光纤光缆的结构与分类PPT课件
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n2
0 a br （b） 渐变光纤
-
n n1 n2
n3
0 a cbr （c）W型光纤
9
阶跃型光纤（SIF）：纤芯折射率呈均匀分布，纤芯和包层
相对折射率差Δ为1%～2%。
渐变型光纤（GIF）：纤芯折射率呈非均匀分布，在轴心处
最大，而在光纤横截面内沿半径方向逐渐减小，在纤芯与包层的 界面上降至包层折射率n2。
梯度光纤纤芯内的折射率不是常量，而是从中心轴线开始 沿径向大致按抛物线形状递减，中心轴折射率最大。
-
5
2．按材料分类
(1) 高纯度石英(SiO2)玻璃纤维。 这种材料的光损耗比较小，在波长λ＝1.2μm时、最低损耗 约为0.47dB/km。
(2) 多组分玻璃光纤 用常规玻璃制成，损耗也很低。如硼硅酸钠玻璃光纤，在 波长λ＝0.84μm时，最低损耗为3.4dB/km。
SI型MMF光纤的折射率分布，纤芯折射率的分 布是相同的，但与包层的界面呈阶梯状。由于 SI型光波在光纤中的反射前进过程中，产生各 个光路径的时差，致使射出光波失真，其结果 是传输带宽变窄，目前SI型MMF应用较少。
-
14
单模光纤相比，多模光纤芯径大，便于接 续；但其衰减系数大，带宽小，故目前多 模光纤在通信方面只适用于短距离、小容 量的数据和模拟光信息传输。
由于光纤的纤芯很细（约10μm）而且 折射率呈阶跃状分布，当归一化频率V参 数＜2.4时，理论上，只能形成单模传输。
-
11
单模光纤
SMF没有多模色散，不仅传输频带较多模光纤更 宽，再加上SMF的材料色散和结构色散的相加抵 消，其合成特性恰好形成零色散的特性，使传输频 带更加拓宽。 SMF中，因掺杂物不同与制造方式的差别有许多 类型。
一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基 甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为 30～150μm。
套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚 丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为
光纤芯线。
-
3
纤芯
套层 一次涂覆层 包层
套层
一次涂覆层 包层 纤芯
光纤的结构示意图
-
4
二、光纤分类
W型光纤（双包层光纤）：在纤芯与包层之间设有一折射
率低于包层的缓冲层，使包层折射率介于纤芯和缓冲层之间。可 以实现在1.3～1.6μm之间色散变化很小的色散平坦光纤或把零 色散波长移到1.55μm的色散位移光纤。
-
10
单模光纤
指在工作波长中，只能传输一个传播 模式的光纤，通常简称为单模光纤 （SMF：Single ModeFiber）。目前， 在有线电视和光通信中，是应用最广泛的 光纤。
自从出现SMF光纤后，似乎形成历史产品。但 实际上，由于MMF较SMF的芯径大且与局域网 等光源结合容易，更有优势。所以，在短距离 通信领域中MMF仍在重新受到重视。
-
13
多模光纤
MMF按折射率分布进行分类时，有：渐变（GI） 型和阶跃（SI）型两种。
从几何光学角度来看，渐变型在纤芯中前进的 光束呈现以蛇行状传播。由于，光的各个路径 所需时间大致相同。所以，传输容量较SI型大。
光纤光缆的结构与分类
-
1
一、光纤的结构 二、光纤的分类 三、光缆的结构 四、光缆的分类
-
2
光纤的结构
纤芯位于光纤中心，直径2a为5～75μm, 作用是传输 光波。
包层位于纤芯外层，直径2b为100～150μm,作用是将 光波限制在纤芯中。
纤芯和包层即组成裸光纤，两者采用高纯度二氧化硅 （SiO2）制成，但为了使光波在纤芯中传送，应对材 料进行不同掺杂，使包层材料折射率n2比纤芯材料折 射率n1小，即光纤导光的条件是n1＞n2。
(3) 塑料光纤。 用人工合成导光塑料制成，其损耗较大。当λ＝0.63μm时， 损耗高达100～200 dB/km；但重量轻，成本低，柔软性好，适 用于短距离导光。
-
6
3．按传输模数分类
(1)单模光纤 单模光纤纤芯直径仅有几微米，接近光的波长。单模光
纤通常是指跃变光纤中，内芯尺寸很小，光纤传输模数很少， 原则上只能传送一种模数的光纤，常用于光纤传感器。这类 光纤传输性能好、频带很宽，具有较好的线性度；但因内芯 尺寸小，难以制造和耦合。
液芯光纤（纤芯呈液态） 塑料光纤（以塑料为材料）
光纤种类
按光纤纤芯折射率分布划分
阶跃型光纤（SIF） 渐变型光纤（GIF） W型光纤
按光纤传输模式数划分
单模光纤（SMF） 多模光纤（MMF ）
芯径
-
8
光纤的纤芯折射率剖面分布
2b
2b
2b
2c
2a
2a
2a
n n1
n2
0a b r （a）阶跃光纤
n n1
凹陷型包层光纤（DePr-essed Clad Fiber）， 其包层形成两重结构，邻近纤芯的包层，较外侧包 层的折射率还低。
-
12
多模光纤
将传播可能的模式为多个模式的光纤称作多 模光纤。纤芯直径为50μm，由于传输模式可 达几百个，与SMF相比传输带宽主要受模式色 散支配。曾用于有线电视和通信系统的短距离 传输。
