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_中文ppt课件
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
dBm 绝对值的功率
dBm 用来测试光的输出功率
光纤Байду номын сангаас
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)
光在单模光纤和双模光纤中传输的区别：
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
单模光纤
尺寸一般为 8.6 to 9.5/125 µm 用途: 长距离网络, 接入网, 城域网和高速率网络 建筑物外安装
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光纤基础知识
光纤基础知识光纤是光导玻璃纤维的简称，就是用来导光的透明介质纤维，它是一种新型的光波导。
光纤外径一般为125 μm～140 μm，芯径一般为3 μm～100 μm。
1.光纤的结构一根实用化的光纤是由多层透明介质构成的，一般为同心圆柱形细丝，为轴对称结构，可以分为三部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层。
其外形如图2.1所示，其结构如图2.2所示。
图2.1 光纤外形示意图图2.2 光纤的结构示意图光纤的结构一般是双层或多层的同心圆柱体，如图2.2所示。
中心部分是纤芯，纤芯以外的部分称为包层。
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。
为了达到传波的目的，需要使光纤材料的折射率n，大于包层1。
为了实现纤芯和包层的折射率差，必须使纤芯和包层材料有所材料的折射率n2不同。
目前实用的光纤主要是石英。
如果在石英中掺入折射率高于石英的掺杂剂，则就可作为纤芯材料。
同样如果在石英中掺入折射率比石英低的掺杂剂，则就可以作为包层材料，经过这样掺杂后，上述的目的就可达到了。
也就是说，光纤是由两种不同折射率的玻璃材料拉制而成的。
（1）纤芯位于光纤的中心部位，是光波的主要传输通道。
直径d1=4 μm～50 μm，单模光纤的纤芯为4 μm～10 μm，多模光纤的纤芯为50 μm。
纤芯的成分是高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂（如GeO2，P2O5），作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以传输光信号。
（2）包层位于纤芯的周围。
直径d2=125 μm，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。
而掺杂剂（如B2O3）的作用则是适当降低包层对光的折射率（n2），使之略低于纤芯的折射率，即n1＞n2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。
（3）涂覆层光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。
一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料；缓冲层一般为性能良好的填充油膏；二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。
光纤基础知识资料
光纤基础知识1. 光纤光纤是一种由多层透明介质（玻璃或塑料）制成的用来传导光波的纤维状光波导，称为光导纤维。
光纤是光导纤维的简写。
光纤的传输原理是“光的全反射”。
2. 光纤的分类光纤的种类很多，根据用途不同，所需要的功能和性能也有所差异。
光纤的分类主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法上作一归纳的，兹将各种分类举例如下:1）工作波长：紫外光纤、可观光纤、近红外光纤、红外光纤（0.85μm、1.3μm、1.55μm）。
2）折射率分布：阶跃（SI）型光纤、近阶跃型光纤、渐变（GI）型光纤、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。
3）传输模式：单模光纤（含偏振保持光纤、非偏振保持光纤）、多模光纤。
4）原材料：石英光纤、多成分玻璃光纤、塑料光纤、复合材料光纤（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等。
按被覆材料还可分为无机材料（碳等）、金属材料（铜、镍等）和塑料等。
5）制造方法：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。
3. 一些不常用光纤的简单介绍1）掺氟光纤（Fluorine Doped Fiber）掺氟光纤为石英光纤的典型产品之一。
通常，作为1.3μm波域的通信用光纤中，控制纤芯的掺杂物为二氧化锗（GeO2），包层是用SiO2作成的。
但接氟光纤的纤芯，大多使用SiO2，而在包层中却是掺入氟素的。
由于，瑞利散射损耗是因折射率的变动而引起的光散射现象。
所以，希望形成折射率变动因素的掺杂物，以少为佳。
氟素的作用主要是可以降低SIO2的折射率。
因而，常用于包层的掺杂。
2）红外光纤（Infrared Optical Fiber）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。
为此，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。
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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10 mW
+10.00 dBm
1 mW
0.00 dBm
500 µW
-3.00 dBm
100 µW
-10 dBm
10 µW
-20 dBm
1 µW
-30 dBm
100 nW
-40 dBm
10 nW
-50 dBm
1 nW
-60 dBm
100 pW
-70 dBm
dB 相对光功率
dB 和以上两种测量单位不一样 以上面的 -3.50 dBm 为例
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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 (µm)
纤芯 覆盖层
62.5/125 (µm)
ITU-T G.652D
用于通信
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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
Attenuation [dB/km] =
(Pout [dBm] - Pin [dBm]) Distance [km]
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衰减 (dB/Km)
▪波长因素 ▪光纤类型因素
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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.
光在单模光纤和双模光纤中传输的区别：
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
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
连接器类型
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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.
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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司奈尔和 菲涅尔反射
反射
一束光(I) 照射到一个不同折射率的物体，该光的一部分会产生反射。 反射角和入射角相同
n1 纤芯
I
θi
θR
R
n2 包层
θi = θR
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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
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)
光纤基础知识
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- 原理知识 - 光纤基础知识 - 测试仪表 - 连接器的类型 - 光纤的清洁和观察验证
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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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-1.25 dB损耗
-4.75 dBm
微弯
微弯来源于制造过程，或者是光纤遭到极度弯曲造 成的。 造成一点损耗，但容易扭曲信号的传输。
-3.50 dBm
损耗 -0.25 dB
-3.75 dBm
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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
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
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
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 0,2001B
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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。
单模光纤
尺寸一般为 8.6 to 9.5/125 µm 用途: 长距离网络, 接入网, 城域网和高速率网络 建筑物外安装