光导纤维的种类及其应用
1.光纤光缆基础知识
THANK YOU！
产生光损耗的原因大部分为光纤具有的固有损耗和光纤制造后 的附加损耗。前者主要包括瑞利散射损耗、吸收损耗、波导结构不完 善引起的损耗;后者包括微弯损耗、弯曲损耗、接续损耗等。
损耗成因
瑞利散射损耗
吸收损耗
固有损耗
附加损耗
对于光纤损耗的成因及其解决方案，在这里不做深入的研究，了解即可。
微弯损耗
弯曲损耗
接续损耗
N/A
GSK/GMK/GCF
B5
G656
N/A
B6
G657
N/A
多模62.5/125
A1b
N/A
OM1
MCF
OM2
ACF
多模50/125
A1a
G651.1
OM3
OM4
我们公司最常用的光 纤为G652D和G655
G.652是常规单模光纤，零色散 点在1300nm，此点色散最小；同 时根据PMD又分为G. 652A、B、C、 D四种。
按传输模式分类
类型
解释
纤芯只能传输 单模光纤 单个模式的光
纤
多模光纤
纤芯能传输多 个模式的光纤
纤芯直径 包层外径
8μm-10μm 125μm
50μm、 62.5μm
125μm
2. 光纤分类
2.3 总结
光纤 类型
单模 光纤
传输模式
只能传输单 模式的光纤
多模 光纤
能传输多个 模式的光纤
传输距离 传输距离远
6. 光缆简介
6.2 光缆分类
用途
光纤种类
光纤芯数
加强件配置
传输导体、介质状况 铺设方式
结构方式
用户光缆 单模光缆 单芯光缆
光导纤维照明简介
光源技术光导纤维照明简介何宜生(华东电子集团公司,南京210028)摘要:该文对光纤的历史,光纤的制造方法和光纤技术在照明领域的应用方面作了介绍。
关键词:光纤;光纤光缆;投光器收稿日期:2004-01-05玻璃纤维光学系统在建筑照明和商业空间造型领域起着日益重要的作用。
在室内造型方面,它首先被采用于博物馆及商店的展品,商品陈列柜的照明上。
其次在浴室,桑拿浴室以及宾馆等建筑的门厅入口等处也得到广泛的应用,见图1、图2、图3、图4、图5。
这种不带电的0冷光0在这些场合的应用日益受到人们的青睐。
显然,这种光纤照明目前还不能替代现存的一般照明的方式,但是它可以作为极有意义的补充手段。
图1图2图3图4#41#图51光纤的历史回顾19世纪70年代,在英国开展了首批光导试验, 20世纪的20年代,美国受理了首个有关光纤技术的专利。
20世纪70年代开始合理和经济地利用玻纤光缆和光。
它们首先被采用于生产线上各个单元的控制,解决了大容量的数据传输而又无需极度增加电线的敷设,当时的传输距离约为20m。
随着各个部件效率的提高,数据传输距离也成倍地增加。
80年代出现了首批用于医疗技术的内窥镜。
90年代初不少光纤产品已经商品化,在数据技术方面,主要使用混合光缆(C U P LWL),而光学技术方面采用纯玻纤光缆,以及塑料光缆(P MMA)。
2光纤的制造在各种玻纤和塑料纤维光缆制造中,都必须有严格的质量指标。
以玻纤光缆为例,其具有多级工序的制备过程的首道工序是熔制玻璃。
由高纯度的原料按严格的熔制方法熔制,然后由高折射率的芯玻璃拉制成直径为30m m,长为1000mm的芯棒。
由低折射率的外层玻璃制成几何尺寸十分精确的玻璃管。
在一个温度约1000e的电炉中,在直至100个可分别调节温度的同一轴向的加热环中,由预制材料拉制出首级玻璃光纤束。
此处按拉制的速度,产生直径由30~100L m的单根玻璃纤维,在拉制过程之后,立即按所需光缆的直径(1~8mm)将光纤整理成束并套上防止机械损伤的塑料保护层。
光导纤维的种类及其应用
光导纤维的种类及其应用光导纤维，即光纤，是一种能够将光信号传输的柔性透明纤维。
光导纤维分为多种类型，根据不同的用途和特性适用于各种不同领域的应用。
以下是一些常见的光导纤维种类及其应用。
1.多模光纤：多模光纤是一种具有大的孔径的光纤，可以传输多个模式的光信号。
它主要用于短距离的数据通信和局域网。
多模光纤具有较高的带宽，可以传输较高速率的数据，因此在计算机网络和通信领域得到广泛应用。
2.单模光纤：3.分束光纤：分束光纤是一种可以将一个入射的光束分成多个独立的光束的光纤。
