GYFTA型光纜

光纖跳線定義

    將光纖連接器裝配在光纖/光纜的兩端，使之能夠?qū)崿F(xiàn)光纖活動連接和信號傳輸?shù)臒o源裝置。

光纖跳線加工——端面研磨

圓形光纖束

    用于耦合到光源

線型光纖束

    用于光譜儀/狹縫/橢圓發(fā)射燈/比色皿吸收光譜測量20 µm x 2 mm入射狹縫

圓形到線形光纖束

    圓形光纖束用來提高進(jìn)入到光譜儀和其它帶入射狹縫的光學(xué)器件的耦合效率。

    線形符合入射狹縫的形狀，因此能增加入射到器件的光線數(shù)量。

    線形末端也可以用作線形光源。

分叉光纖束：雙光纖

    1.將一個樣品的通道寬帶發(fā)射導(dǎo)入多個探測器中

    2.熒光顯微發(fā)射的集光

    3.光譜學(xué)

    4.照明

分叉光纖束：圓形對圓形

探測光纖束

    光纖束探針是針對測量漫反射和鏡面反射、色彩、熒光以及后向散射(固體，液體和粉末狀)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的。光纖束被分為兩路，一路將光從光源傳輸給樣品，一路將樣品反射光傳輸給光譜儀，參考分支直接將光從光源處傳輸給另一光譜儀。

光纖反射/散射探針束 帶有參考分支

光纖反射/散射探針束 帶有參考分支

透射浸入式探頭光纖束

    透射浸入式探頭光纖束極其適合在液態(tài)樣品中測量透射率和吸光率。與基于比色皿的裝置不同，探頭浸入樣品中；液體可以自由流入探頭的開口里面。這種方式可以直接測量樣品，非常適合需要實(shí)時測量的應(yīng)用，比如，監(jiān)測化學(xué)反應(yīng)或水質(zhì)測試。

集束光纖

光纖連接器的原理

連接器基本結(jié)構(gòu)

    連接器基本上是采用某種機(jī)械和光學(xué)結(jié)構(gòu)，使兩根光纖的纖芯對準(zhǔn)．保證80%以上的光能夠通過。目前有代表性并且正在使的有以下幾種：

    1.套管結(jié)構(gòu)

    2.雙錐結(jié)構(gòu)

    3.V槽結(jié)構(gòu)

    4.透鏡結(jié)構(gòu)

套管結(jié)構(gòu)

    這種連接器由插針和套筒組成．插針為一精密套管，光纖固定在插針里面。套筒也是一個加工精密的套管(有開口和不開口兩種)，兩個插針在套筒中對接并保證兩根光纖的對準(zhǔn)．

    原理：以插針的外圓柱面為基準(zhǔn)面，插針與套筒之間為緊配合。當(dāng)光纖纖芯對外圓柱面的同軸度、插針的外圓柱面和端面以及套筒的內(nèi)孔加工得非常精密時，兩根插針在套筒中對接，就實(shí)現(xiàn)了兩根光纖的對準(zhǔn)。

雙錐結(jié)構(gòu)

    這種連接器的特點(diǎn)是利用錐面定位。插針的外端面加工成圓錐面．基座的內(nèi)孔也加工成雙圓錐面．兩個插針插入基座的內(nèi)孔實(shí)現(xiàn)纖芯的對接。插針和基座的加工精度，錐面與錐面的結(jié)合既要保證纖芯的對中，還要保證光纖端面間的間距恰好符合要求。它的插針和基座來用聚合物模壓成型．精度和一致性都很好。

V槽結(jié)構(gòu)

    它的對中原理是將兩個插針放入V形槽基座中，再用蓋板將插針壓緊，使纖芯對準(zhǔn)。這種結(jié)構(gòu)可以達(dá)到較高的精度。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件數(shù)量偏多。

透鏡耦合結(jié)構(gòu)

    透鏡耦合又稱遠(yuǎn)場耦合，它分為球透鏡耦合和自聚焦透鏡耦合兩種。其結(jié)構(gòu)分別見下圖。

    這種結(jié)構(gòu)通過透鏡來實(shí)現(xiàn)光纖的對中。用透鏡將一根光纖的出射光變成平行光，再有另一透鏡將平行光聚焦并導(dǎo)入另一光纖中。

    優(yōu)點(diǎn)是降低了對機(jī)械加工的精度要求．使耦合更容易實(shí)現(xiàn)。

    缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整元件多、接續(xù)損耗大。在某些特殊的場合，如在野戰(zhàn)通信中這種結(jié)構(gòu)仍有應(yīng)用。因?yàn)橐皯?zhàn)通訊距離較短，環(huán)境塵土較大，可以容許損耗大一些．但要求快速接通透鏡能將光斑變大，接通更容易，正好滿足了這種需要．

