光纤基础知识_中文
光纤基本知识
1、光纤基本结构光纤是光导纤维的简称，是工作在光波波段的一种介质波导，通常是圆柱形，具有数据容量通信大、传输快、耐久性好、价格低廉等优点，已经广泛应用于通信领域的数据传输。
光纤的基本结构如下图所示，由纤芯、包层、涂敷层（亦称保护层）、增强纤维和保护套组成。
光纤的基本结构如下图所示，由纤芯、包层、涂敷层（亦称保护层）、增强纤维和保护套组成：2、光纤传感基本原理用被测的物理量调制传输光光波的某一参数，使之随其变化，然后对已调制的光信号进行检测，从而得到被测量。
分为强度型、相位型、波长型。
其中波长型传感器也就是光纤光栅传感器。
三种光纤传感器定性比较情况如下:指标强度型干涉型光栅精度低较高高加工工艺简单复杂较复杂成本低高较低技术成熟性成熟较成熟成熟可否分布测量(成网) 可以不可以嵌入性（兼容性）可以较难很好线性度一般一般很好变形能力好差好性能稳定较好较好好耐久性好较好好监测参数多少多响应频率带宽宽窄宽信号解调设备简单复杂复杂3、光纤光栅基本结构光纤光栅基本结构如下图示：4、光纤光栅传感原理当光波传输通过光纤光栅时，满足光栅波长条件（）的光波矢将被反射回来，这样入射光栅波矢就会分成两部分：投射光波矢和反射光波矢，这就是光纤光栅的工作原理。
如下图所示：光波通过光栅能量分配示意图：光谱仪得到的光栅反射谱光谱仪得到的光栅透射谱5、光纤光栅传感器的优点光纤光栅传感器是结构局部监测的最佳选择，具有准分布式测量、体积小、绝对测量、防电磁干扰、耐久性好、稳定性好、精度高、测量空间分辨率高等优点。
6、光纤光栅传感器的发展过程• 1978年, Hill等人制作出第一根光栅• 1989年, Meltz 等人发明紫外写入技术• 1989年, Morey 等人研究了光纤光栅的应变与温度传感特性• 1992年, Prohaska 等人用光纤光栅研究了大跨混凝土结构的应变• 1997年, Nellen 等人布设FBGs 在Lucerne 与 Winterhur Storck 大桥• 1998年, Fuhr 等人埋入FBGs 在 Waterbury 大桥面板上• 1999年, Udd 等人埋入FBGs Horsetail Falls 大桥上• In 2001, 欧进萍等人布设FBGs 在黑龙江省呼兰河、牛头山等大桥上7、光纤光栅传感器应用概况（1）民用土木工程• 1993年，Udd 等人最早使用16个光纤光栅传感器在加拿大的Beddington Trail大桥是进行测量，对光纤光栅的工程应用进行了有益的探索。
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
光纤基础知识
5.按照波长分类 可分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。
短波长光纤：=0.70.9m,用于短距离、小容量光 纤通信系统,它属于多模光纤。
长波长光纤： =1.11.6m,用于中、长距离，大容 量光纤通信系统，单模和多模都有。 超长波长光纤： ≥2m。它属于单模光纤，是光纤 的发展方向。
··
二次涂覆层 一次涂覆层
优点：机械性能好，温度特性好，防水性能好。 紧套管 松套管 缺点：测量不方便。
图2.2
结构原理
光导纤维是由两层折射率不同的玻璃组成。内层 为光内芯，直径在几微米至几十微米，外层的直径 0.1～0.2mm。一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大 1%。根据光的折射和全反射原理,当光线射到内芯 和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光 线透不过界面，全部反射。
6.按照制造方法分类 预塑有汽相轴向沉积（VAD）、化学汽相沉积（CVD） 等，拉丝法有管律法（Rod intube）和双坩锅法等。
目前在通信上使用的光纤主要有：
(1)突变型多模光纤（SIF） (2)渐变型多模光纤（GIF） (2)单模光纤（SMF）
如图2.4所示 图2.4
表2.1
三种光纤的主要区别
纤芯的作用是传导光波。包层的作用是将光 波封闭在光纤中传播。 一、光纤的结构 光纤是用石英玻璃制成的截面很小的双层或 多模光纤的纤芯直径为50m。 多层同心圆柱体。 光纤非常细，比头发稍粗,单模光纤的纤芯 单模光纤和多模光纤的包层直径都是125m。 直径为10m。
125m
纤芯
50μm 10μm
目前广泛使用的是突变型光纤和渐变型光纤。
图2.3 光纤的折射率剖面分布 （a）突变型光纤；（b）渐变型光纤；（c）W型光纤