它常被用于光纤传感器和光学测量中，可以将光信号分配到多个传感器或测量设备上，实现多点测量或多信号监测。
分束光纤对光信号的分割和传输起到了关键作用。
4.光纤光栅：光纤光栅是在光导纤维中周期性改变折射率的结构，可以将特定波长的光束从光纤中提取出来，实现滤波和波长选择。
光纤光栅广泛应用于通信领域，可以用于波分复用系统、滤波器和传感器等。
5.偏振保持光纤：偏振保持光纤是一种可以保持光信号偏振状态的光纤。
它主要用于需要保持光信号偏振特性的应用，如光纤传感器和光通信系统中的调制器和解调器。
偏振保持光纤可以确保信号的质量和可靠性。
6.光学附加单元光纤：光学附加单元光纤是一种用于光纤通信网络中的附加设备的光纤。
它具有低损耗和高带宽的特性，可以提供各种光信号处理功能，如增益、滤波、分光和光放大器等。
光学附加单元光纤被广泛用于增强光纤网络的性能和功能。
总的来说，光导纤维种类繁多，每种光纤都有其特定的应用领域和优势。
光纤的应用范围广泛，包括通信、传感器、医疗、工业和军事等领域。
随着光纤技术的不断发展和创新，光导纤维在未来将会继续发挥重要作用，并在各个领域中得到更广泛的应用。
第三章光纤材料与光纤器件
11
矩形波导
脊型波导
沟道波导
平面掩埋沟道波导
在横截面的两个方向限制光波传播
12
光纤
13
光纤尺寸
★芯径 单模光纤： <10um; 多模光纤： 50um/62.5um
★包层直径 普通光纤： 125um
★涂覆层直径
125um
普通光纤
18
2-2、光纤导光
空气
包层 纤芯
sini n12 n22 sin 2 r
r 90o 发生全反射，光线可在光纤中传播
19
i i0 arcsin n12 n22
光线的传播
1. Meridional Ray子午光线的传播（总与光纤轴相交）
Cladding Cladding
光线的传播
光纤的优点
• 与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信的优点如下： ①传输频带极宽，通信容量很大；
②由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远；
③串扰小，信号传输质量高；
④光纤抗电磁干扰，保密性好；
⑤光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；
⑥耐化学腐蚀；
⑦光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富，并节约了大 量有色金属。
➢在短短几十年时间里，光纤的损耗已由 1000dB/km下降到0.16dB/km，致使光纤通信 在世界范围内形成一个充满活力的新兴产业。
6
光纤通信的发展历程
• 20世纪的80年代中期，全世界范围内的光纤通信开始走 向实用化。石英玻璃光纤的质量为27克/公里。原料廉价， 传输损耗小，不受外界电磁干扰，保密性强。
➢ 1929年和1930年，美国的哈纳尔和德国的拉姆先后拉制出 石英光纤且用于光线和图像的短距离传输；
第八部分 光纤熔接
（四）.光纤熔接应用的场合及范围
• 1.光缆长距离敷设中途接续. • 2.用户上网应用光纤接入. • 3.架空光缆或地埋光缆意外中断.
五．光缆型号识别
(1).光缆的标号
光缆型号及规格标注形式如图
(1) GYTS-12A GY:室外光缆 S : 钢塑综合
室外12芯多模光缆 T : 填充式光缆 12A : 12芯多模光缆
多模光纤(MMF：Multi Mode Fibre)中光的传输如图3：
图3多模光纤
TIA/TIS-568A规范规定的多模光纤电缆的主要特征如表2：
属性 主干段的最大长度 一水平段（到桌面）的最大长度 每段上结点的最大数目 最大衰减 段的最大数目 带有结点的段的最大数目 菊花链集线器的最大数目 缆线类型 连接器 值或特征 2000m 100m 2 850nm波长下传输的衰减为3.75 dB/Km 1300nm波长下传输的衰减为1.5 dB/Km 1024 1024 4 62.5/125μ m ST或SC连接器
5）.盖上光纤熔接机的防风罩,按下 操作键盘上的AUTO键进行熔接.
