光纤的基本知识(下)
2025-02-22




光纤有哪些种类




光纤常用的分类方式有:按照光纤横截面上的折射率分布、光纤的传输总模数、光纤的材料、光纤的制作方法、光纤的工作波长等。以下主要介绍按折射率、传输模数、材料分类的光纤区分,也即光纤下游用户常打交道的分类。



1.按照光纤横截面上的折射率分布分类

可分为阶跃型光纤(又称均匀光纤或突变型光纤)和渐变型光纤(又称非均匀光纤或梯度型光纤)两种。


阶跃型光纤纤芯的折射率(n1)和包层的折射率(n2)为均匀的常数,纤芯到包层的折射率是突变的,只有一个台阶,故称为阶跃型光纤。该种光纤的模间色散高,传输速率不高,只适用短途低速通信。但单模光纤的模间色散很小,所以单模光纤都采用阶跃型。


渐变型光纤的纤芯折射率(n1)随着纤芯半径向外增大而减小,包层折射率均匀。该种光纤模间色散较小,传输频带宽,可以增加传输距离,但成本较高。

2.按照光纤的传输总模数分类


根据光纤中传输模式的多少,可以将光纤分为单模光纤和多模光纤。“模式”是指在光纤受光角(临界角)内,以特定角度进入光纤的光束能在光纤内全反射传播,即为光的一个传输模式。


单模光纤纤芯直径通常在4~10μm,包层直径125μm,理论上只能传一种模式的光(基模),模间色散很小,适用于大容量、远程通信。



多模光纤纤芯直径较大,一般为50~105μm,包层直径为100~200μm。可传输多种模式的光。但其模间色散较大,限制传输数字信号的频率,且随距离增加会更加严重;因此,多模光纤只能进行短程传输。多模光纤分阶跃型多模光纤和渐变型多模光纤。


单模光纤和多模光纤只是一个相对的概念;每一个规格的光纤都有特定的截止波长,对于一根确定的光纤,当工作波长大于截止波长时,光纤为单模光纤,反之为多模光纤。


3.按光纤制作材料分类


按照制作光纤所采用的材料可以将光纤分为石英光纤、塑料包层石英光纤、多组分玻璃光纤和全塑光纤。


石英光纤的纤芯和包层由二氧化硅以及少量掺杂元素制成,具备损耗较低、强度大、可靠性高等优点,应用最为广泛。如阿珂法产品中的传感器、转接光缆等,多为石英光纤。






 光纤的检验 



不提使用多么复杂的设备来检验光纤是否损坏,业内一般采用最简便的方法检查,那就是打光。从上文知,光在光纤内全反射传播,若光纤完好,无论中段如何走线,从光纤的一端打光照射,光一定从另一端射出。


打光通常还可用于在多根光缆中寻线、检验多芯光缆内部线序等。







 光纤与光缆 



平时说到光纤与光缆,往往都是根据需要混用,二者都是光传输的通道,但其实定义上仍有区别。光纤是用于传输光束的媒介,而光缆则是将一根或多根光纤包裹在保护层中的缆线。如下图所示的即为一种耐高温光缆的保护层结构。

光纤与光纤之间,光纤与其它通信设备之间,通过设置在光缆端部的光纤连接器、光纤耦合器等连接。


光纤连接器。光纤连接器的核心部件就是插芯,插芯将两根光纤的末端对齐,再通过光纤连接器其它机械部件将其固定在一起,允许数据在它们之间传输。光纤连接器有多种不同的型号,从外形结构来分,可以分为:FC、SC、LC、ST、MU型等;按照插针端面的形状(平面、倾斜面)来分,则可分为PC、UPC和APC。


光纤适配器。光纤适配器也被称为法兰盘或光纤耦合器,主要用于连接光纤布线系统中的两个光纤接头(光纤连接器),通常装配在各种适配器面板和机箱上。通常来说,若连接的两个光纤接头类型相同,则称为光纤耦合器;若连接的光纤接头类型不同,则称之为光纤适配器。分为不带法兰和带法兰两种类型,其中不带法兰的光纤适配器可直接卡在面板或者托盘等上面,而带法兰的则需要用螺丝固定。

光纤适配器同光纤接头一样,根据接头结构不同有多种类型。下图为不带法兰的ST接头光纤适配器。

光纤贯通器及转接盘。光纤贯通器及贯通器转接盘是一种光学结构件,用于贯通密闭腔体内外的光路,能在完成密闭腔体抗压密封的同时,确保腔体内外的双向无损光通信。其实也是另一种形式的光纤适配器。


下图即一种光纤贯通器转接盘。在阿珂法提供的油浸式变压器在线温度监测解决方案中,即采用了该种光纤贯通器转接盘。






 光纤与光纤通信 



既然说到光纤,就不得不提和它紧密联系的光纤通信。光纤的发明直接引发了通信技术的革新,相比传统的电缆通信,有着无法比拟的优点:通信容量大、传输距离远、信号干扰小、难于窃听等。

光纤通信系统主要由信号发送端、信号中继端及信号接收端组成。

信号发送端设备主要有电端机、光发信机;电端机将模拟信号变为二进制数字电信号,光发信机将电信号转变为调制光信号(脉冲信号)。调制的方法之一是,将有强弱变化的脉冲电信号输入到光源上,光源随着电压的不同发出不同的光束,从而实现光束的光强度随着电信号的变化而发生变化。调制好的光线即可通过光纤发送出去了。


信号中继端主要由中继器和光纤光缆组成,用于让光信号传递更远。中继器的主要功能即时通过对数据信号的重新发送或者转发,来扩大信号传输的距离。

信号接收端设备主要有光收信机和电端机;与发送端相反,接收端主要对接收到的光信号进行解调。光收信机将调制光信号照射到光敏元件上,调制光信号的强弱变化导致电信号的强弱变化;电端机则将解调的光信号还原成数字电信号。








光纤与光纤传感




光纤传感系统中,同样存在光电信号的调制与解调,当然,这中间加入了第三个参量,及传感系统待测量的目标参量。光纤在光纤传感技术的应用中,有时不仅作为信息传输的通道,经过特殊的处理、与特殊的组件结合,也能作为感应外界参量的探测体;本文不多赘述,感兴趣的朋友可以回顾往期光纤测温相关内容。