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工业以太网入门教程[第3讲]——光纤及光纤传输系统介绍

信息时间：2007-07-10 信息来源：

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　　一、光及其特性：
　　1. 光是一种电磁波。　　
　　可见光部分波长范围是：390-760nm(毫微米).大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。光纤中应用的是：850nm，1300nm，1550nm三种。　　
　　2.光的折射，反射和全反射。　　
　　因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时， 折射光会消失， 入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。　　
　　二.光纤结构及种类：　　
　　1.光纤结构：　
　　光纤裸纤一般分为三层： 中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm)，中 间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)，最外是加强用的树脂涂层。　　
　　2.数值孔径：　　
　　入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同(AT&TCORNING)。　　
　　3.光纤的种类：　　
　　A. 按光在光纤中的传输模式可分为： 单摸光纤和多模光纤。　　
　　多模光纤：中心玻璃芯教粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模 光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求， 即谱宽要窄，稳定性要好。　　
　　B.按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。　
　　常规型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300 μm　　
　　色散位移型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300μm和1550μm。
　　C.按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤。　　
　　突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低，模间色散高。适用于短途低速通讯，如：工控。但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。　　
　　渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。　　
　　4.常用光纤规格：　
　　单模： 8/125μm， 9/125μm ， 10/125μm　　
　　多模： 50/125μm 欧洲标准　　
　　62.5/125μm 美国标准　　
　　工业，医疗和低速网络： 100/140μm， 200/230μm　　
　　塑料： 98/1000μm 用于汽车控制。　
　　三.光纤制造与衰减：　　
　　1.光纤制造：　　
　　现在光纤制造方法主要有：管内CVD(化学汽相沉积)法，棒内CVD法，PCVD(等离子体化学汽相沉积)法和VAD(轴向汽相沉积)法.　　
　　2.光纤的衰减：　　
　　造成光纤衰减的主要因素有： 本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。　　
　　本征： 是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。　　
　　弯曲： 光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。
　　挤压： 光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。　　
　　杂质： 光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。　　
　　不均匀： 光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。　
　　对接： 光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。　　
　　四.光纤的优点：　　
　　1. 光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。　　
　　2. 无中继段长.几十到100多公里，铜线只有几百米。　　
　　3 不受电磁场和电磁辐射的影响。　　
　　4. 重量轻，体积小。例如：通2万1千话路的900对双绞线，其直径为3英寸，重量8 吨/KM。而通讯量为其十倍的光缆直径为0.5英寸，重量450P/KM。　
　　5. 光纤通讯不带电，使用安全可用于易燃，易暴场所。　
　　6. 使用环境温度范围宽。　　
　　7. 化学腐蚀，使用寿命长。