光纤的物理特性及其特点

作者:课课家教育更新于： 2016-08-04 18:17:01

　　光纤，即光导纤维，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原理是“光的全反射”。在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。

　　一、光纤的物理特性

　　光纤由纤芯、包层和保护层组成。每根光纤只能单向传送信号，因此要实现双向通信，光缆中至少应包括两条独立的导芯，一条发送，另一条接收。光纤两端的端头都是通过电烧或化学环氯工艺与光学接口连接在一起的。一根光缆可以包括两根至数百根光纤，并用加强芯和填充物来提高机械强度。

光纤的物理特性及其特点_光纤_二极管_课课家

　　光束在玻璃纤维内传输，防磁防电，传输稳定，质量高。由于可见光的频率大约是10兆赫兹，因而光传输系统可使用的带宽范围极大，多适用于高速网络和骨干网。

　　光纤传输系统中的光源可以是发光的二极管（LED）或注入式二极管（ILD）。当光通过这些器件时发出光脉冲，光脉冲通过光缆从而传输信息，光脉冲的出现表示为“1”，不出现表示为“0”。在光缆的两端都要有一个装置来完成电/光信号的转换，接收端将光信号转换成电信号时，要使用光电二极管检波器或APD检波器。

　　二、光纤的种类

　　1.单模光纤

　　单模光纤这是指在工作波长中，只能传输一个传播模式的光纤，通常简称为单模光纤（SMF：Single Mode Fiber）。

　　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。另外，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类型。凹陷型包层光纤（DePr-essed Clad Fiber），其包层形成两重结构，邻近纤芯的包层，较外倒包层的折射率还低。

　　2.多模光纤

　　多模光纤将光纤按工作波长以其传播可能的模式为多个模式，这种光纤称作多模光纤（MMF：MUlti Mode Fiber）。

　　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散支配。在历史上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。但实际上，由于MMF较SMF的芯径大，且与LED等光源结合容易，在众多LAN中更有优势。所以，在短距离通信领域中MMF仍在重新受到重视。

　　MMF按折射率分布进行分类时，有两种：渐变（GI）型和阶跃（SI）型。GI型的折射率以纤芯中心为最高，沿向包层渐渐降低。由于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，色激较大。其结果是传输带宽变窄，目前SI型MMF应用较少。

　　3.比较

　　根据使用的光源和传输模式的不同，光纤分为单模和多模两种。如果光纤做得纤细，纤芯的直径细到只有光的一个波长，那么光纤就成了一种波导管，这种情况下，光线不必经过多次反射式的传播，而是一直向前传播。这种光纤称为单模光纤。多模光纤的纤芯比单模的粗，一旦光线到达光纤表面发生全反射后，光信号就由多条入射角度不同的光线同时在一条光纤中传播。如下图，这种光纤称为多模光纤。

　　单模光纤性能很好，传播速率较高，在几十千米内能以好几吉比特每秒的速率传输数据，但其制作工艺比多模更难，成本较高；多模光纤成本较低，但性能比单模光纤差一些。