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更新时间:2026-02-06 04:55:18 浏览: 次
光纤制造是一个复杂且精密的过程,目前主流方法有管内 CVD(化学汽相沉积)法、棒内 CVD 法、PCVD(等离子体化学汽相沉积)法和 VAD(轴向汽相沉积)法。
这些方法的核心步骤是先在高温环境下制作预制棒,预制棒作为光纤的基础坯料,其质量直接影响后续光纤的性能。
之后,将预制棒在高温炉中加温软化,利用精确的拉伸设备拉成长丝,最后经过涂覆、套塑等工序,制成光纤芯线。
从结构上看,光纤主要由纤芯、包层和涂覆层构成。纤芯是光信号的主要传输通道,常见直径范围在 8 - 100μm,通信中常见光纤的外径通常为 125μm。包层围绕在纤芯周围,不仅为光的传输提供反射面,基于光的全反射原理将光限制在纤芯内,还起到一定的机械保护作用。为进一步增强光纤的机械强度、柔韧性和耐老化特性,在包层外设置涂覆层,其主要成分是环氧树脂和硅橡胶等高分子材料。通信光纤的纤芯和包层主体材料均为石英玻璃,但二者的掺杂情况不同,目的是改变折射率。一般来说,纤芯的折射率在 1.463 - 1.467 之间,包层的折射率约为 1.45 - 1.46。
光在光纤中的传输基于全反射原理,但实际情况更为复杂,光的干涉现象对其传输有着重要影响。两束同向传播的波,若相位一致则相互加强(相长干涉),可继续传播;若相位不一致则彼此削弱直至消失(相消干涉)。只有以特定角度射入芯包交界面的波才能相互加强并持续传播,这些特定角度的光波形成一组组传输波,即传播模式。要使光波在光纤中正常传输,需满足连续两次反射间的相移为 2π 的整数倍这一相长干涉条件。因此,光线的入射角只能是分立的数值,满足条件的不同角度光线被称为光的传输模式。其中,与光纤圆柱轴夹角最小的光线为基模,其他则为高阶模。
按照光纤的芯径大小和纤芯、包层折射率差,可将光纤分为单模光纤(SMF)和多模光纤(MMF)。当光纤芯径足够小且折射率差也足够小时,只有基模可以传播,这种光纤即为单模光纤。而若光纤芯径较大,允许光波以多个特定角度射入并传播,则光纤中存在多个模式,能传播数百到上千个模式的光纤就是多模光纤。此外,光纤是单模还是多模还与波长有关。同一种光纤,对较长波长的光波可能是单模光纤,对较短波长的光波则可能变为多模光纤。单模光纤定义了“截止波长”这一概念,用于界定其单模工作波段,波长大于截止波长的光波可实现单模传输。
除了正常的传输模式,光纤中还存在特殊模式。若光波入射角小于临界角,无法满足全反射条件,光线将折射进包层,在包层与空气界面全反射,这种模式称为包层模。若在包层与空气界面的入射角小于包层临界角,光将折射到空气中向自由空间辐射,即辐射模。
当光纤发生弯曲时,只要弯曲程度不严重,光仍能在纤芯内全反射,只是反射次数会增多。通常,光纤的最小弯曲半径需大于 30mm,以保证光信号的稳定传输。
按材料可分为石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤等。其中,塑料光纤由高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯制成,成本低廉,芯径较大,与光源耦合效率高,但损耗大、带宽小,适用于短距离低速率通信。而通信领域普遍使用的是石英系光纤。
分为单模光纤和多模光纤,二者在不同的通信场景中发挥着各自的优势。单模光纤适用于长距离、高速率的通信,如骨干网建设;多模光纤则常用于短距离的局域网等场景。
主要包括阶跃折射率光纤和梯度折射率光纤,此外还有双包层光纤(DCF)、光子晶体光纤(PCF)、保偏光纤(PMF)、大孔径光纤及其他微结构光纤。不同结构的光纤在光的传输特性、耦合效率等方面存在差异,适用于不同的应用需求。
如 G.652 标准单模光纤、G.653 色散位移光纤、G.654 截止波长位移单模光纤等,每种光纤都有其特定的功能和适用场景。例如,G.652 光纤是目前应用最广泛的单模光纤,适用于大多数通信网络;G.653 光纤则主要用于高速率、长距离的单通道通信系统。
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