1-2 光纤光缆的结构与分类

3．按传输模数分类 ．
(1)单模光纤 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， 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。 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 光纤传输性能好、频带很宽，具有较好的线性度； 尺寸小，难以制造和耦合。 尺寸小，难以制造和耦合。 (2)多模光纤。 多模光纤。 多模光纤 多模光纤纤芯直径约为50μ ， 多模光纤纤芯直径约为 μm，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 通常是指跃变光纤中，内芯尺寸较大， 光纤。这类光纤性能较差，带宽较窄； 光纤。这类光纤性能较差，带宽较窄；但由于芯子的截面积 容易制造、连接耦合比较方便，也得到了广泛应用。 大，容易制造、连接耦合比较方便，也得到了广泛应用。
套层 一次涂覆层 纤芯 包层
套层
一次涂覆层
包层
纤芯
光纤的结构示意图
二、光纤分类
根据光纤的折射率、光纤材料、传输模式、 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： 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 ．阶跃型和梯度型光纤 根据光纤的折射率分布函数 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 阶跃光纤的纤芯与包层间的折射率阶跃变化的 ， 的折射率分布大体上是均匀的， 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 均可视为常数，但是纤芯和包层的折射率不同， 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。 发生突变。 梯度光纤纤芯内的折射率不是常量， 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。 致按抛物线形状递减， 沿径向大致按抛物线形状递减，中心轴折射率最大。
塑 料 光 纤
将纤芯和包层都用塑料（聚合物）作成 的光纤。 早期产品主要用于装饰和导光照明及近 距离光路的光通信中。 原料主要是有机玻璃（PMMA）、聚 原料主要是有机玻璃（PMMA）、聚 苯乙稀（PS）和聚碳酸酯（PC）。 苯乙稀（PS）和聚碳酸酯（PC）。 损耗一般每km可达几十dB。为了降低 损耗一般每km可达几十dB。为了降低 损耗正在开发应用氟索系列塑料。
光纤光缆的结构与分类
Байду номын сангаас
一、光纤的结构 二、光纤的分类 三、光缆的结构 四、光缆的分类
光纤的结构
纤芯位于光纤中心， 直径2 纤芯位于光纤中心 ， 直径 2 a 为 5 ～ 75 μm, 作用是传输 75μm, 光波。 光波。 包层位于纤芯外层， 直径2 包层位于纤芯外层 ，直径2 b 为100～ 150 μm,作用是将 100～ 150μm,作用是将 光波限制在纤芯中。 光波限制在纤芯中。 纤芯和包层即组成裸光纤， 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 制成， 但为了使光波在纤芯中传送， 料进行不同掺杂， 使包层材料折射率n 料进行不同掺杂 ， 使包层材料折射率 n2 比纤芯材料折 射率n 射率n1小，即光纤导光的条件是n1＞n2。 即光纤导光的条件是n 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， 甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为 30～150μm。 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。
光纤的分类
石英系列光纤（ 石英系列光纤（以SiO2为主要材料） 为主要材料） 多组分光纤（材料由多组成分组成） 按光纤组成材料划分 多组分光纤（材料由多组成分组成） 液芯光纤（纤芯呈液态） 液芯光纤（纤芯呈液态） 塑料光纤（以塑料为材料） 塑料光纤（以塑料为材料） 阶跃型光纤（SIF） 阶跃型光纤（SIF） 渐变型光纤（GIF） 渐变型光纤（GIF） W型光纤 单模光纤（SMF） 单模光纤（SMF） 按光纤传输模式数划分 多模光纤（ 多模光纤（MMF ） 芯径
塑 包 光 纤
塑包光纤（ Fiber） 塑包光纤（Plastic Clad Fiber）是将高 纯度的石英玻璃作成纤芯，而将折射率比石英 稍低的如硅胶等塑料作为包层的阶跃型光纤。 它与石英光纤相比较，具有纤芯粗、数值孔 径（N.A.）高的特点。因此，易与发光二极管 径（N.A.）高的特点。因此，易与发光二极管 LED光源结合，损耗也较小。所以，非常适用 LED光源结合，损耗也较小。所以，非常适用 于局域网（LAN）和近距离通信。 于局域网（LAN）和近距离通信。
复 合 光 纤
复合光纤（ Fiber） 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、 氧化硅原料中，再适当混合诸如氧化钠、氧 化硼、 化硼、氧化钾等氧化物的多成分玻璃作成的 光纤。 光纤。 特点是多成分玻璃比石英的软化点低且纤芯 与包层的折射率差很大。 与包层的折射率差很大。主要用在医疗业务 的光纤内窥镜。 的光纤内窥镜。
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。 多模光纤用于检测系统。
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 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 红外光纤（Infrared Optical Fiber） 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。
2．按材料分类 ．