(2)多模光纤。 多模光纤纤芯直径约为50μm，纤芯直径远大于光的波
长。通常是指跃变光纤中，内芯尺寸较大，传输模数很多的 光纤。这类光纤性能较差，带宽较窄；但由于芯子的截面积 大，容易制造、连接耦合比较方便，也得到了广泛应用。
-
7
光纤的分类
Hale Waihona Puke Baidu
石英系列光纤（以SiO2为主要材料） 按光纤组成材料划分 多组分光纤（材料由多组成分组成）
-
16
复合光纤
复合光纤（Compound Fiber）是指在二 氧化硅原料中，再适当混合诸如氧化钠、氧 化硼、氧化钾等氧化物的多成分玻璃作成的 光纤。
根据光纤的折射率、光纤材料、传输模式、光纤用途和制造 工艺，有如下几种分类方法：
1．阶跃型和梯度型光纤(根据光纤的折射率分布函数)
阶跃光纤的纤芯与包层间的折射率阶跃变化的，即纤芯内 的折射率分布大体上是均匀的，包层内的折射率分布也大体均 匀，均可视为常数，但是纤芯和包层的折射率不同，在界面上 发生突变。
多模光纤用于检测系统。
-
15
特殊光纤： 红 外 光 纤
作为光通信领域所开发的石英系列 光纤的工作波长，尽管用在较短的传输 距离，也只能用于2μm以下。为能在更 长的红外波长领域工作，所开发的光纤 称为红外光纤。
红外光纤（Infrared Optical Fiber） 主要用于光能传送。例如有：温度计量、 热图像传输、激光手术刀医疗、热能加 工等等，普及率尚低。
0 a br （b） 渐变光纤
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n n1 n2
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0 a cbr （c）W型光纤
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阶跃型光纤（SIF）：纤芯折射率呈均匀分布，纤芯和包层
相对折射率差Δ为1%～2%。
渐变型光纤（GIF）：纤芯折射率呈非均匀分布，在轴心处
最大，而在光纤横截面内沿半径方向逐渐减小，在纤芯与包层的 界面上降至包层折射率n2。
梯度光纤纤芯内的折射率不是常量，而是从中心轴线开始 沿径向大致按抛物线形状递减，中心轴折射率最大。
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2．按材料分类
(1) 高纯度石英(SiO2)玻璃纤维。 这种材料的光损耗比较小，在波长λ＝1.2μm时、最低损耗 约为0.47dB/km。
(2) 多组分玻璃光纤 用常规玻璃制成，损耗也很低。如硼硅酸钠玻璃光纤，在 波长λ＝0.84μm时，最低损耗为3.4dB/km。
SI型MMF光纤的折射率分布，纤芯折射率的分 布是相同的，但与包层的界面呈阶梯状。由于 SI型光波在光纤中的反射前进过程中，产生各 个光路径的时差，致使射出光波失真，其结果 是传输带宽变窄，目前SI型MMF应用较少。
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单模光纤相比，多模光纤芯径大，便于接 续；但其衰减系数大，带宽小，故目前多 模光纤在通信方面只适用于短距离、小容 量的数据和模拟光信息传输。
由于光纤的纤芯很细（约10μm）而且 折射率呈阶跃状分布，当归一化频率V参 数＜2.4时，理论上，只能形成单模传输。
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11
单模光纤
SMF没有多模色散，不仅传输频带较多模光纤更 宽，再加上SMF的材料色散和结构色散的相加抵 消，其合成特性恰好形成零色散的特性，使传输频 带更加拓宽。 SMF中，因掺杂物不同与制造方式的差别有许多 类型。
一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基 甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为 30～150μm。
套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚 丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为
光纤芯线。
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纤芯
套层 一次涂覆层 包层
套层
一次涂覆层 包层 纤芯
光纤的结构示意图
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二、光纤分类
W型光纤（双包层光纤）：在纤芯与包层之间设有一折射
率低于包层的缓冲层，使包层折射率介于纤芯和缓冲层之间。可 以实现在1.3～1.6μm之间色散变化很小的色散平坦光纤或把零 色散波长移到1.55μm的色散位移光纤。
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10
单模光纤
