2009年一级建造师考试《通信与广电工程》精讲讲义(十)
1L411080 光(电)缆特点及应用
共三个考点：
掌握单模和多模光纤的特点和应用
熟光缆的分类、特点
熟悉通信电缆的分类、特点
1L411081 掌握单模和多模光纤的特点和应用 ( P14：光传输媒质;P58)
一、光纤结构和类型
二、光纤通信的工作窗口
三、光纤分类
四、多模光纤
五、单模光纤
一、光纤结构和类型
(一)光纤的结构
光纤是光导纤维的简称，是一种新的光波导，是光通信系统最普遍和最重要的传输媒质。
它由单根玻璃纤芯、紧靠纤芯的包层、一次涂覆层以及套塑保护层组成。(光纤呈圆柱形，由纤芯、包层和涂覆层三部分组成。)
纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成，内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高。
包在外围的覆盖层就像不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。
1. 纤芯
位置: 位于光纤的中心部位，
直径：在4~50μm，单模光纤的纤芯直径为4~10μm ,多模光纤的纤芯直径为50μm。纤芯的成分：含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅(如二氧化锗，五氧化二磷)作用是适当提高纤芯对光的折射率，用于传输光信号。
2. 包层
位置: 位于纤芯的周围
直径：125μm
成分：是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。
掺杂剂(如三氧化二硼)的作用：适当降低包层对光的折射率，使之略低于纤芯的折射率，即纤芯的折射率大于包层的折射率(这是光纤结构的关键)，它使得光信号封闭在纤芯中传输。
3. 光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层、缓冲层和二次涂覆层。
一次涂覆层：一般使用丙烯酸醋、有机硅或硅橡胶材料;
缓冲层：一般为性能良好的填充油膏;
二次涂覆层：一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。
涂覆层的作用：是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤外径约2. 5 mm 。
(二)光纤的折射率分布
光纤的折射率分布有两种典型的情况：阶跃折射率光纤，渐变折射率光纤。
它们的共同特点：纤芯的折射率大于包层的折射率，这也是光信号在光纤中传输的必要条件。
(三)光在光纤中的传播
对于阶跃折射率光纤，由于纤芯和包层的折射率分布有明显的分界，光波在纤芯和包层界面的交界面形成全反射，并且形成锯齿形传输途径，引导光纤芯向前传播。
对于渐变折射率光纤，由于在其界面上折射率是连续变化的，轴中心的折射率最大，沿纤芯半径方向折射率按抛物线规律减小，在纤芯边缘的折射率最小，因此光波在纤芯中产生连续折射，形成穿过光纤轴线的类似于正弦波的光折射线，引导光波沿纤芯向前传播。
(四) 光纤最重要的两个传输特性 (P14)
损耗和色散是光纤最重要的两个传输特性，它们直接影响光传输的性能。
(l)光纤传输损耗：损耗是影响系统传输距离的重要因素之一，光纤自身的损耗主要有吸收损耗和散射损耗。
吸收损耗是因为光波在传输中有部分光能转化为热能;
散射损耗是因为材料的折射率不均匀或有缺陷、光纤表面畸变或粗糙造成的。
当然，在光纤通信系统中还存在非光纤自身原因的一些损耗，包括连接损耗、弯曲损耗和微弯损耗等。这些损耗的大小将直接影响光纤传输距离的长短和中继距离的选择。
(2)光纤传输色散：色散是光脉冲信号在光纤中传输，到达输出端时发生的时间上的展宽。
产生的原因是光脉冲信号的不同频率成分、不同模式，在传输时因速度不同，到达终点所用的时间不同而引起的波形畸变。
色散结果：这种畸变使得通信质量下降，从而限制了通信容量和传输距离。
二、光纤通信的工作窗口
光纤损耗系数随着波长而变化，为获得低损耗特性，光纤通信选用波长范围在800 ~1800nm，并称850nm(800~900nm)为短波长波段;1300~1600nm为长波长波段，主要有1310nm和1550nm两个窗口。实用的低损耗波长是：第一代系统，波长850nm，最低损耗2. 5dB/km，分贝(dB)采用石英多模光纤;第二代系统，波长1310nm，最低损耗0. 27dB/km,采用石英单模最低色散光纤;第三代系统，波长1550nm，最低损耗0.16dB/km，采用石英单模最低损耗与适应色散光纤。上述三个波长称为三个工作窗口。
三、光纤分类
四、多模光纤
当光纤的几何尺寸远大于光波波长时(约lμm)，光纤传输的过程中会存在一着几十种乃至上百种传输模式，这样的光纤称为多模光纤。
由于不同的传播模式具有不同的传播速度与相位，因此，经过长距离传输会产生模式色散(经过长距离传输后，会产生时延差，导致光脉冲变宽)。模式色散会使多模光纤的带宽边窄，降低传输容量，因此，多模光纤只适用于低速率、短距离的光纤通信，目前数据通信局域网大量采用多模光纤。