4.按照光纤传输模式分类
光缆的基本知识
光缆的基本知识光缆的基本知识一、光纤与光纤通信的特点光纤是导光纤维的简称。
光纤通信是以光波为载频，以导光纤维为传输媒质的一种通信方式。
由于光纤通信是利用导光纤维传输光信号来实现通信的，因此比起其他通信方式有许多突出的优点。
1、传输频带宽，通信容量大由信息理论知道，载波频率越高通信容量越大，因目前使用的广播频率比微波频率高103—104倍，所以通信容量约可增加103—104倍。
2、损耗低目前实用的光纤均为石英光纤，要减小光纤损耗主要是靠提高玻璃纤维的纯度来达到。
由于目前制成的石英玻璃介质的纯度极高，所以光纤的损耗极低。
已接近理论极限值。
由于管线的损耗低，因此中继距离可以很长，在通信线路中可减少中继站的数量，降低成本且提高了通信质量。
3、不受电磁干扰因为光纤是非金属的介质材料，因此它不受电磁干扰。
4、串音小，保密性好光在光纤传输时，向外泄漏的光能很小，因此树根光纤之间不会产生干扰，既不产生串话，又难以被窃听。
因此光纤通信比传统的无因多模光纤其传输光波有很多模式，它的折射率分布为渐变型，适用于中容量，中距离通信。
单模光纤其传输的广播及一个，纤芯的直径仅几微米，它适用于大容量长距离通信。
所以，单模光纤已在国内得到了广泛应用。
三、光缆的结构、种类和命名方法：1、光缆的结构（1）、缆芯由于光缆主要是靠光纤来完成传输信息任务的，因此缆芯是由光纤芯线组成的。
（2）、加强构件由于光纤脆弱容易断裂，因此在光缆结构上加一根或多根加强构件，以承受安装时产生的拉伸负荷。
加强构件可用金属丝，也可用非金属的纤维增强塑料或玻璃纤维制成，利用非金属加强构件组成的无金属光缆，能更有效的防止雷击。
（3）、护层光缆的护层主要是对已形成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外部机械力和环境损坏。
因此要求护层具有耐压力、防潮、湿度特性好、重量轻、耐化学侵蚀、阻燃等特点。
光缆的护层分内护层和外护层，内护层有塑料护层及金属护套两种。
外护层是指铠装层和外被层。
光纤基础介绍
光工作的波段
1. 可见光波段（Visible Light Band）：可见光波段通常指波长范围在380纳米（nm）到780
纳米（nm）之间的光。可见光波段是人眼可见的光谱范围，常用于照明、显示和一些 短距离通信应用。
2. 近红外波段（Near Infrared Band）：近红外波段通常指波长范围在780纳米（nm）到
4. 根据特殊用途：
1. 光纤传感器用光纤（Fiber Optic Sensor Fiber）：用于光纤传感器中，具有特殊的结构和特性。 2. 光纤光栅（Fiber Bragg Grating Fiber）：在光纤中引入光栅结构，用于光纤传感和光谱分析等应用。
光纤和光缆关系
• 光纤（Fiber）：光纤是一种细长的柔韧的光导纤维，通常由
光纤基础介绍
什么是光纤
• 光纤是一种用于传输光信号的细长柔韧的光导纤维。它由高纯度的
玻璃或塑料制成，具有非常高的折射率，可以将光信号在其内部进 行传输。
光纤原理
• 光纤的原理是基于全反射的现象。当光线从光纤的一端进入时，由
于光纤的折射率高于周围介质，光线会在光纤的界面上发生全反射， 并沿着光纤的轴向传输。由于光线在光纤内部的传输是基于全反射 的，所以光信号可以在光纤中传输较长的距离而不会明显衰减。
2500纳米（nm）之间的光。近红外波段在光通信和光传感等领域得到广泛应用，因为 在这个波段上，光纤的传输损耗较低。
3. 中红外波段（Mid Infrared Band）：中红外波段通常指波长范围在2500纳米（nm）到
5000纳米（nm）之间的光。中红外波段在红外传感和光谱分析等领域具有重要应用具有高带 宽、低损耗和抗干扰等优点。
• 光缆（Cable）：光缆是由一个或多个光纤组成的电缆，用于
光纤基础知识
光纤基础知识光纤，是一种光导纤维，广泛应用于通信、医疗、工业等领域。
它可以高效传输光信号，具有较大的带宽和低的衰减，被认为是现代通信技术的重要组成部分。
本文将介绍光纤的基本原理、结构和常见应用。
一、光纤的基本原理光纤的传输基于光的全反射原理。
当光从一种介质射向密度较大的介质时，会发生全反射现象。
利用这个特性，将光信号封装在一根玻璃或塑料纤维中，通过纤维内部的反射来传输光信号。
二、光纤的结构1. 光纤芯：光纤芯是光信号传输的核心部分，通常由高纯度的二氧化硅或塑料材料制成。
光信号在光纤芯内进行全反射，不会发生衰减。