指在工作波长中，只能传输一个传播 模式的光纤，通常简称为单模光纤 （SMF：Single ModeFiber）。目前， 在有线电视和光通信中，是应用最广泛的 光纤。
自从出现SMF光纤后，似乎形成历史产品。但 实际上，由于MMF较SMF的芯径大且与局域网 等光源结合容易，更有优势。所以，在短距离 通信领域中MMF仍在重新受到重视。
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多模光纤
MMF按折射率分布进行分类时，有：渐变（GI） 型和阶跃（SI）型两种。
从几何光学角度来看，渐变型在纤芯中前进的 光束呈现以蛇行状传播。由于，光的各个路径 所需时间大致相同。所以，传输容量较SI型大。
光纤光缆的结构与分类
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一、光纤的结构 二、光纤的分类 三、光缆的结构 四、光缆的分类
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光纤的结构
纤芯位于光纤中心，直径2a为5～75μm, 作用是传输 光波。
包层位于纤芯外层，直径2b为100～150μm,作用是将 光波限制在纤芯中。
纤芯和包层即组成裸光纤，两者采用高纯度二氧化硅 （SiO2）制成，但为了使光波在纤芯中传送，应对材 料进行不同掺杂，使包层材料折射率n2比纤芯材料折 射率n1小，即光纤导光的条件是n1＞n2。
(3) 塑料光纤。 用人工合成导光塑料制成，其损耗较大。当λ＝0.63μm时， 损耗高达100～200 dB/km；但重量轻，成本低，柔软性好，适 用于短距离导光。
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3．按传输模数分类
(1)单模光纤 单模光纤纤芯直径仅有几微米，接近光的波长。单模光
纤通常是指跃变光纤中，内芯尺寸很小，光纤传输模数很少， 原则上只能传送一种模数的光纤，常用于光纤传感器。这类 光纤传输性能好、频带很宽，具有较好的线性度；但因内芯 尺寸小，难以制造和耦合。
液芯光纤（纤芯呈液态） 塑料光纤（以塑料为材料）
光纤种类
按光纤纤芯折射率分布划分
阶跃型光纤（SIF） 渐变型光纤（GIF） W型光纤
按光纤传输模式数划分
单模光纤（SMF） 多模光纤（MMF ）
芯径
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光纤的纤芯折射率剖面分布
2b
2b
2b
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2a
2a
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n n1
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0a b r （a）阶跃光纤
n n1
凹陷型包层光纤（DePr-essed Clad Fiber）， 其包层形成两重结构，邻近纤芯的包层，较外侧包 层的折射率还低。
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多模光纤
将传播可能的模式为多个模式的光纤称作多 模光纤。纤芯直径为50μm，由于传输模式可 达几百个，与SMF相比传输带宽主要受模式色 散支配。曾用于有线电视和通信系统的短距离 传输。
(2)多模光纤。 多模光纤纤芯直径约为50μm，纤芯直径远大于光的波
长。通常是指跃变光纤中，内芯尺寸较大，传输模数很多的 光纤。这类光纤性能较差，带宽较窄；但由于芯子的截面积 大，容易制造、连接耦合比较方便，也得到了广泛应用。
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光纤的分类
Hale Waihona Puke Baidu
石英系列光纤（以SiO2为主要材料） 按光纤组成材料划分 多组分光纤（材料由多组成分组成）
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复合光纤
复合光纤（Compound Fiber）是指在二 氧化硅原料中，再适当混合诸如氧化钠、氧 化硼、氧化钾等氧化物的多成分玻璃作成的 光纤。
根据光纤的折射率、光纤材料、传输模式、光纤用途和制造 工艺，有如下几种分类方法：
1．阶跃型和梯度型光纤(根据光纤的折射率分布函数)
阶跃光纤的纤芯与包层间的折射率阶跃变化的，即纤芯内 的折射率分布大体上是均匀的，包层内的折射率分布也大体均 匀，均可视为常数，但是纤芯和包层的折射率不同，在界面上 发生突变。
多模光纤用于检测系统。
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特殊光纤： 红 外 光 纤
作为光通信领域所开发的石英系列 光纤的工作波长，尽管用在较短的传输 距离，也只能用于2μm以下。为能在更 长的红外波长领域工作，所开发的光纤 称为红外光纤。
红外光纤（Infrared Optical Fiber） 主要用于光能传送。例如有：温度计量、 热图像传输、激光手术刀医疗、热能加 工等等，普及率尚低。