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　　一、光纖
　　
　　1.光纖結(jié)構(gòu)
　　
　　光纖(OpticalFiber)是由中心的纖芯和外圍的包層同軸組成的圓柱形細(xì)絲。纖芯的折射率比包層稍高，損耗比包層更低，光能量主要在纖芯內(nèi)傳輸。包層為光的傳輸提供反射面和光隔離，并起一定的機械保護作用。圖1示出光纖的外形。設(shè)纖芯和包層的折射率分別為n1和n2，光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件是n1＞n2。纖芯和包層的相對折射率差△=(n1-n2)/n1的典型值，一般單模光纖為0.3％～0.6％，多模光纖為1％～2％。△越大，把光能量束縛在纖芯的能力越強，但信息傳輸容量卻越小。

　　2.光纖類型
　　
　　光纖種類很多，這里只討論作為信息傳輸波導(dǎo)用的由高純度石英(SiO2)制成的光纖。實用光纖主要有三種基本類型，圖2示出其橫截面的結(jié)構(gòu)和折射率分布，光線在纖芯傳播的路徑，以及由于色散引起的輸出脈沖相對輸入脈沖的畸變。這些光纖的主要特征如下。
　　
　　突變型多模光纖(Step-IndexFiber,SIF)如圖2(a)，纖芯折射率為n1保持不變，到包層突然變?yōu)閚2。這種光纖一般纖芯直徑2a=50～80μm，光線以折線形狀沿纖
　　
　　芯中心軸線方向傳播，特點是信號畸變大。
　　
　　漸變型多模光纖(Graded-IndexFiber,GIF)如圖2(b)，在纖芯中心折射率zui大為n1，沿徑向r向外圍逐漸變小，直到包層變?yōu)閚2。這種光纖一般纖芯直徑2a為50μm，光線以正弦形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點是信號畸變小。
　　
　　單模光纖(Single-ModeFiber,SMF)如圖2(c)折射率分布和突變型光纖相似，纖芯直徑只有8～10μm，光線以直線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播。因為這種光纖只能傳輸一個模式（兩個偏振態(tài)簡并），所以稱為單模光纖，其信號畸變很小。
　　
　　圖2三種基本類型的光纖
　　
　　(a)突變型多模光纖；(b)漸變型多模光纖；(c)單模光纖
　　
　　相對于單模光纖而言，突變型光纖和漸變型光纖的纖芯直徑都很大，可以容納數(shù)百個模式，所以稱為多模光纖。漸變型多模光纖和單模光纖，包層外徑2b都選用125μm。實際上，根據(jù)應(yīng)用的需要，可以設(shè)計折射率介于SIF和GIF之間的各種準(zhǔn)漸變型光纖。為調(diào)整工作波長或改善色散特性，可以在圖2(c)常規(guī)單模光纖的基礎(chǔ)上，設(shè)計許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特種單模光纖。zui有用的若干典型特種單模光纖的橫截面結(jié)構(gòu)和折
　　
　　射率分布示于圖3，這些光纖的特征如下。
　　
　　雙包層光纖如圖3(a)所示，折射率分布像W形，又稱為W型光纖。這種光纖有兩個包層，內(nèi)包層外直徑2a′與纖芯直徑2a的比值a′/a≤2。適當(dāng)選取纖芯、外包層和內(nèi)包層的折射率n1、n2和n3，調(diào)整a值，可以得到在1.3～1.6μm之間色散變化很小的色散平坦光纖(Dispersion-FlattenedFiber，DFF)，或把零色散波長移到1.55μm的色散移位光纖(Dispersion-ShiftedFiber，DSF)。
　　
　　三角芯光纖如圖3(b)所示，纖芯折射率分布呈三角形，這是一種改進的色散移位光纖。這種光纖在1.55μm有微量色散，有效面積較大，適合于密集波分復(fù)用和孤子傳輸?shù)拈L距離系統(tǒng)使用，康寧公司稱它為長距離系統(tǒng)光纖，這是一種非零色散光纖。
　　
　　橢圓芯光纖如圖3(c)所示，纖芯折射率分布呈橢圓形。這種光纖具有雙折射特性，即兩個正交偏振模的傳輸常數(shù)不同。強雙折射特性能使傳輸光保持其偏振狀態(tài)，因而又稱為雙折射光纖或偏振保持光纖。
　　
　　圖3典型特種單模光纖
　　
　　(a)雙包層；(b)三角芯；(c)橢圓形
　　
　　以上各種特征不同的光纖，其用途也不同。突變型多模光纖信號畸變大，相應(yīng)的帶寬只有10～20MHz·km，只能用于小容量(8Mb/s以下)短距離（幾km以內(nèi)）系統(tǒng)。漸變型多模光纖的帶寬可達1～2GHz·km，適用于中等容量(34～140Mb/s)中等距離(10～20km)系統(tǒng)。大容量(565Mb/s～2.5Gb/s)長距離(30km以上)系統(tǒng)要用單模光纖。
　　
　　特種單模光纖大幅度提高光纖通信系統(tǒng)的水平。1.55μm色散移位光纖實現(xiàn)了10Gb/s容量的100km的超大容量超長距離系統(tǒng)。色散平坦光纖適用于波分復(fù)用系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以把傳輸容量提高幾倍到幾十倍。三角芯光纖有效面積較大，有利于提高輸入光纖的光功率，增加傳輸距離。外差接收方式的相干光系統(tǒng)要用偏振保持光纖，這種系統(tǒng)zui大優(yōu)點是提高接收靈敏度，增加傳輸距離。