2. 光纤包层：光纤包层是包围光纤芯的一层材料，通常由折射率较低的材料制成。
它的作用是减少光信号的损失，并保持光信号沿着光纤传输的方向。
3. 光纤护套：光纤护套是外部的保护层，通常由聚氨脂或聚乙烯等材料制成。
它可以保护光纤免受机械和环境损坏。
三、光纤的工作原理光纤的传输过程可以分为发射、传输和接收三个过程。
1. 发射：发射端通过光源产生光信号，并将信号输入光纤芯中。
常用的光源有激光器和发光二极管等。
2. 传输：光信号在光纤芯中以全内反射的方式传输，信号可以在光纤中长距离传输而不发生明显衰减。
3. 接收：接收端利用光探测器接收传输过来的光信号，并将其转换为电信号进行进一步处理和传输。
四、光纤的优势与应用光纤具有许多优势，使其成为通信和其他行业首选的传输介质。
1. 大带宽：光纤具有较大的带宽，可以支持高速数据传输和大容量通信。
2. 长传输距离：光信号在光纤中传输衰减较小，可以实现较长的传输距离。
3. 抗干扰性：光纤不受电磁干扰和射频干扰，适用于复杂环境和电磁敏感设备。
4. 安全性：光纤传输的信号无法被窃听，具有较高的安全性。
光纤的应用广泛，包括但不限于以下领域：1. 通信领域：光纤用于电话、互联网和有线电视等通信网络，提供高速、可靠的通信服务。
2. 医疗领域：光纤在内窥镜、光纤导光束等医疗设备中得到应用，用于检测、诊断和手术。
光纤基础知识
光纤基础知识（组网）一、光纤的构造、种类、接线、规格光纤的构造通讯用光纤是由通过内部全反射来传输光信号的玻璃构成的。
玻璃光纤的标准直径为125微米（0.125毫米），表面覆盖有直径250微米或900微米的树脂保护涂敷层。
玻璃光纤的传送光的中心部分称为“纤芯”，其周围的包层的折射率比纤芯低，从而限制了光的流失。
石英玻璃非常脆弱，因此覆有保护涂层。
通常有三种典型的光纤涂敷层。
一次涂敷光纤覆有直径为0.25毫米紫外线固化丙烯酸树脂涂敷层的光纤。
其直径非常小，增加了光缆内可容纳光纤的密度，使用非常普遍。
二次涂敷光纤亦称为紧包缓冲层光纤或半紧包缓冲层光纤。
光纤表面覆有直径为0.9毫米的热塑性树脂。
与0.25毫米的光纤相比，其具有更坚固，易操作的优点。
广泛应用于局域网布线及光纤数量较少的光缆。
带状光纤带状光纤提高了连接器组装的效率，有利于多芯融接，从而提高了作业效率。
带状光纤由4根、8根或12根不同颜色的光纤组成,芯纤数最大可达1,000根。
光纤表层覆有紫外线固化丙烯酸脂材料，使用标准光纤剥套钳便可轻松去除涂敷层，方便多芯融接或取出单个光纤。
使用多芯融接机，带状光纤可一次性融接，在光纤数量多的光缆中能轻易识别出来。
光纤种类以下是对最常用的通信光纤种类的描述。
MMF（多模光纤）- OM1光纤或多模光纤（62.5⁄125）- OM2⁄OM3光纤（G.651光纤或多模光纤（50⁄125））SMF（单模光纤）- G.652（色散非位移单模光纤）- G.653（色散位移光纤）- G.654（截止波长位移光纤）- G.655（非零色散位移光纤）- G.656（低斜率非零色散位移光纤）- G.657（耐弯光纤）只要光预算允许，技术上来讲,任何合适的光纤都可应用于FTTx技术，但FTTx技术最常用的光纤为G.652和G.657。
G.651（多模光纤）G.651主要应用于局域网，不适用于长距离传输，但在300至500米的范围内，G.651是成本较低的多模传输光纤。
光纤专业知识
光纤专业知识目录一、基础概念 (3)1.1 光纤的定义与分类 (4)1.1.1 光纤的基本结构 (6)1.1.2 光纤的种类与特性 (7)1.2 光纤的工作原理 (8)1.2.1 光在光纤中的传输过程 (9)1.2.2 光纤的传输特点 (10)二、光纤材料与制造 (11)2.1 光纤材料的种类与特性 (12)2.1.1 纤维素系光纤材料 (14)2.1.2 硅石系光纤材料 (15)2.2 光纤的制造工艺 (16)2.2.1 纤维素的拉丝工艺 (17)2.2.2 硅石的熔融拉丝工艺 (19)三、光纤性能与测试 (20)3.1 光纤的性能指标 (22)3.2 光纤的测试方法 (23)3.2.1 光时域反射仪测试 (23)3.2.2 光纤损耗测试 (24)四、光纤通信系统 (25)4.1 光纤通信系统的组成 (26)4.2 光纤通信系统的传输特性 (27)4.2.1 传输速率 (29)4.2.2 传输距离 (30)4.2.3 信号衰减 (32)五、光纤应用与拓展 (33)5.1 光纤在通信领域的应用 (34)5.1.1 长途通信 (35)5.1.2 城市通信 (36)5.1.3 数据传输 (38)5.2 光纤在其他领域的应用 (38)5.2.1 医疗领域 (40)5.2.2 工业领域 (41)5.2.3 军事领域 (42)六、光纤未来发展趋势与挑战 (43)6.1 光纤技术的发展趋势 (44)6.1.1 大容量光纤 (46)6.1.2 集成光纤 (47)6.1.3 智能光纤 (48)6.2 光纤面临的挑战 (50)6.2.1 材料革新 (51)6.2.2 制造工艺优化 (52)6.2.3 环境适应能力提升 (54)一、基础概念光纤通信：光纤通信是一种利用光波在光纤中传播信息的一种通信技术。