    透鏡在各種耦臺中的作用更不能忽視．它是光纖與其它無源器件和光電器件進(jìn)行耦合的橋梁。

FC(Ferrule Connector)型光纖連接器

    Ferrule Connector是由日本NTT研制，緊固方式為螺絲扣

ST(Straight Tip)型光纖連接器 

    Straight Tip是由AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室研制。

    ST接頭：刺入及旋轉(zhuǎn)就是它的連接方法(將線插入插座，然后旋轉(zhuǎn)外面的卡口將之鎖住)

LC（Lucent Connector）型光纖連接器

    Lucent Connector是由美國朗訊貝爾實(shí)驗(yàn)室研制，

    采用操作方便的模塊化插孔（RJ）閂鎖機(jī)理制成。

    其所采用的插針和套筒的尺寸是普通 SC、FC等所用尺寸的一半，為1.25mm。

插針

    插針是一個帶有微孔的精密圓柱體，其結(jié)構(gòu)和主要尺寸如圖所示

實(shí)用的插針材料采用氧化鋯陶瓷

 一般陶瓷插芯的主要參數(shù)：

       外徑：2.499 ±0.0005

       外徑不圓度：小于等于0.2um

       微孔偏心量（同心度）小于等于1.0um

       外圓柱面光潔度：?14

2.5mm

1.25mm 

一般陶瓷套筒的主要參數(shù)：

       外徑：3.2 +0/-0.02mm

       內(nèi)徑：2.5 -0.002/-0.007mm

       內(nèi)表面光潔度：?14

       插芯插入或拔出力：3.92~5.88N

       開口套筒彈性形變： 小于等于0.5um

研磨角度類型：

    PC型（ Physical Contact ） ------插芯端面為球面 ，RL>40dB

    UPC型（Ultra  PC） ---插芯端面為微球面, RL>50dB

    APC型(Angled  PC） ---插芯端面為斜球面（常見的為8度角）， RL>60dB

PC端面

UPC端面

APC端面

SMA905光纖連接器

D80光纖連接器

QBH光纖連接器

光纖的結(jié)構(gòu)

纖芯

    1)  位置：光纖的中心部位

    2)  材料：高純度SiO2，摻有極少量的摻雜劑(GeO2，P2O5)，作用是提高纖芯折射率(n1)，以傳輸光信號

包層

    1) 位置：位于纖芯的周圍

    2) 材料：高純度SiO2，極少量摻雜劑(如B2O3)的作用則是適當(dāng)降低包層折射率(n2)，使之略低于纖芯折射率，使得光信號能約束在纖芯中傳輸

涂覆層

    1)  位置：位于光纖的最外層

    2)  結(jié)構(gòu)和材料：包括一次涂覆層，緩沖層和二次涂覆層

           a) 一次涂覆層一般使用丙烯酸酯、有機(jī)硅或硅橡膠材料

           b) 緩沖層一般為性能良好的填充油膏 (防水)

           c) 二次涂覆層一般多用聚丙烯或尼龍等高聚物

    3) 作用：保護(hù)光纖不受水汽侵蝕和機(jī)械擦傷，同時又增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度與可彎曲性，起著延長光纖壽命的作用

光纖的分類主要是從工作波長、折射率分布、傳輸模式、原材料和制造方法上作一歸納的，各種分類如下。

    （1）工作波長：紫外光纖、可觀光纖、近、紅外光纖（0.85μm、1.3μm、1.55μm）。

    （2）折射率分布：階躍（SI）型光纖、近階躍型光纖、漸變（GI）型光纖、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。

    （3）傳輸模式：單模光纖（含偏振保持光纖、非偏振保持光纖）、多模光纖。

    （4）原材料：石英光纖、多成分玻璃光纖、塑料光纖、復(fù)合材料光纖（如塑料包層、液體纖芯等）、紅外材料等。按被覆材料還可分為（碳等）、金屬材料（銅、鎳等）和塑料等。

    （5）制造方法：預(yù)塑有汽相軸向沉積（VAD）、化學(xué)汽相沉積（CVD）等，拉絲法有管律法（Rod intube）和雙坩鍋法等。

階躍（SI）型光纖與漸變（GI）型光纖

階躍型光纖（SIF）：

    纖芯折射率呈均勻分布，纖芯和包層相對折射率差Δ為1%～2%。

階躍光纖的導(dǎo)光原理：

    光在均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，階躍光纖就是靠光波在芯包界面發(fā)生全反射將光波限制在纖芯中向前傳播的。