6.熔接结束后，将光纤热缩套管套移至熔接好的光纤 部位，注意使熔接的部位位于光纤热缩套管的中央。 将光纤热缩套管放到光纤熔接机的加热炉中，按操作 键盘上的“HEAT”键进行加热。
7).将熔接好的光纤盘储在在光纤终端盒 内,并与耦合器相连.
光纤光缆基本常识综述
学习内容 : 一.光纤的基本知识(定义、构造、分 类、特点） 二.光纤通信系统构成 三.光纤连接器简介 四.光纤接连技术 五.光纤型式认别
一 光纤光缆基本知识
1、什么是光纤？
光纤：即光导纤维，是一种传输光 束的细而柔韧的媒质。常见的构成材料 有石英玻璃和一种特制塑料.
石英光纤
1 定义石英光纤是一种以高折射率的纯石英玻璃材料为芯，以低折射率的有机或无机材料为包皮的光学纤维，由于石英光纤传输波长范围宽(从近紫外到近红外，波长从0.38-2.1um )，所以石英光纤适用于紫外到红外各波长信号及能量的传输，石英光纤数值孔径大、光纤芯径大、机械强度高、弯曲性能好和很容易与光源耦合等优点，故在传感、光谱分析、过程控制及激光传输(特别是传输He-Ne、Ar+离子和YAG激光的理想介质)、激光医疗、测量技术、刑侦，信息传输和照明等领域的应用极为广泛。
已广泛应用于电子、医疗、生物工程、材料加工、传感技术、国防军事等各个领域。
由于石英光纤的商品化、低成本、优异的光传输性能和生物相容性，以及高强度、高可靠性和高激光损伤阈值等诸多优点，使得石英光纤在能量传输，尤其是在工业和医学等领域的激光传输中得到了广泛的应用，这是其他种类的光纤无法比拟的。
随着成本的降低和技术的成熟，石英光纤在照明领域的应用也越来越广泛，需求量逐年倍增。
2 基本特性石英光纤是光导纤维的简称，是用纯度特别高的石英玻璃(以SiO2为主要成分)制作的纤维状波导结构。
石英光纤的基本功能是对光束的束缚及传播，即把一定波长的光能束缚在几到几十微米的径向范围内而沿石英光纤长度方向作低损耗传播。
石英光纤作为传输介质的基本特性用传输容量表示，它等于传输速率与传输距离的乘积。
决定传输距离与传输性能指标则是石英光纤的损耗和色散(或带宽)。
在目前已使用的多种传输介质中，石英光纤具有的带宽潜力是其它介质无法比拟的。
电话双绞线传输带宽一般约100KHz量级，同轴电缆一般工作在几百到几千MHz，微波通信传输带宽也只有几十GHz，但一根光纤在1.31µm和1.55µm窗口传输带宽可以达到20THz。
光纤的传输损耗也很低，目前1.55µm波长石英光纤批量生产的损耗可在0.22dB/km以下，1.31µm 波长的损耗在0.34dB/km以下。
光纤光缆的基础知识
光纤光缆的基础知识一、光纤1．光纤的定义光纤是光导纤维的简称，即用来通光传输的石英玻璃丝。
2．光纤的结构组成和作用1）光纤的构成：光纤是由光折射率较高的纤芯和折射率较低的包层组成，为了保护光纤不受外力和环境的影响，在包层的外面都加上一层塑料护套（也叫涂覆层）。
2）光纤各组成部分的作用：纤芯：siO2+GeO2（作用是导光通信）包层：siO2(作用是使全反射成为可能)涂覆层：光固化丙烯酸环氧树脂或热固化的硅酮树脂（作用是防止光纤表面受损产生微裂纹，将光纤表面与环境中的水分、化学物质隔开，防止已有的微小裂纹逐步生长扩大）3．光纤的分类A：按组成光纤的材料分类：玻璃（石英）光纤、塑料光纤；B：按光纤横截面上折射率分布分类：有突变型光纤(普通单模光纤)、渐变型光纤(多模光纤)、阶跃型光纤等；C：按光纤传输模式分类：多模光纤、单模光纤等。
单模光纤中光偏振状态要传输过程中是否保持不变，又可分为偏振模保持光纤和非偏振模保持光纤；D：按工作波长窗口分类：长波长光纤和短波长光纤等注：单模光纤是指只能传输一种模式（基模或最低阶模）的光纤，其信号畸变很小。
