[工程科技]第五章_光缆和光纤通信器件.ppt

第五章 光缆和光纤通信器件 5.1光纤的温度特性和机械特性 5.2光缆的结构和种类 5.3无源光器件 5.4发光二极管器件简介 5.5半导体激光二极管器件 5.6电检测器件 5.7其它新型光通信器件简介 5.1光纤的温度特性和机械特性 1光纤的温度特性 通常情况下，光纤的特性受温度影响不大，但是在温度很低时，损耗随温度降低而增加，尤其是在温度非常低时，损耗急剧增加，所以高寒地区工作的光缆应注意到这个特性。 产生这种现象的原因是光纤的热膨冷缩。 构成光纤的二氧化硅(SiO2)的热膨胀系数很小，在温度降低时几乎不收缩。而光纤在成缆过程中必须经涂覆和加上一些其他构件，涂覆材料及其他构件的膨胀系数较大，当温度降低时，收缩比较严重，所以当温度变化时，材料的膨胀系数不同，将使光纤产生微弯，尤其表现在低温区。 随着温度的降低，光纤的附加损耗逐渐增加，当温度降至-55℃左右，附加损耗急剧增加。 因此，在设计光纤通信系统时，必须考虑光缆的高、低温循环试验，以检验光纤的损耗是否符合指标要求。 2光纤的机械特性 目前构成光纤的材料是SiO2，要被拉成125μm的细丝。在拉丝过程中，光纤的抗拉强度约为10～20kg/mm2 如拉丝后立即在光纤表面进行涂覆，抗拉强度可达400kg/mm2。 这里所说光纤的强度是指抗张强度，当光纤受到的张力超过它的承受能力时，光纤就将断裂 对于光纤抗断强度，它和涂覆层的厚度有关，当涂覆厚度为5～10μm时，抗断强度为330kg/ ? mm2 只有强度符合要求的光纤才能用来成缆。 5.2 光缆的结构和种类 由光纤的温度特性和机械特性可知光纤必须制作成光缆才能使用。光缆线路在长期使用中，必须经受敷设安装和长期维护运用的考验。 因此，对光缆有如下基本要求： ① 不能因成缆而使光纤的传输特性恶化； ② 在成缆过程中光纤不断裂； ③ 缆径细、重量轻； ④ 便于施工和维护 1光缆的基本结构 光缆由缆芯、加强元件和外护层组成。 (1) 缆芯 缆芯由光纤芯线组成，它可分为单芯和多芯两种。 二次涂覆主要采用下列两种保护结构： ① 紧套结构 ② 松套结构 两种保护结构如图5-2-1所示 (2) 加强元件 光纤材料比较脆，容易断裂，为了使光缆便于承受敷设安装时所加的外力等，因此在光缆中要加一根或多根加强元件位于中心或分散在四周。 加强元件的材料可用钢丝或非金属的纤维——增强塑料(FRP)等。 (3) 护层 光缆的护层主要是对已经成缆的光纤芯线起保护作用，避免由于外部机械力和环境影响造成对光纤的损坏。 2光缆的种类 (1) 层绞式光缆 (2) 单位式光缆 (3) 骨架式光缆 (4) 带状式光缆 3几种新型光缆简介 (1) 常规光缆 长途通信光缆线路广泛使用的是G·652常规单模光缆。这种光缆的光纤损耗在λ=1.55μm附近时最小，但色散较大约为18ps/(nm·km)；在λ=1.31μm损耗较小，约0.35dB/km色散几乎为零。 (2) 色散位移光缆 色散位移光缆即是由色散位移光纤DSF构成的光缆。DSF是使单模光纤的材料色散和波导色散相互补偿，在1.55μm附近总色散为零。 色散位移光缆可以实现光纤通信系统的大容量，超长距离的传输。 (3) 非零色散光缆 它是由非零色散光纤NZDF构成的光缆。 在波分复用WDM技术中，DSF由于光纤的非线性效应而产生四波混频等现象。为了解决这个问题设计一种新型光缆。 非零色散光纤NZDF，光纤工作波长在1.54～1.565μm范围内，色散值不为零，但这个值较小约为1.0～4.0ps/(km·nm)。和常规光纤相比，在这个波长范围内，色散和损耗都比较小，所以可以实现超长距离的传输，又可以采用WDM技术。 (4) 色散平坦光缆 利用WDM技术，为了挖掘光纤的潜力，充分利用光纤的有效带宽，在1.3～1.6μm的波长范围内，都能够保持低损耗和低色散，在相对比较宽的范围内得到平坦的低色散特性，设计一种新型光纤——色散平坦光纤DFF。由DFF构成的光缆即是色散平坦光缆。 DFF也是通过改变光纤的折射率的方法实现在1.3～1.6μm波长范围内的平坦的低色散。 5.3无源光器件 在光纤通信系统中需要众多的无源光器件，在光路中起着光纤连接、光功率分配、光信息的衰减、隔离和调制、光波分复用、光信道切换等作用。这些无源光器件包括连接器、分路器与耦合器、衰减器、隔离器、滤波器、波分复用器、光开关和调制器等。 1光纤的连接与光纤连接器 光纤与光纤的连接有两种：一种是永久性连接，另一种是活动连接。 光纤与光纤的永久性连接通常采用高频电弧放电熔接的方法。 活动连接是通过光纤连接器来