师精编优秀资料2.光缆结构精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页名师精编优秀资料3加强件的加强原理由于加强件一般采作高强度、低应变材料，
6、因而能起到加强的作用。以卡普隆线（Kevlar ）为例，它是一种质地牢固重量轻的合成纤维，其拉伸应变为2%左右，而光纤为5%左右，同时它的抗拉强度又是光纤的几倍，只有当卡普隆线断了之后，光纤才会断裂，所以在室内缆中，它是一种很好的加强材料。三、光纤活动连接器基本知识1定义 ：光纤（光缆）连接器是使一根光纤与另一根光纤相连接的器件，是光波系统中使用量最多的器件。2结构 ：目前使用的光纤活动连接器大多采用套筒型结构，其本结构如图所示。两根需要连接的光纤被永久地固定在陶瓷 （金属） 插芯内， 再将两个插芯分别置于一个精密的套管内，使两根光纤端面可准确地接触，精选学习资料 - - - - - - -
7、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页名师精编优秀资料插芯的位置通过两端的保持弹簧来固定。3、规格型号 ：光纤活动连接器的规格型号由连接头的型号和光缆的规格来决定。1）型号：目前最常用的光纤活动连接器有FC/(U)PC 、FC/APC 、SC/(U)PC 、SC/APC、ST/PC、LC/(U)PC 、MU/(U)PC 、等型号，另外还有一些型号的连接器，如：D4/PC、SMA 、FDDI 、MT RJ等。2）规格：光缆的规格多种多样，其分类如下：按用途可分为：室内缆、室外缆按传输模式分为：单模和多模按结构形式可分为：束状缆和扁带缆分类按芯数可分为：单芯缆、双
8、芯缆、四芯、六芯、八芯、12 芯、 36 芯等按缆径（单芯缆）可分为：0.9、2.0、2.5、3.0 等。4、影响插入损耗的主要因素影响连接器损耗的因素很多，归纳起来主要有以下几种（如图所示）：1）光纤结构参数失配引起的连接损耗1纤芯直径不同引起的连接损耗两多模光纤连接时，如输入光纤纤芯半径为a1，输出光纤纤芯半径为a2，则连接损耗可按下式计算：La=-10lg(a2/a1)2 a1a2 =0 a1a2 两单模光纤连接时，连接损耗为：La=-10lg1/4(w1/w2+w2/w1) 式中 W1 与 W2 分别为输出输入光纤的模场直径。2. 数值孔径不同引起的连接损耗精选学习资料 - - - -
9、 - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页名师精编优秀资料当数值孔径分别为NA1 和 NA2 的二根光纤连接时，其连接损耗为：LNA 10lg(NA2/NA1)2 -10lg(2/1)NA1 NA2 0NA1 NA2 3不同折射率分布光纤的连接损耗当折射率分布不同的两渐变光纤连接时，其连接损耗为：LNA 10lg( 2(1+2)/ 1（ 2+2）)12 012 式中， 1 和2 分别为两光纤的折射率分布参数。2）两光纤相对位置偏离设计要求引起的损耗1横向错位引起的损耗多模渐变光纤在模式稳态分布时的错位损耗为：Ld 10lg(1-2.35(d/a)2
10、) 单模光纤连接时，当模场分布用高斯分布近似时，其错位损耗为：Ld-10lg exp(-(d/w)2 ) 式中， d、a、w 分别为横向错位、纤芯半径和模场直径。2端面不平引起的损耗当二连接光纤端面不平行而成斜交时将引起倾斜损耗，阶跃多模光纤在模式均匀分布时，其倾斜损耗为：L lg(1- / k（2） ) 渐变多模光纤倾斜损耗为：L -10lg(1-8/3k（2） ) 单模光纤的倾斜损耗为：L -10lg exp-( n2w /)2 式中 为端面颂斜角，为纤芯一包层折射率差，kn1/n0，n0 为空气间隙折射率，W 为模场半径。 （要求 L 0.1dB 时，多模应有0.7单模 0.3。 ）3端
