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光纤传输的基本知识

光纤传输方式

同轴电缆由于线材本身特性的问题，使得传输距离受到限制，在充斥着电磁波的使用环境中，电磁波的干扰

更使同轴电缆传输的效率降低，若安装地点位于多雷区，两端设备还会因雷击遭到破坏。光纤传输具有同轴电缆

无法比拟的优点而成为远距离视频传输的首选设备。

一、光纤传输的特点

㈠传输损耗低

损耗是传输介质的重要特性，它只决定了传输信号所需中继的距离。光纤作为光信号的传输介质具有低损耗

的特点。如使用62.5/125μm的多模光纤，850nm波长的衰减约为3.0dB/km、1300nm波长更低，约为1.0ddB/km。

如果使用9/25μm单模光纤，1300nm波长的衰减仅为0.4dB/km、1550nm波长衰减为0.3dB/km，所以一般的

LD光源可传输15至20km。目前已经出现传输100公里的产品。

㈡传输频带宽

光纤的频宽可达1GHz以上。一般图像的带宽为6MHz左右，所以用一芯光纤传输一个通道的图像绰绰有余。

光纤高频宽的好处不仅仅可以同时传输多通道图像，还可以传输语音、控制信号或接点信号，有的甚至可以用一

芯光纤通过特殊的光纤被动元件达到双向传输功能。

㈢抗干扰性强

光纤传输中的载波是光波，它是频率极高的电磁波，远远高于一般电波通讯所使用的频率，所以不受干扰，

尤其是强电干扰。同时由于光波受束于光纤之内，因此无辐射、对环境无污染，传送信号无泄露，必威体育官网网址性强。

㈣安全性能高

光纤采用的玻璃材质，不导电，防雷击；光纤传输不像传统电路因短路或接触不良而产生火花，因此在易燃

易爆场合下特别适用。光纤无法像电缆一样进行窃听，一旦光缆遭到破坏马上就会发现，因此安全性更强。

㈤重量轻，机械性能好

光纤细小如丝，重量相当轻，即使是多芯光缆，重量也不会因为芯数增加而成倍增长，而电缆的重量一般都

与外径成正比。

二、光纤结构与传输机理

光纤是光波传输的介质，是由介质材料构成的圆柱体，分为芯子和包层两部分。光波沿芯子传播。在实际工

程应用中，光纤是指由预制棒拉制出纤丝经过简单被复后的纤芯，纤芯再经过被复，加强和防护，成为能够适应

各种工程应用的光缆。

㈠光纤传光机理

光波在光纤中的传播过程是一个复杂的电磁场的边界问题，一般来说，光纤芯子的直径要比传播光的波长高

几十倍以上，因此利用几何光学的方法定性分析是足够的，而且对问题的理解也很简明、直观。

当一束光纤投射到两个不同折射率的介质交界面上时，发生折射和反射现象。对于多层介质形成的一系列界

面，若折射率n1＞n2＞n3…＞nm，则入射光线在每个界面的入射角逐渐加大，直到形成全反射。由于折射率的

变化，入射光线受到偏转的作用，传播方向改变。

光纤由芯子、包层和套层组成。套层的作用是保护光纤，对光的传播没有什么作用。芯子和包层的折射率不

同，岂折射率的分布主要有两种形式：连续分布型(又称梯度分布型)和间断分布型(又称阶跃分布型)。

当入射光经过光纤端面的折射后进入光纤，除了与轴向方向一致的光沿直线传播外，其余的光线则投射到芯

子和包层的交界面：一种在界面形成全反射，这些光线将与光轴保持不变的夹角，呈锯齿状无损耗地在光纤芯子

内向前传播，称之为传播光；另外一种在界面处只有一部分形成反射，还有一部分折射进入包层，最后被套层吸

收，反射的光线再次到达界面时又会有一部分损耗，因而不能传播，称为非传播光。

实际上进入光线的大部分不是上面所将的轴面光，因此还有一种称为泄漏光，如果芯子和包层的界面十分平

坦，这些光线将形成全反射而得到传播，但事实上仅部分反射，尽管损耗比非传播光小还是不能很好地传播。对

于长距离传输来说只有传播光是有意义的。

进入光纤的光线在向芯子包层界面传播时，由于芯子折射率逐渐减小，受到一个向心偏转的作用，与轴线夹

角θ小于一定值的光纤不能到达界面或到达界面形成全反射，因而受束于芯子内、呈波浪状无损耗地向前传播，

成为传播光。其余的光由于有一部分在界面处折射进入包层，逐渐被吸收掉而不能传播。

因此，光纤芯子和包层的折射率及折射率的分布与光纤的转播特性有密切关系。

㈡光纤的分类

可以从不同的角度对光纤进行分类，如构成光纤的材料、制造方法、光纤芯子包层折射率的分布和光纤可以

传播光的模数等。

构成光纤芯子和包层的材料主要有：多组合玻璃、高纯度石英玻璃和低损耗卤化物材料等。不同的材料其预