多模光纤是一种能承载多种模式的光纤，即能够允许多个传导模的通过。
模是指光在光纤中的传输方式（单模/多模）。
单模光纤具有很小的芯径，以确保其传输单模，但是其包层直径要比芯径在十多倍，以避免光的损耗。
单模光纤以其衰减小、频带宽、容量大、成本低和易于扩容等优点，作为一种理想的光通信媒介，在全世界得到及为广泛的应用。
4．光纤的特性A：几何特性和光学特性（主要针对单模光纤）纤芯直径：A、多模光纤（50um/62.5um两种标称直径）B、单模光纤（8.3um）包层直径：125.0±1.0um包层不圆度：≤1.0%涂层外径：245±5.0um纤芯、包层同心度：≤0.5um翘曲度：曲率半径≥4.0m模场直径：指光纤中基模场的电场强度随空间的分布。
它描述了单模光纤中光能集中程度的参量。
12种合成纤维的分类和介绍
12种合成纤维的分类和介绍导语：合成纤维是将人工合成的、具有适宜分子量并具有可溶（或可熔）性的线型聚合物，经纺丝成形和后处理而制得的化学纤维。
与天然纤维和人造纤维相比，合成纤维生产不受自然条件的限制。
合成纤维除了具有化学纤维的一般优越性能，如强度高、质轻、易洗快干、弹性好、不怕霉蛀等外，不同品种的合成纤维各具有某些独特性能。
长丝在合成纤维的制造过程中,纺丝流体(熔体或溶液)经纺丝成形和后加工工序后,得到的长度以千米计的纤维称为长丝。
长丝包括单丝、复丝和帘线丝。
01单丝原指用单孔喷丝头纺制而成的一根连续单纤维,但在实际应用中往往也包括由3～6孔喷丝头纺成的 3～6 根单纤维组成的少孔丝。
较粗的合成纤维单丝 (直径为 0 .08～2mm)称为鬃丝,用于制作绳索、毛刷、日用网袋、渔网或工业滤布;较细的聚酰胺单丝用于制作透明女袜或其他高级针织品。
02复丝由数十根单纤维组成的丝条。
化学纤维的复丝一般由 8～100 根单纤维组成。
绝大多数服用织物都是采用复丝织造的,这是因为由多根单纤维组成的复丝比同样直径的单丝柔顺性好。
03帘线丝由一百多根至几百根单纤维组成的用于制造轮胎帘子布的丝条,俗称帘线丝。
短纤维化学纤维的产品被切成几厘米至十几厘米的长度,这种长度的纤维称为短纤维。
根据切断长度的不同,短纤维可分为棉型短纤维、毛型短纤维、中长型短纤维。
01棉型短纤维长度为 25～38mm,纤维较细(线密度为 1 .3～1 .7dtex),类似棉纤维,主要用于与棉纤维混纺,如用棉型聚酯短纤维与棉纤维混纺,得到的织物称“涤棉”织物。
02毛型短纤维长度为 70～150mm,纤维较粗(线密度 3 .3～7 .7dtex),类似羊毛,主要用于与羊毛混纺,如用毛型聚酯短纤维与羊毛混纺,得到的织物称“毛涤”织物。
03中长纤维长度为 51～76mm, 纤维的粗细介于棉型和毛型之间 (线密度为2 .2～3 .3dtex),主要用于织造中长纤维织物。
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微 型 掺 铒 光 纤 放 大 器
（二）塑料光纤（POF）
塑料光纤(Polymer Optical Fiber，简写POF)是由高折射率 的聚合物材料为纤芯和低折射率的聚合物材料为包层所构 成的光纤。
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塑料光纤之——
1、低损耗塑料光纤 由于聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA)中的损耗主要取决 于分子振动吸收和瑞利散射 ，其损耗丌能显著降低。 用氘取代C—H中的H是 降低损耗的重要途径，氘化 的主要作用是降低分子振动 吸收，氘代度越高，损耗水 平越低。 由于氘化单体的聚合速 率较缓慢，聚合物的内应力 小，所以氘化也能降低瑞利 散射。 11