(1) 高纯度石英 高纯度石英(SiO2)玻璃纤维。 玻璃纤维。 玻璃纤维 这种材料的光损耗比较小， 在波长λ＝ 这种材料的光损耗比较小 ， 在波长 ＝ 1.2µm时 、 最低损 时 耗约为0.47dB/km。 耗约为 。 (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， 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＝ 波长 ＝0.84µm时，最低损耗为 时 最低损耗为3.4dB/km。 。 (3) 塑料光纤。 塑料光纤。 用人工合成导光塑料制成，其损耗较大。 用人工合成导光塑料制成，其损耗较大。当λ＝0.63µm时， ＝ 时 损耗高达100～200 dB/km；但重量轻 ， 成本低 ， 柔软性好， 损耗高达 ～ ； 但重量轻，成本低，柔软性好， 适用于短距离导光。 适用于短距离导光。
光纤种类
按光纤纤芯折射率分布划分
光纤的纤芯折射率剖面分布
2b 2b 2a 2b 2a 2c 2a
n n1 n2 0 a （a）阶跃光纤 b r
n n1 n2 0 a b （b） 渐变光纤 r
n n1 n2 n3 0 a （c）W型光纤 c b r
阶跃型光纤（SIF）：纤芯折射率呈均匀分布，纤芯和包层 阶跃型光纤（SIF）
多 模 光 纤
MMF按折射率分布进行分类时，有：渐变（GI） MMF按折射率分布进行分类时，有：渐变（GI） 型和阶跃（SI）型两种。 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。 所需时间大致相同。所以，传输容量较SI型大。 SI型MMF光纤的折射率分布，纤芯折射率的分 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 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。 是传输带宽变窄，目前SI型MMF应用较少。
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， SMF： ModeFiber）。目前， 在有线电视和光通信中，是应用最广泛的 光纤。 由于光纤的纤芯很细（约10µm）而且 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 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。 数＜2.4时，理论上，只能形成单模传输。
氟化物光纤
氟化物光纤（ Fiber） 氟化物光纤（Fluoride Fiber）是由 氟化物玻璃作成的光纤。 氟化物玻璃作成的光纤。 这种光纤原料包括氟化铝、氟化钡、氟 化镧、氟化钠等氟化物玻璃原料。简称 为Z B L A N 。 主要工作在 2～ 10µm 波长的光传输 业务。
氟化物光纤
由于ZBLAN具有超低损耗光纤的可能性， 由于ZBLAN具有超低损耗光纤的可能性， 正在进行着用于长距离通信光纤的可行性开发， 例如：其理论上的最低损耗，在3µm波长时可 例如：其理论上的最低损耗，在3µm波长时可 达 dB／km，而石英光纤在 10 −2 → 10 −3dB／km，而石英光纤在 1.55µm时却在0.15～ 1.55µm时却在0.15～0.16 dB/Km之间。 dB/Km之间。 目前，ZBLAN光纤由于难于降低散射损耗，只 目前，ZBLAN光纤由于难于降低散射损耗，只 能用在2.4～2.7µm的温敏器和热图像传输， 能用在2.4～2.7µm的温敏器和热图像传输， 尚未广泛实用。 为了利用ZBLAN进行长距离传输，正在研制 为了利用ZBLAN进行长距离传输，正在研制 1.3µm的掺锗光纤放大器（PDFA）。 1.3µm的掺锗光纤放大器（PDFA）。
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 渐变型光纤（GIF）
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。
W型光纤（双包层光纤）：在纤芯与包层之间设有一折射 型光纤（双包层光纤）
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。
塑 料 光 纤
由于塑料光纤（Plastic 由于塑料光纤（Plastic Optical fiber） fiber） 的纤芯直径为1000µm，比单模石英光 的纤芯直径为1000µm，比单模石英光 纤大100倍，接续简单，而且易于弯曲 纤大100倍，接续简单，而且易于弯曲 施工容易。 近年来，加上宽带化的进度，作为渐变 型（GI）折射率的多模塑料光纤的发展 型（GI）折射率的多模塑料光纤的发展 受到了社会的重视。在汽车内部局域网 中应用较快，未来在家庭局域网中也可 能得到应用。
单模光纤
SMF没有多模色散，不仅传输频带较多模光纤更 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 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 SMF中，因掺杂物不同与制造方式的差别有许多 类型。 凹陷型包层光纤（DePr-essed Clad Fiber）， 凹陷型包层光纤（DePrFiber）， 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。
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 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 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。 自从出现SMF光纤后，似乎形成历史产品。但 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 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。 通信领域中MMF仍在重新受到重视。