光纤的结构和分类：纤芯传输光波的作用分析

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：图5-2光纤的结构图图5-3光纤剖面结构图从图5-3可知，纤芯位于光纤中心，直径为5～75μm，作用是传输光波。色散位移光纤，在1.55μm处实现最低损耗与零色散波长一致，但由于在1.55μm处存在四波混频等非线性效应，阻碍了其应用。

1.光纤的结构

目前，通信用的光纤大多采用石英玻璃制成的横截面很小的双层同心圆柱体，未经涂覆和套塑时称为裸光纤，如图5-2所示。

从图5-2中可以看出，光纤由纤芯和包层两部分组成，纤芯的材料是石英玻璃，掺杂微量的其他材料，掺杂的作用是为了提高材料的光折射率。包层的材料一般用纯石英玻璃，也有掺杂的，掺杂的作用是降低材料的光折射率。所以纤芯的折射率略高于包层的折射率，目的在于使进入光纤的光有可能全部限制在纤芯内部传输。

由于石英玻璃质地脆、易断裂，为保护光纤不受损害，提高抗拉度，一般需要在裸光纤外面经过两次涂敷。它的剖面结构如图5-3所示。

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图5-2　光纤的结构图

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图5-3　光纤剖面结构图

从图5-3可知，纤芯位于光纤中心，直径为5～75μm，作用是传输光波。包层位于纤芯外层，直径为100～150μm，作用是将光波限制在纤芯中。为了使光波在纤芯中传送，包层材料折射率n2比纤芯材料折射率n1小，即光纤导光条件是n1＞n2。一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上聚氨基酸乙酯或硅酮树脂层，厚度一般为30～150μm。套层又称二次涂敷或被覆层，多采用聚丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯线。

2.光纤的分类

光纤可按组成材料、纤芯折射率分布及传输模式数等划分。

（1）按光纤组成材料划分可分为：石英系列光纤、多组分光纤（材料由多组成分组成）、液芯光纤（纤芯呈液态）、塑料光纤。

（2）按光纤纤芯折射率分布划分可分为：阶跃型光纤、渐变型光纤、W型光纤。

阶跃型光纤纤芯折射率呈均匀分布，纤芯和包层相对折射率差为1%～2%。渐变型光纤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。W 型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。

（3）按光纤传输模式数划分可分为：单模光纤、多模光纤。

所谓模式，实质上是电磁场的一种分布形式。模式不同，其分布不同，根据光纤中传输模式数量来分，可分为单模光纤和多模光纤。

按ITU—T建议的光纤分类可分为：

1）G.651光纤。渐变多模光纤，工作波长为1.31μm和1.55μm，在1.31μm处光纤有最小色散，而在1.55μm处光纤有最小损耗，主要用于计算机局域网或接入网。

2）G.652光纤。常规单模光纤，也称为非色散位移光纤，其零色散波长为1.31μm，在1.55μm处光纤有最小损耗，是目前应用最广泛的光纤。

3）G.653光纤。色散位移光纤，在1.55μm处实现最低损耗与零色散波长一致，但由于在1.55μm处存在四波混频等非线性效应，阻碍了其应用。

4）G.654光纤。性能最佳单模光纤，在1.55μm处具有极低损耗，且弯曲性能好。