光纤通信技术第二章第一节

第2章 光纤和光缆

2/1/20241初识光纤

光纤为什么会像金属导线那样能够传输信号呢？在这里首先我们要清楚光纤到底是什么东西。光纤为光导纤维的简称，由直径大约为0.1mm的细玻璃丝构成。它透明、纤细，虽比头发丝还细，却具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构.2/1/202422.1光纤的结构和类型

2.1.1光纤的结构

1.光纤结构光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成，如图2-1所示。图2-1光纤的结构2/1/202432.1光纤的结构和类型（1）纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。直径d1=4μm～50μm，单模光纤的纤芯为4μm～10μm，多模光纤的纤芯为50μm。纤芯的成分是高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂（如GeO2，P2O5），作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以传输光信号。（2）包层：包层位于纤芯的周围。直径d2=125μm，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。而掺杂剂（如B2O3）的作用则是适当降低包层对光的折射率（n2），使之略低于纤芯的折射率，即n1＞n2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。2/1/202442.1光纤的结构和类型（3）涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料；缓冲层一般为性能良好的填充油膏；二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。

涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm。通常所说的光纤为此种光纤。2/1/202452.1光纤的结构和类型

紧套光纤与松套光纤紧套光纤就是在一次涂覆的光纤上再紧紧地套上一层尼龙或聚乙烯等塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。松套光纤，就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管，光纤可以在套管中自由活动。图2-2套塑光纤结构2/1/202462.1光纤的结构和类型

2．光纤的折射率分布与光线的传播图2-3所示为两种典型光纤的折射率分布情况。一种称为阶跃折射率光纤；另一种称为渐变折射率光纤，如图2-3（a）、（b）所示。图2-3光纤的折射率分布2/1/20247

2.1光纤的结构和类型光在阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的传播轨迹分别如图2-5和图2-6所示。图2-5

光在阶跃折射率多模光纤中的传播图2-6光在渐变折射率多模光纤中的传播2/1/202482.1.2光纤的分类若按传输模的数量分类可分为多模光纤和单模光纤若按传输波长分类可分为短波长光纤和长波长光纤若按套塑结构分类可分为紧套光纤和松套光纤2/1/202492.1.2光纤的分类

1．按传输模数分类按传输模的数量不同，光纤分为多模光纤和单模光纤。传播模式概念：当光在光纤中传播时，如果光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在光纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播。如图2-4所示。这些不同的光束称为模式。图2-4

光在阶跃折射率光纤中的传播2/1/2024102.1.2光纤的分类（1）多模光纤

当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）远大于光波波长时（约1μm），光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模式，这样的光纤称为多模光纤。如图2-5和图2-6所示。（2）单模光纤

当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1

）较小，与光波长在同一数量级，如芯径d1

在4μm～10μm范围，这时，光纤只允许一种模式（基模）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤称为单模光纤。如图2-7所示。2/1/2024112.1.2光纤的分类

2．按传输波长分类光纤可分为短波长光纤和长波长光纤。短波长光纤的波长为0.85μm（0.8μm～0.9μm）长波长光纤的波长为1.3μm～1.6μm，主要有1.31μm和1.55μm两个窗口。

3．按套塑结构分类按套塑结构不同，光纤可分为紧套光纤和松套光纤。

2/1/2024122.光纤制造工艺2/1/2024132.2光纤的材料制作在这一节中主要介绍石英光纤的制作工艺。石英光纤的制造工艺大致可以分为两个阶段，即光纤预制棒的制造和预制棒拉制光纤。

2.2.2预制棒拉丝2

2.2.1预制棒的制造方法12/1/2024142.2光纤的材料制作

2.2.1预制棒的制造方法预制棒的制造方法很多，常见的方法有：外气相沉积法(OVPO)、气相轴向沉积法(VPAD)、改进的化学气相沉积法(MCVD)、等离子体激活化学气相沉积法(PCVD)。下面分别加以介绍。1．OVPO法OVPO法是CorningClassWork公司用于制造第一根损耗小于20dB/km

的石英光纤的方法。该方法采用以下化学反应：2/1/2024152.2光纤的材料制作以石英、石墨或陶瓷棒作为中心棒，在中心棒外沉积粉尘，然后抽掉中心棒，高温烧结成预制棒，制造示意图如图2.5所示。图2.5OVPO法2/1/2024162.2光纤的材料制作

OVPO法的基本步骤如下：

(1)中心棒在喷嘴下方，匀速旋转并来回平移，以便在中心棒外形成粉尘的均匀沉积。

(2)控制气体流量成分，可以使预制棒折射率分布是阶跃的，或是渐变的。

(3)沉积过程完成后，经过脱水处理后，抽出中心棒，在高温炉中将粉尘状预制棒烧结成透明玻璃预制棒。2/1/2024172.2光纤的材料制作

2.2.2预制棒拉丝预制棒制作完成，第二阶段是将预制棒拉丝成为光纤。石英光纤拉丝机的结构示意图。如图2.9所示。在拉丝过程中，可以基本保持原预制棒的折射率分布不变。

2/1/202418图2.9石英光纤拉丝机的结构示意图2/1/2024192.1.2光纤的分类

4．单模光纤的分类

ITU-T建议规范了G.652、G.653、G.654和G.655四种单模光纤。（1）G.652光纤

G.652光纤，也称标准单模光纤（SMF），是指色散零点（即色散为零的波长）在1310nm附近的光纤。它的折射率分布如图2-8