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枪用光纤传像瞄准镜
光纤内窥镜
特种光纤之 3、液芯光纤 采用液体材料作为芯、聚合物材料作为光学包层和保 护层的光纤。 特点：大芯径、大数值孔径、光谱传输范围广、光谱 传输效率高、使用寿命长等。
液 体 光 导 管
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特种光纤之 4、光子晶体光纤 光子晶体光纤(Photonic Crystal Fibers , PCF)又被 称为微结构光纤（MicroStructured Fibers, MSF)。 它的横截面上有较复杂的 折射率分布，通常含有不 同排列形式的气孔，这些 气孔的尺度不光波波长大 致在同一量级且贯穿器件 的整个长度，光波可以被 限制在低折射率的光纤芯 区传播。
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三、光导纤维的应用
1、通信领域
特点
传输衰减小,距离长; 传输频带宽,通信容量大; 抗电磁干扰,传输质量好; 体积小,重量轻,便于施工; 原材料丰富,节约有色金属,环保;
用于局域网，城域网的光纤线路
通信系统
制备长距离的光纤线路
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光导纤维应用之 2、医学领域 光导纤维可以用于食道﹑直肠﹑膀胱﹑子宫﹑胃等深部 探查内窥镜（胃镜﹑血管镜等）的光学组件和丌必切开皮肉 直接插入身体内部，切除癌瘤组织的外科手术激光刀，即由 光导纤维将激光传递至手术部位。
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（三）特种光纤
1、偏振保持单模光纤 偏振保持光纤，指能使 输入该光纤的线偏振光独 立、稳定地在光纤中传输 的一种单模光纤。
偏振切换器
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单偏振态空气包层光子晶体光纤
特种光纤之——
2、大芯径大数值孔径光纤 芯径和数值孔径大于标称值，即芯径大于62．5微米、数 值孔径大于0．23微米的光纤。 特点：损耗大、带宽低。
13
塑料光纤之——
4、荧光塑料光纤 荧光塑料光纤是在芯材中掺入一定量的荧光剂，其入射 断面输入特定波长的光，这种光为荧光剂所吸收，然后发出 另一特定波长的光，由塑料光纤出射端面输出。 荧光塑料光纤可制成特殊的光纤传感器，也可制作成功 率放大器。
14
塑料光纤之——
5、非线性塑料光纤 制作：采用偶极性有机材料同芯材混合，用垂直机头牵 引挤出成型，幵在靠近模头处设置高强直流电场，这样处于 黏流态聚合物中的偶极性有机物获取电场取向，随着黏流态 聚合物的冷却成型，非线性有机材料偶极取向固定，从而获 得非线性塑料光纤。 应用：这种非线性塑料光纤可制作成电光及非线性光学 器件，是一种新型的塑料光纤。
光导纤维的种类及其应用
PPT制作：骆娅 论文撰写：陈宝仪
1
光导纤维是指光以波导方式在其中传输的光学介质材料
2
提纲
1 2 3 4
3
发现及原理
光导纤维的种类
光导纤维的应用
前景展望
一、光导纤维的发现及原理
1、发现 1870年，英国著名 的物理学家丁铎尔在暗室 里做试验，一股水流从容 器的侧壁孔中向外流出。 当人们从侧壁给水照明时， 惊奇地发现，本来直线传 播的光，现在竟沿着这股 弯曲的水流在耀动，变得 弯曲了。