由于光信号具有高速、大容量、低损耗等优点，因此在现代通信领域得到了广泛应用。
光纤：光纤是一种由玻璃或塑料材料制成的细长线状物体，被广泛应用于光通信系统中。
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单模
NA
脉冲
NA
X 公里
多模
脉冲
X 公里
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损耗 dB/Km
光纤类型
主要光纤类型
多模光纤 (50/125 µm 和 62.5/125 µm): 50/125 µm 比62.5/125 µm有更高的传输速率 用在LAN局域网中 由于模态色散，比单模光纤有更低的速率 经常用在大楼的内部
IQS-500 System IQS-12001B
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FLS-2100
PM-1600
反射(-dB)
▪反射一般是由于折射率的急剧变化引起的。 (如： 光纤断开,机械熔接点,隔断,连接器等). ▪反射比用来表示：网络中特定的点上反射过来的能量。 ▪ 反射比一般用负值表示。
MDR 小型实验室测试仪
IQS-3200 Return Loss Meter
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衰减 (dB/Km)
▪dB/Km ----衰减测试标准单位. ▪衰减源于吸收、散射、微弯、宏弯、连接和断开 ▪衰减是性能降低的重要原因之一。在决定发送端和接受端最大距离中起重要作用。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60
% 剩余光功率
99,8 98,9 97,7 95,5 93,3 91,2 89,1 87,7 85,1 83,2 81,1 79,4 63,1 50,1 39,8 31,6 25,1 19,9 15,8 12,6 10,0 1,0 0,1 0,01 0,001 0,0001
总连接回损 ORL = 35 dB
光纤1
连接器
光纤2和3部分的ORL = 45 dB
光纤2
熔接点
光纤3
配线架
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EXFO’s 产品线
NSP 便携式测试仪
BRT-320A
FOT-930 MaxTester
12 根光纤的线缆
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1.蓝 2. 橙 3. 绿 4. 棕 5. 暗灰色 6. 白 7. 红 8. 黑 9. 黄 10. 紫 11. 粉红 12. 浅绿
黄 橙 浅绿色 绿色
光纤类型
衰减(dB/Km)
覆层
吸收
激光
光线
光束
散射
光源
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纤芯
杂质
杂质
宏弯
临界角条件没有满足
对单模光纤，最小曲率半径为 3cm
-3.50 dBm
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原理知识
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光的性质
光包括: 电场 - E 磁场 - H
沿Z轴时间方向进行传播
X
电场
Y
磁场
Z
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Y 90o
X
电磁波频谱
光纤内部光的波长和频率范围 850 nm 353 000 GHz 1650 nm 182 000 GHz
单位 微米 (mm) - 10-6 m 纳米 (nm) - 10-9 m 兆 - 106 吉 - 109 Tera（太） - 1012 Peta - 1015 皮 - 10-12
