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光纤的结构

  光纤是光导纤维的简称,是由折射率不同的纤芯和包层组成的,其直径大约为0.1mm。它是一种介质光波导,具有把光封闭在其中并使之沿轴向传播的导波结构。光纤与一般金属导线的作用相同,都用于传输信息,但信息传输方式根本不同。金属导线依靠电子传输信息,而光纤依靠光子传输信息。

光纤的组成

  光纤是一种由高度透明的石英(或其他材料)经复杂的工艺拉制而成的光波导材料。光纤的典型结构为多层同轴圆柱体,一般是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层以及涂覆层和护套构成的,其结构如下图所示。纤芯和包层作为光纤结构的主体,对光波的传播起着决定性作用。涂敷层与护套的作用则是隔离杂散光、提高光纤强度、保护光纤等。

  光纤芯的折射率较高,是光波的传输介质,其材料的主要成分为含量高达99.999%的二氧化硅(SiO2),其中掺杂极少量的其他材料,如掺入少量的二氧化锗(GeO2)、五氧化二磷(P2O5)等,以提高纤芯的折射率。

  包层为紧贴纤芯的材料层,与纤芯共同构成光波导。材料一般为纯二氧化硅(SiO2),有时也掺杂微量的三氧化二硼(B2O3),以降低包层的折射率。包层的外径一般为125~140μm,主要起着限制光强在纤芯中传输的作用。包层折射率略小于纤芯材料的折射率。

  为了增强光纤的柔韧性,提高机械强度,增加抗老化性能以及延长光纤的寿命,一般在包层的外面用环氧树脂或硅胶等高分子材料做一层涂覆层。该涂覆层用来保护光纤起到护套的功能,其外径一般为300μm左右。


光纤的具体结构

  1、光纤的纤芯

  光纤的纤芯是一种直径为8~100μm、柔软的、能够很好地传导光波的透明介质,它是光信号的传输路径,可由玻璃或塑料来制成。其中使用超高纯度石英玻璃(SiO2)制作的光纤具有很低的线路传输损耗,各种技术性能都较好。

  光纤芯的折射率n1通常在1.5左右,多模光纤的纤芯直径一般为50~100μm,单模光纤的纤芯直径为8~10μm,所以光纤是一种比电线、电缆直径小得多的信号传输介质,几乎与人的头发丝粗细相当。

  2、光纤的包层

  在折射率n1较高的单根纤芯外面再用折射率n2稍低一些的材料制作成纤芯包层,将纤芯包住。纤芯与包层的交界面为在纤芯内传输的光线提供一个光滑的反射面,起到光隔离、防止光泄漏的作用。

  只有纤芯的折射率n1大于包层的折射率n2时,才能使光信号在传输过程中形成全反射,构成一条光通道。因为临界角θc=arcsin(n2/n1),为了尽量扩大临界角θc,以便使光源的光信号能更容易耦合进光纤,所以包层折射率n2应尽可能接近纤芯折射率n1。当然n2的增大也可减少光线在包层介质n2中的穿透深度。

  通常多模光纤的包层直径为140μm,单模光纤的包层直径为125μm。从光的传输原理可知,为了满足光信号的传输,光纤的制造工艺要保证使纤芯和包层的不圆度和不同心度尽可能小。


  3、涂敷保护层

  用环氧树脂或硅胶在光纤包层外面涂敷一层保护层,保护光纤不受水汽和各种有害物质的侵蚀、防止光纤被划伤,同时还可增强光纤的柔韧性,增加光纤的机械强度,提高抗老化性能。

  4、外保护套

  在光纤涂敷层的外面再加一层保护套,即可构成一个完整的单根光纤。将多根光纤放在一个保护套内,按一定的结构排列就可构成光缆。加装外保护套除了可保护光纤不受损伤外,还可增加机械强度,为了提高光缆的抗拉性能,便于光缆的工程敷设,要在光缆内增设金属加强芯,特殊应用场合的光缆,如海底光缆,还要加装铠甲,做成铠装光缆,防止鱼类等海洋动物咬伤光缆,保证信息传输道路的正常顺通。


2005-01-07 浏览次数:2131次
本文来源:https://www.yiqi.com/daogou/detail_2021.html
热门标签: 光纤的发展|作用 光纤的原理|特点 光纤的分类 光纤的选择方法|测试方法 单模光纤
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