　　
　　二、光纜
　　
　　對光纜的基本要求是保護光纖的機械強度和傳輸特性，防止施工過程和使用期間光纖斷裂，保持傳輸特性穩(wěn)定。為此，必須根據(jù)使用環(huán)境設(shè)計各種結(jié)構(gòu)的光纜，以保證光纖不受應(yīng)力的作用和有害物質(zhì)的侵蝕。
　　
　　1.光纜基本要求
　　
　　保護光纖固有機械強度的方法，通常是采用塑料被覆和應(yīng)力篩選。光纖從高溫拉制出來后，要立即用軟塑料（例如紫外固化的丙烯酸樹脂）進行一次被覆和應(yīng)力篩選，除去斷裂光纖，并對成品光纖用硬塑料（例如高強度聚酰胺塑料）進行二次被覆。
　　
　　應(yīng)力篩選條件直接影響光纖的使用壽命。設(shè)對光纖進行拉伸應(yīng)力篩選時，施加的應(yīng)力為σP，作用時間為tP(設(shè)為ls)；*使用時，容許施加的應(yīng)力為σr，作用時間為tr，斷裂概率為10
　　
　　6km一個斷裂點。理論推算得到的容許作用時間（光纖使用壽命）tr和應(yīng)力比σr/σP的關(guān)系示于圖4。圖中n為疲勞因子，其數(shù)值隨環(huán)境條件而變化，例如充氣光纜n=20，不充氣光纜n=13～20。由圖可見，為保證20年的光纖使用壽命，
　　
　　應(yīng)力比被限制為0.20～0.35。經(jīng)驗確定，陸上光纜敷設(shè)后，*使用應(yīng)力（用應(yīng)變表
　　
　　示）σr=0.17％，因此要求篩選應(yīng)力σP=0.5％～0.9％，海底光纜要求更高，σP＞2
　　
　　％。
　　
　　圖4光纖使用壽命和應(yīng)力比的關(guān)系
　　
　　即使進行應(yīng)力篩選，軟塑料一次被覆光纖的機械強度，對于成纜的要求還是不夠的。因此要用硬塑料進行二次被覆。二次被覆光纖有緊套、松套、大套管和帶狀線光
　　
　　纖四種，見圖5。
　　
　　圖5二次被覆光纖（芯線）簡圖
　　
　　(a)緊套；(b)松套；(c)大套管；(d)帶狀線
　　
　　把一次被覆光纖裝入硬塑料套管內(nèi)，使光纖與外力隔離是保護光纖的有效方法。在工程應(yīng)用中，光纜不可避免要遭受一定的拉力而伸長，或者遭遇低溫而收縮。因此，松套管內(nèi)的光纖要留有一定的余長，使光纖受拉力或壓力的作用。圖6表示松套管
　　
　　光纖無應(yīng)力“窗口”。
　　
　　圖6松套管光纖的無應(yīng)力“窗口”
　　
　　2.光纜結(jié)構(gòu)和類型
　　
　　光纜一般由纜芯和護套兩部分組成，有時在護套外面加有鎧裝。
　　
　　1)纜芯
　　
　　纜芯通常包括被覆光纖（或稱芯線）和加強件兩部分。被覆光纖是光纜的核心，決定著光纜的傳輸特性。加強件起著承受光纜拉力的作用，通常處在纜芯中心，有時配置在護套中。加強件通常用楊氏模量大的鋼絲或非金屬材料例如芳綸纖維（Kevlar）做成。
　　
　　光纜類型多種多樣。根據(jù)纜芯結(jié)構(gòu)的特點，光纜可分為四種基本型式。
　　
　　層絞式：把松套光纖繞在中心加強件周圍絞合而構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)的纜芯制造設(shè)備簡單，工藝相當(dāng)成熟，得到廣泛應(yīng)用。采用松套光纖的纜芯可以增強抗拉強度，改善溫度特性。
　　
　　骨架式：把緊套光纜或一次被覆光纖放入中心加強件周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內(nèi)而構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)的纜芯抗側(cè)壓力性能好，有利于對光纖的保護。
　　
　　中心束管式：把一次被覆光纖或光纖束放入大套管中，加強件配置在套管周圍而構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)的加強件同時起著護套的部分作用，有利于減輕光纜的重量。
　　
　　帶狀式：把帶狀光纖單元放入大套管內(nèi)，形成中心束管式結(jié)構(gòu)，也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內(nèi)或松套管內(nèi)，形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。帶狀式纜芯有利于制造容納幾百根光纖的高密度光纜，這種光纜已廣泛應(yīng)用于接入網(wǎng)。
　　
　　2)護套
　　
　　護套起著對纜芯的機械保護和環(huán)境保護作用，要求具有良好的抗側(cè)壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力。護套通常由聚乙烯或聚氯乙烯（PE或PVC）和鋁帶或鋼帶構(gòu)成。不同使用環(huán)境和敷設(shè)方式對護套的材料和結(jié)構(gòu)有不同的要求。根據(jù)使用條件，光纜又可以分為許多類型。
　　
　　一般光纜有室內(nèi)光纜、架空光纜、埋地光纜和管道光纜等。
　　
　　特種光纜常見的有：電力網(wǎng)使用的架空地線復(fù)合光纜（OPGW），跨越海洋的海底光纜，易燃易爆環(huán)境使用的阻燃光纜以及各種不同條件下使用的軍用光纜等。