司奈尔和 菲涅尔反射
折射
同样，光照在不同的物体上，会产生折射； 产生折射的原因是由于穿过了不同折射率的物体； 由于传播速率的不同，导致了光角度的变化；
n1 Core
I
θi
θR
R
n2 Cladding
θr
T
n1 sin(θi) = n2 sin(θr)
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dBm 绝对值的功率
dBm 用来测试光的输出功率
光纤
检测器 光源
•激光的输出功率 -3.50 dBm
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仪表读数 - 3.50 dBm
mW
如何将 dBm 转换成 mW dBm = 10*log(mW)
熔接点的熔合
纤芯对齐熔接时，容易发生熔接损耗。
熔接两个不同直径的光纤，会发生损耗。
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了解损耗
光功率损耗
连接器 熔接点
损耗 dB
0,01 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
光纤结构
蒙皮
丙烯酸盐, 特氟隆, 聚酰亚 胺
覆盖层
玻璃 2
纤芯
玻璃 1
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光纤结构
覆盖层直径 = 125 µm 纤芯直径 = 9, 50 或 62.5 µm
蒙皮直径= 250 µm
纤芯 覆盖层
50/125 (µm)
光纤的护层
单色色码的蒙皮表示不同的光纤类型:
单模 9/125 多模 62.5/125 多模 50/125 (10 Gbit/s) 多模 100/140
TIA/EIA-598 色码对应多光纤的线缆:
色码的序列以蓝色为1号，浅绿为12号. 我们用同样的序列来标示线缆的子层.
例子:
光纤部分
连接点
光纤部分
熔接点
光纤部分
配线架
连接器：反射比: -55 dB
连接器：反射比: -45 dB
配线架
机械熔点的反射比: 45 dB
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光回损 ORL(dB)
配线架
司奈尔和 菲涅尔反射
折射和反射
入射光越是垂直，反射光越少；
I
R
T
I
R
I
R
T
T
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司奈尔和 菲涅尔反射
临界角 (全内反射)
存在一个临界角，100%的光都被反射，无折射，这个角度称为“临 界角”； 这个概念用在光纤的光传播中，非常重要.
上一页的光功率： -3.50 dBm
因此, -3.50 dBm 是 0.45 mW
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光功率 mW vs dBm
10000 mW
+40.00 dBm
1000 mW
+30.00 dBm
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光纤类型
光纤通信中有两种类型的光纤:
单模
多模
纤芯 覆盖层
9/125 (Байду номын сангаасm)
纤芯 覆盖层
62.5/125 (µm)
ITU-T G.652D
用于通信
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连接器类型
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-3.00 dBm
50/50 分光器
-6.00 dBm
50/50 分光器
-6.00 dBm
80/20 分光器
-9.00 dBm
-9.00 dBm
-6.90 dBm -13.00 dBm
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因此，插损是 0.75dB
EXFO’s 产品线
NSP 便携式测试仪
FLS/FPM/FOT-300 Series FLS/FPM/FOT-100 Series
FLS/FPM/FOT-600 Series FLS/FPM/FOT-500 Series
MDR 小型实验室测试仪
PPM-350B
FOT-930 MaxTester
10 mW
+10.00 dBm
1 mW