《光纤通信与数字传输》课件——10光纤的几何光学稳定特性.ppt
1、101、101、101、101、101、10光纤通信与数字传输第十讲:光纤的几何、光学、稳定特性*/11一、光纤的几何特性光纤的几何特性包括芯直径、包层直径、纤芯/包层同心度、不圆度和光纤翘曲度等。1.芯直径芯直径主要是对多模光纤的要求。ITU-T规定,多模光纤的芯直径为50±3μm。2.包层直径包层直径指光纤的外径,ITU-T规定,多模及单模光纤的包层直径均要求为125±3μm。目前,光纤生产制造商已将光纤外径规格从125.0±3μm提高到125.0±1μm。*/11一、光纤的几何特性3.纤芯/包层同心度和不圆度纤芯/包层同心度是指纤芯在光纤内所处的中心程度。目前光纤制造商已将纤芯/包层同心度从≤0.8μm的规格提高到≤0.5μm的规格。不圆度包括芯径的不圆度和包层的不圆度。ITU-T规定,纤芯/包层同心度误差≤6%(单模为<1.0μm),芯径不圆度≤6%,包层不圆度(包括单模)<2%。4.光纤翘曲度光纤翘曲度指在特定长度光纤上测量到的弯曲度,可用曲率半径来表示弯曲度。翘曲度(即曲率半径)数值越大,意味着光纤越直。注:纤芯/包层同心度对接续损耗的影响最大,其次是翘曲度。*/11二、光纤的光学特性光纤的光学特性有折射率分布、最大理论数值孔径、模场直径及截至波长等。1.折射率分布光纤折射率分布,可用下式表示:其中,n1为纤芯折射率,n2为包层折射率,a为芯半径,r为离开纤芯中心的径向距离,Δ为相对折射率差,Δ=(n1?n2)/n1。多模光纤的折射率分布,决定光纤带宽和连接损耗,单模光纤的折射率分布,决定工作波长的选择。*/11二、光纤的光学特性2.最大理论数值孔径(NAmax)最大理论数值孔径的定义为:其中,n1为阶跃光纤均匀纤芯的折射率(梯度光纤为纤芯中心的最大折射率),n2为均匀包层的折射率。光纤的数值孔径(NA)对光源耦合效率、光纤损耗、弯曲的敏感性以及带宽有着密切的关系,数值孔径大,容易耦合,微弯敏感小,带宽较窄。*/11二、光纤的光学特性3.模场直径和有效面积模场直径是指描述单模光纤中光能集中程度的参量。有效面积与模场直径的物理意义相同,通过模场直径可以利用圆面积公式计算出有效面积。模场直径越小,通过光纤横截面的能量密度就越大。当通过光纤的能量密度过大时,会引起光纤的非线性效应,造成光纤通信系统的光信噪比降低,影响系统性能。因此,对于传输光纤而言,模场直径(或有效面积)越大越好。*/11二、光纤的光学特性4.截止波长理论上的截止波长是单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长。截止波长条件可以保证在最短光缆长度上单模传输,并且可以抑制高次模的产生或可以将产生的高次模噪声功率代价减小到完全可以忽略的地步。注:几何特性、光学特性影响光纤的连接质量,施工对它们不产生变化,而传输特性则相反,它不影响施工,但施工对传输特性将产生直接的影响。*/11三、光纤的稳定特性1、疲劳疲劳:玻璃所受的力低于临界应力,但因裂痕缓慢扩大而导致断裂的现象施加给玻璃的力是恒定的——静态疲劳施加的应力随时间而递增——动态疲劳产生原因:光纤在机械力、温度或放射性辐射的作用下,机械性能会发生变化采用措施:通过筛选测试剔除不合格产品*/9缘起:1982年,英国和日本在日常测试中相继发现:1980年敷设的光缆,在1.0~1.6μm波长范围内,损耗值增加了10%,这是一种用GeO2和P2O2掺杂,外覆硅铜和尼龙的光纤针对这一发现,电缆工程师们对此光纤作了高温和浸水试验①把光纤加热到200℃,1小时后发现,在1.2~1.6μm范围内,损耗值增大,在1.39μm处有一吸收峰②在室温下把光纤浸在水中,数月后发现,1.39μm处有一吸收峰,但在1.24μm处又出现一个衰减值更大的新的吸收峰③把水注入光缆,再通电,几天后,在1.24μm处发现一个新的吸收峰,原因是水被电解产生了氢和氧,而1.24μm正好是Si-OH产生吸收峰的位置结论:之所以出现衰减增大,是因为出现了H2机理:H2一旦进入光纤,几十小时便会扩散到纤芯,H与SiO2的原子作用,造成了吸收峰目前倾向性作法:在裸光纤外表面加覆气密涂层2、H2影响*/11三、光纤的稳定特性3、H2O的影响水对光纤的危害:①玻璃表面易吸附水气,从而会因Si-O键的破坏而使裂痕扩展②纯水对玻璃有浸蚀作用。如果玻璃纤维含有减离子,则将因玻璃的被溶蚀而龟裂,在遇有外力时导致断裂③吸附在玻璃