中年|[普及知识]光纤结构和分类 |知识|结构|

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（一）光纤的结构
通信用的光纤是指由透明、通光性能良好的材料做成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层被覆，并将射入纤芯的光信号，经包层界面的全反射，使光信号保持在纤芯中传播的媒介，达到传输通信信号的目的。光纤的基本结构如图1.4所示。光纤结构的关键就是保证纤芯的折射率比包层的折射率稍大。通信用光纤的外径一般为125μm；但纤芯直径存在差异，如多模光纤的为50μm左右，单模光纤的为10μm左右。

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图1.4 光纤的基本结构
只有纤芯和包层的光纤，就是光纤接续时剥除涂覆层后的裸光纤。它的强度较差，尤其是柔软性差，为达到实际使用的要求，在光纤制造过程中，在裸纤从高温炉拉出后2s内立即进行涂覆，经过涂覆后的光纤才能用来制造光缆，满足通信传输的要求，通常所说的光纤就是指这种涂覆光纤。如图1.5所示为使用最广泛的两种套塑光纤的结构。如图1.5（a）所示为紧套光纤，预涂覆层、缓冲层、二次涂覆层（尼龙或聚乙烯等塑料套管）等与包层紧密地结合在一起，光纤在套管内不能自由活动，常见的如尾纤；如图1.5（b）所示为松套光纤，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，松套光纤的制造工艺简单，其衰耗特性、温度特性与机械性能也比紧套光纤好，因此被大量采用。

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图1.5 套塑光纤的结构
（二）光纤的分类
光纤的分类方法很多，主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、套塑方法、原材料性质、制造方法和用途等归纳的，现将各种常用的分类方法列举如下。
1.按工作波长分类
按工作波长可分为紫外光纤、可见光光纤、近红外光纤、红外光纤（波段分别为0.85μm、1.3μm、1.55μm、1.625μm）。通信中常用的为红外光纤，具体分类和使用参见表1.2 。
【中年|[普及知识]光纤结构和分类】表1.2 通信中常用光纤分类表

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2.按折射率分布分类
按折射率可分为阶跃（突变）（SI）型、渐变（梯度）（GI）型及其他（如三角形、双包层型、凹陷型等）。三种常用光纤结构及传输情况如图1.6所示。

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图1.6 三种常用光纤结构及传输情况
（1）阶跃型多模光纤（Step-IndexFiber ， SIF）如图1.6（a）所示，纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2 。这种光纤一般纤芯直径2a=50～80μm ，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。
（2）渐变型多模光纤（Graded-IndexFiber ， GIF）如图1.6（b）所示，在纤芯中心折射率最大为n1 ，沿径向r向外逐渐变小，直到包层变为n2 。这种光纤一般纤芯直径2a=50μm ，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。
（3）单模光纤（Single-Mode Fiber ， SMF）如图1.6（c）所示，其折射率分布和阶跃型光纤相似，纤芯直径2a=8～10μm ，光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光纤只能传输一种模式，所以称为单模光纤，其信号畸变很小。分页标题
3.按传输模式分类
按传输模式可分为单模光纤和多模光纤。由于多模光纤的纤芯直径远大于传输波长（1μm左右），光纤中会存在几十甚至几百种模式。不同的传播模式具有不同的传播速度与相位，因此经过长距离的传输后会产生时延，造成光脉冲展宽，即模间色散。而单模光纤的几何尺寸与传输波长相比，光纤只允许一种模式（基模HE11）在其中传播，其余的高次模全部截止。从而避免了模间色散，具有极宽的带宽，适用于大容量光纤通信。
4.按套塑方法分类
按套塑方法可分为紧套光纤和松套光纤（其外边需套上一个较松的套管，使之可以在中间松动），如图1.5所示。在施工中，这两种光纤的接续和安装工艺不同。
5.按原材料性质分类
按原材料性质可分为石英玻璃、多成分玻璃、塑料、复合材料（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等。
6.按制造方法分类
按预制棒制造方法可分为有汽相轴向沉积法（VAD）和化学汽相沉积法（CVD）等。
7.按用途分类
为了减少光信号在传输中的衰减程度，目前有掺铒光纤、零色散补偿光纤、非零色散位移光纤等。
（三）光纤的结构参数
1.几何参数
（1）纤芯直径。纤芯直径是指在光纤的横截面上能够确定纤芯中心的圆的直径。
（2）包层直径。包层直径是指在光纤的横截面上能够确定包层中心的圆的直径（常指光纤外径）。
（3）不圆度。纤芯或包层的不圆度是指断面最大直径与最小直径的差与标称直径的比值。它的不良将对偏振模色散有较大影响。
（4）同心度。所谓纤芯/包层同心度，是指纤芯在光纤内所处的中心程度。对于单模光纤，纤芯/包层同心度误差是纤芯圆心与包层圆心之间的距离。不良的纤芯/包层同心度，在各类接续设备与连接器内部会引起接续困难和定位不良，造成损耗增大。
2.光学参数
（1）数值孔径。数值孔径表征光纤接收光的能力大小。光纤的数值孔径（N· A）对光源耦合效率、光纤损耗、弯曲的敏感性，以及带宽有着密切的关系。数值孔径大，耦合容易，微弯敏感小，带宽较窄。
（2）模场直径。模场直径是指单模光纤中传输的基模场强在光纤横截面内分布的范围。对于传输光纤而言，模场直径（或有效面积MFD）越大越好。
（3）截止波长。截止波长是指保证单模光纤中光信号单模传输的最小工作波长（λc）。
（四）带状光纤简介
由于近年来光纤网络的迅速发展，特别是光纤接入网络的迅速推广，大芯数光缆被更多地采用，对于大芯数光缆建设，采用带状光纤可以极大地提高施工速度。
带状光纤通常由4、6、8、12、24芯涂覆光纤，采取UV固化黏结材料黏结成带状，通过黏结材料把带状光纤组合成阵列排列，如图1.7所示。接续时一般可以同时一次性完成一个带状光纤的接续。

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图1.7 带状光纤截面图
带状光纤的主要性能指标如下。
1.几何参数
带状光纤的几何参数示意图如图1.8所示，通信行业最大几何参数标准参见表1.3 。

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图1.8 几何参数示意图
表1.3 通信行业最大几何参数标准

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2.标志
12芯带状光纤全色谱标志规则参见表1.4 。
表1.4 12芯带状光纤全色谱标志规则
3.可分离性
光纤带状结构应允许光纤能从带中分离出来，分成若干根光纤的子单元或单根的光纤，并且满足如下要求：分页标题
● 不使用特殊工具或器械就能完成分离，撕开时所需的力应不超过4.4N；
● 光纤分离过程不应对光纤的光学及机械性能造成永久性的损害；
●对光纤着色层无损害，在任意一段2.5cm长度的光纤上应留有足够的色标，以便光纤带中光纤能够相互区别。
4.带状光纤的接续
带状光纤的护层剥离工具为电加热剥除器，使用不同芯数匹配夹具的专用带状熔接机，热熔加强保护管也是特制的。
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