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一、光纖的結(jié)構(gòu)與類型

光纖（OpticFiber），是光導纖維的簡稱，它能夠?qū)⑦M入光纖一端的光線傳送到光纖的另一端。光纖是一種多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的對稱柱體光學纖維，它一般由纖芯、包層、涂覆層與護套層構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 光纖結(jié)構(gòu)示意圖

纖芯與包層是光纖的主體，對光波的傳播起著決定性作用。纖芯多為石英玻璃，直徑一般為5~75^m，材料主體為二氧化硅，其中摻雜其他微量元素，以提高纖芯的折射率。包層直徑很小，一般為100~200pm，其材料主體也為二氧化硅，但折射率略低于纖芯。涂覆層的材料一般為硅酮或丙烯酸鹽，主要用于隔離雜光。護套的材料一般為尼龍或其他有機材料，用于提高光纖的機械強度，保護光纖。一般，沒有涂覆層和護套的光纖，稱為裸纖。

光纖的種類很多，從不同的角度出發(fā)有不同的分類，一般有以下4種分類。

（1）按光纖材料分，可分7種：石英系光纖、多組分玻璃光纖、氟化物光纖、塑料光纖、液芯光纖、晶體光纖、紅外材料光纖。

（2）按光纖橫截面上折射率的分布分，可分兩類：階躍型（突變型）光纖和梯度型（自聚焦或漸變型）光纖。

階躍型光纖纖芯折射率徑向分布函數(shù)如圖2（a）所示，在纖芯和包層兩種介質(zhì)內(nèi)部，折射率均勻分布，即們、"2均為常數(shù)，因此在纖芯與包層的分界處折射率產(chǎn)生階躍變化。梯度型光纖的纖芯折射率沿徑向呈非線性規(guī)律遞減，故亦稱為漸變折射率光纖。圖2（b）為一種常見的梯度型光纖的折射率徑向分布函數(shù)。

圖2 光纖纖芯折射率徑向分布示意圖

（3）按傳輸模式多少分，可分為兩類：單模光纖（Single-Mode）和多模光纖（Multi-Mode），如圖3所示。

圖3 單模與多模光纖示意圖

光纖中傳播的模式就是光纖中存在的電磁場場形（HE）或者光場場形，其各種場形，都是光波導中經(jīng)過多次的反射和干涉的結(jié)果，而各種模式是不連續(xù)的。由于駐波才能在光纖中穩(wěn)定的存在，它的存在反映在光纖橫截面上就是各種形狀的光場，即各種光斑。如果是一個光斑，稱為單模光纖，它只傳輸主模，也就是說，光線只沿光纖的內(nèi)芯進行傳輸（見圖3）o由于單模光纖完全避免了模式色散，從而使得它的傳輸頻帶很寬，因而適用于大容量、長距離的光纖通信。一般，單模光纖使用的光波長為1310nm或1550nm。若為兩個以上光斑，則稱為多模光纖，即它有多個模式在光纖中傳輸。由于色散或像差的關(guān)系，這種光纖的傳輸性能較差，頻帶比較窄，傳輸容量也比較小，所以傳輸距離比較短。圖3所示為多模光纖光線軌跡圖。

（4）按光纖工作波長分，可分三種：0.8~0.9pm的短波長光纖、1~1.7pm的長波長光纖、2nm以上的超長波長光纖。

由于光纖的材料與制造工藝的不同，使光在光纖中傳輸時會有一定的衰減，其衰減量一般用dB/km表示。而不同波長的光，在光纖中傳播時造成的衰減是不一樣的。光波長與傳輸損耗的關(guān)系，如圖4所示。

圖4 光波長與傳輸損耗的關(guān)系

由圖4可知，在以納米（nm）表示波長的一些特定點上，其光的衰減最小。因此，光纖通信中常用的光波長，一般選用使光衰減量最小的850nm，1300nm及1550nm等波長。

一般，光纖裸纖是很脆弱的，它雖然有防護層的保護，但仍不適于長距離室外工程項目的架設(shè)。在實際的工程應用中，光纖都是包在高抗拉強度的外套內(nèi)，以光纜形式出現(xiàn)的。目前，光纜一般具有兩種基本類型，即用于室外的松管型和用于室內(nèi)的緊包緩沖型，室外的松管型光纜如圖5所示，室內(nèi)的緊包緩沖型光纜如圖6所示。

圖5 松管型光纜示意圖

圖6 緊包緩沖型光纜示意圖

在圖5所示的松管型光纜內(nèi)，填充有防潮用的軟膠，每根管內(nèi)最多可以裝12根光纖。在實際的多光纖室外應用時，一般采用如圖7所示的多光纖室外光纜。

圖7 多光纖室外光纜