第02章c光纤光缆-单模光纤、制造.pptVIP

第二章 光纤和光缆 2.3 导波原理 2.3.1 光纤的光线理论 2.3.2 光纤的波动理论 2.4 单模光纤 2.5 光纤制造技术 2.5光纤制造技术 2.5.1 光纤材料 2.5.2 光纤制造 2.5.3 光纤的机械特性 2.5.4 光纤的温度特性 2.5.5 成缆对光纤特性的影响 2.5.1 光纤材料 2.5.1光纤材料 2.5.1光纤材料 几点关键 为了防止石墨在高温下氧化，充入氩气等惰性气体加以保护。 送棒机构与牵引辊的速度要一致，以保持光纤外径的均匀性。 激光测径，紫外固化 外径的波动控制在0.5微米之内。 拉丝的速度可以调整，600m/min~1000m/m 2.5.5成缆对光纤特性的影响 3.3.1 光缆特性 1. 拉力特性 光缆能承受的最大拉力取决于加强构件的材料和横截面积，一般要求大于1km光缆的重量，多数光缆在100～400kg范围。 2. 压力特性 光缆能承受的最大侧压力取决于护套的材料和结构，多数光缆能承受的最大侧压力在100～400kg/10cm。 3. 弯曲特性 弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折射率差Δ以及光缆的材料和结构。 4. 温度特性 光纤本身具有良好的温度特性。 3.3.2 成缆对光纤特性的影响 1. 成缆的附加损耗 不良的成缆工艺，把光纤制成光缆后，会带来附加损耗，称之为成缆损耗。 2. 成缆可以改善光纤的温度特性 套塑光纤或带有表面涂层的光纤，它的损耗随温度变化如图3.14中虚线所示。把光纤制成光缆，温度特性会得到相当大的改善，如图3.14中的实线所示。 3. 机械强度增加 这一点是很显然的。一般光纤的断点强度约为1～5kg，而由于光缆结构中加入了加强构件、护套、甚至铠装层等，因此其断点强度远大于上述值；不仅如此，光缆的抗侧压、抗冲击和抗扭曲性能都有明显增强。 热泳现象 处于温度场中的悬浮颗粒，受力的作用而向低温区运动，附着在石英管壁上。 化学反应 2.5.2光纤制造 PCVD: Plasma Chemical Vapor Deposition 等离子体活性化学汽相沉积法------ Philips, Holland 2.5.2光纤制造 OVD: Outside Vapor Deposition 外部汽相沉积法------ Corning, USA 2.5.2光纤制造 化学反应 水解反应 氧化反应 脱水反应 2.5.2光纤制造 VAD: Vapor Axial Deposition 汽相轴向沉积------ NTT, Japan 2.5.2光纤制造 拉丝工艺 拉丝工艺流程 光纤拉丝塔结构示意图 拉丝控制系统 收丝控制设备 预制棒 裸光纤 2.5.2光纤制造 2.5.2光纤制造 拉丝长度l 预制棒体积 Vpreform=?D2L/4, D: mm, L: mm 光纤体积 Vfiber= ?d2l/4, d=125 um Vpreform = Vfiber ? l = 6.4 ? 10-5D2L (km) 拉丝原理 保持芯/包层结构不变！ 2.5.2光纤制造 光纤的机械特性主要包括耐侧压力、抗拉强度、弯曲以及扭绞性能等，使用者最关心的是抗拉强度。 （1）光纤的抗拉强度 光纤的抗拉强度很大程度上反映了光纤的制造水平。 影响光纤抗拉强度的主要因素是光纤制造材料和制造工艺。 ① 预制棒的质量。 ② 拉丝炉的加温质量和环境污染。 ③ 涂覆技术对质量的影响。 ④ 机械损伤。 2.5.3 光纤的机械特性 （2）光纤断裂分析 存在气泡、杂物的光纤，会在一定张力下断裂，如图所示。 光纤断裂和应力关系示意图 （3）光纤的寿命 光纤的寿命，习惯称使用寿命，当光纤损耗加大以致系统开通困难时，称其已达到了使用寿命。从机械性能讲，寿命指断裂寿命。 （4）光纤的机械可靠性 一般来说，二氧化硅包层光纤的机械可靠性已经得到广泛的认可。为了提高光纤的机械可靠性，在光纤的外包层中掺入二氧化钛，从而增加网络的寿命。 光纤的温度特性，是指在高、低温条件下对光纤损耗的影响，一般是损耗增大。如图所示。 光纤低温特性曲线 2.5.4 光纤的温度特性 * 2.4 单模光纤 2.4.1 阶跃折射率单模光纤 2.4.2 单模光纤的高斯拟合和模场直径 2.4.3 单模光纤的偏振特性 全反射条件 相干加强条件 特征方程 几何光学 知识回顾 满足全反射条件时，只有某些以特定角度入射的光线才能在波导内传导，每一种可以传导的电磁波称为波导的一种模式 知识回顾 满足导模条件