11、面与光纤轴线不垂直引起的连接损耗对阶跃多模光纤，在模式均匀分布时，其损耗可由下式表示：La-10lg1-(k-1)/ k（2） (1+2) 式中，和分别为两光纤端面法线与轴线间夹角。3）端面形状与间隙引起的损耗当两连接光纤端面非平面直接接触，而留有一定间隙或非平面接触（弧形）时，均将引起损耗。1间隙损耗对阶跃多模光纤，当模式均匀分布时，端面间隙损耗为：Lz-10lg1-Z/4a*k(2 ) 对单模光纤，间隙损耗为：Lz-10lg(1/1+( z)2/2n2w22 ) 式中， Z 为端面间隙宽度。2非平面端面间隙损耗当光纤端面呈现弧形凸出状时，对阶跃多模光纤在模式为均匀分布时，端面间损耗为：Lx
12、-10lg1-1/2(2 ) .(k-1)/k.(x1+x2/a) 以上所述仅为连接头本身因素对连接损耗的影响，实际使用或测试时，造成插入损耗偏大的因素还有很多，如测试跳线本身有问题，适配器本身问题，以及清洁不够等问题，所以在测试或使用时，一定要尽量减小以上因素的影响。5、光纤活动连接器基本参数和测试方法1）基本参数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页名师精编优秀资料2）测试方法光纤活动连接器光学参数的测试均采用相对测量的方法，其测量的基础是要得到一个稳定化的光源（确保在较长一段时间内输出功率相对稳定）和一个高精度的
13、光功率计（精度在0.01dB 以下）。清零的目的是为了找到一个测试的基准点，依此为参考点对被测连接头相对基准连接的插入或回波损耗进行测试。下面就几个常用单位进行简述。测连接头相对基准连接头的插入或回波损耗进行测试。下面就几个常用单位进行简述。1. dB损耗单位，用以表征光线通过某一介质后相对强度的大小，损耗的计算公式为：L 10lg(pi/p0) 式中， p0 和 pi分别为输入和输出功率。2. dBm功率单位，其定义式如下：I10lg(p/1mw)(dBm) 通过计算可知，1mw 的功率相当于0dBm。6、光纤活动连接器型号的含义?光纤活动连接器连接头的型号一般用几个大写英文字母和一个“ /
14、” 组成，分别表示连接器的接口方式和研磨方式，例如：FC/PC 表示接口方式为FC 型， PC 研磨方式。连接器规格型号由以下几个部分构成：?连接头 1连接头2光纤类型缆径缆长?举例： FC/PCSC/APCSM310M 四、光纤无源器件简介、光纤通信器件分类：有源器件：发生光电转换的一类原件（光收发模块）。无源器件：不进行能量转换，只进行光能量传输的一类元件。、光分路器：又称分光器，一般采用拼接法和熔融拉锥法制成。耦合方式为NM 路分光比为1/9950/50范围内任分，原理图如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10
15、页名师精编优秀资料主要表征参数为插入损耗、附加损耗、 偏振损耗 （PDL 等，加工好连接头进行测试时，总的插入损耗为：输出端插入损耗两个连接头插入损耗、波分复用器（WDM ） ：通过光纤传输的不同波长的光，经过该器件后，分别进入不同的光纤中，反之亦然。一般采用拼接法和熔融拉锥法制成。耦合方式为1N 路，原理图如下：主要表征参数为插入损耗、隔离度、附加损耗、偏振损耗（PDL）等，加工好连接头进行测试时，总的插入损耗为：输出端插入损耗两个连接头插入损耗。、光环行器：其工作原理是利用双折射晶体及法拉第磁环组合使光路不可逆。以4 端口环行器为例，工作原理图如下：主要表征参数为插入损耗、隔离度、方向性、
16、附加损耗、偏振损耗（PDL）等，加工好连接头进行测试时，总的插入损耗为：输出端插入损耗两个连接头插入损耗。主要应用在双向传输、光上下话路及光纤色散补偿。、衰减器：分为适配器式阴阳式和在线式三种，衰减值固定或可调。适配器式衰减器的缺点是回波损耗较小（ 14.8dB） ，不适合于图像的传输。、隔离器 ：用以消除光线中的回程光对光通信系统的影响，从应用上可分为偏振相关光隔离器、常规单极偏振无关光隔离器、双极偏振无关光隔离器、PMD 补偿，增益平坦光隔离器等。、准直器： 工作原理是将光纤中出射的发散光经准直器后变成平行光束，或者将平行光束汇聚进入光纤中去，以此提高光纤器件的耦合效率。它的应用范围很广，在激光器、探测器、光隔离器、光环行器、光开关、光衰减器和光波分复用器等中都有应用。其表征参数有插入损耗、回波损耗及出射光偏折角等。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页