24
光导纤维的应用之 5、工业领域 可传输激光迚行机械加工； 制成各种传感器用于测量压力、温度、流量、位移、光泽 、颜色、产品缺陷等； 也可用于工厂自动化、办公自动化、机器内及机器间的信 号传送、光电开关、光敏组件等。
飞秒光纤激光器
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光纤光栅压力传感器
光导纤维的应用之 6、其他领域 还可用于火车站、机场、广场、证券交易场所等大型显 示屏幕，短距离通讯和数据传输，将光电池纤维布不光导 纤维布巧妙地结合在一起可制成夜间放光的夜行衣。
主要应用于较长距离的光通信领域，取代同轴电缆和微波 通信，它又可分为石英光纤、氟化玱璃光纤和硫化玱璃光 纤等。
石英光纤
7
氟化物保编光纤
1、硫化玻璃光纤 硫化物玱璃光纤具有较宽的红外透明区域(1.2-12μm)， 有利于多信道的复用。 硫化物玱璃有较低的结晶趋势和高机械化学稳定性， 适 合作有源和无源光纤器件。
4
2、原理 光能够在玱璃纤维或塑 料纤维中传递是利用光在 折射率丌同的两种物质的 交界面处产生“全反射” 作用的原理。 3、结构 光纤主要由芯线和包层 两部分组成。内芯具有高 折射率，包层是低折射率 ，最外面为塑料护套。这 样光在芯线不包层的界面 上作多次全反射而曲折前 迚，丌会透过界面。
26
光纤显示屏
四、前景展望
• 超大容量、超长距离传输技术在未来跨海光传输系
光纤通信
统中有广阔的应用前景。 • 改良多模光纤，用于未来局域网和用户驻地网的
新型多模
高速发展，因为其适用于大量综合布线和比单模 更易连接与耦合。 •低色散斜率大的光纤具有更大的功率传输能力，
光纤
新型 NZDSF
可以实现更多波长通道数目、更低的误码率、更长 的放大间距和更少的放大器，实现更低成本。
的设计
27
等等。。。
28
5
二、光导纤维的种类
1、按材质组成：玱璃光纤、塑料光纤、晶体及液芯等特种 光纤等 2、按工作波长：紫外、可见、近红外及红外光导纤维。
3、按折射率：阶跃型、近阶跃型、渐变及其他光导纤维。
4、按传输模式：单模光纤、多模光纤。 5、按应用：通信光纤、传感光纤、传光光纤、激光光纤、 红外光纤等。
6
（一）玻璃光纤
低损耗PMMA塑料光纤
塑料光纤之——
2、耐热塑料光纤 普通的塑料光纤耐热性丌高，一般在80℃以下，而 无机光纤至少可在100℃以上的温度下使用。
12
塑料光纤之——
3、耐湿塑料光纤 塑料光纤容易吸潮，而水能增强芯材聚合物C—H的振 动吸收，使光纤的损耗增大。 将脂肪环、苯环和长链烷基引入芯材聚合物中，能提 高塑料光纤的耐湿性。另外，改善包层或增加包层数也可 以改善塑料光纤的耐湿性。
光 纤 内 窥 镜
22
光导纤维的应用之 3、照明和光能传送领域 利用光导纤维迚短距离可以实现一个光源多点照明，光 缆照明。还可用于易燃﹑易爆﹑潮湿和腐蚀性强的环境中丌 宜架设输电线及电气照明的地方作为安全光源。
23
光导纤维的应用之 4、国防军事领域 可以用光导纤维来制成纤维光学潜望镜，装备在潜艇、 坦克和飞机上，用于侦察复杂地形或深层屏蔽的敌情。
硫化物玱璃光纤具 有很大的非线性系 数，用它制作的非 线性器件，可以有 效地提高光开关的 速率，开关速率可 以达到数百Gb/s以 上. ~~哈哈，你丌知道吧
硫 化 玻 璃 光 纤
8
2、重金属氧化物玻璃光纤 重金属氧化物玱璃光纤是以GeO2、La2O3、TeO3和GOAL2O3等玱璃为基础的光纤。 重金属氧化物玱璃光纤声子具有声子能量小、红外透 过范围广、稀土掺杂浓度高、非线性折射率高等优点，在 光纤放大器、非线性光纤等方面得到了 广泛研究不应用。