    階躍型的光纖，纖芯折射率為n1 ，包層的折射率為n2，且n1>n2，空氣折射率為n0。在光纖內(nèi)傳輸?shù)淖游绻饩€，簡稱內(nèi)光線，遇到纖芯與包層的分界面的入射角大于θc時，才能保證光線在纖芯內(nèi)產(chǎn)生多次全反射，使光線沿光纖傳輸。

漸變型光纖（GIF）：

    纖芯折射率呈非均勻分布，在軸心處，而在光纖橫截面內(nèi)沿半徑方向逐漸減小，在纖芯與包層的界面上降至包層折射率n2。

    在漸變光纖中，光線傳播的軌跡近似于正弦波。若光以一定的入射角從軸心處層射向與第二層的交界面時，由于是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，折射接角大于入射角，光線將折射進(jìn)第二層射向與第

    三層的交界面，并再次發(fā)生折射進(jìn)入第三層，依次第推。因此，當(dāng)纖芯分層數(shù)無限多，其厚度趨于零時，漸變型光纖纖芯折射率呈連續(xù)變化，光線在其中的傳播軌跡不再是折線，而是一條近似于正弦型的曲線。

漸變光纖的導(dǎo)光原理：

    依據(jù)折射原理,光線最遲在芯包界面發(fā)生全反射，將子午射線限制在纖芯中向前傳播的。

漸變光纖的導(dǎo)光示意圖

    當(dāng)r=0時光線的軌跡。可以看出，從光纖端面上同一點(diǎn)發(fā)出的近軸子午光線經(jīng)過適當(dāng)?shù)木嚯x后又重新匯集到一點(diǎn)。也就是說，它們有相同的傳輸時延，有自聚焦性質(zhì)。

對比圖：

    光纖的損耗決定了光信號在光纖中被增強(qiáng)之前可傳輸?shù)木嚯x。

光纖損耗的來源：

    （1）光纖材料的吸收與散射損耗；

    （2）光纖的彎曲輻射損耗；

    （3）光纖的連接；

    （4）耦合損耗。

1）光纖材料的吸收與散射損耗；

    本征吸收：光纖材料對光信號的吸收。

    雜質(zhì)吸收：雜質(zhì)不是指光纖中的摻雜物，而是由于材料不純凈及工藝不完善而引入的雜質(zhì)，如過渡金屬離子和OH-離子。

    原子缺陷吸收：由于材料受到熱輻射或光輻射引起的。

    散射損耗：在光纖材料中，由于某種遠(yuǎn)小于波長的不均勻性引起的光散射構(gòu)成光纖的散射損耗。

損耗主要機(jī)理：材料吸收、瑞利散射和輻射損耗

（2）光纖的彎曲輻射損耗

    光纖實(shí)際應(yīng)用中不可避免的要產(chǎn)生彎曲，這就伴隨著產(chǎn)生光的彎曲輻射損耗。

（3）光纖的連接損耗

（4）耦合損耗

    光源與光纖的耦合損耗

    光纖與光器件的耦合損耗

  光纖傳輸特性和光學(xué)特性

    光纖的傳輸特性和光學(xué)特性對光纖通信系統(tǒng)的工作波長、傳輸速率、傳輸距離和信息質(zhì)量等都有著至關(guān)重要的作用。

    光纖的傳輸特性和光學(xué)特性具體涉及到的適用特性有：衰減、色散、截止波長、模場直徑、基帶響應(yīng)、數(shù)值孔徑、有效面積、光學(xué)連續(xù)性和微彎敏感性等等。

其中主要特性包括：

1.數(shù)值孔徑NA

    入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個角度就稱為光纖的數(shù)值孔徑。

對于階躍型光纖，當(dāng)光線在纖芯與包層界面上發(fā)生全反射時，光波在纖芯中傳播軌跡為折線，相應(yīng)的端面入射角記為光纖波導(dǎo)的孔徑角（或端面臨界角）。即只有光纖端面入射角大于的光線才能在光纖中傳播，故光纖的受光區(qū)域是一個圓錐形區(qū)域，圓錐半錐角的值就等于。為表示光纖的集光能力大小，定義光纖波導(dǎo)孔徑角的正弦值為光纖的數(shù)值孔徑（NA），即：

    在光學(xué)中，數(shù)值孔徑是表示光學(xué)透鏡性能的參數(shù)之一。用放大鏡把太陽光匯聚起來，能點(diǎn)燃紙張就是一個典型例子。若平行光線照射在透鏡上，并經(jīng)過透鏡聚焦于焦點(diǎn)處時，假設(shè)從焦點(diǎn)到透鏡邊緣的仰角為θ，則取其正弦值，稱之為該透鏡的數(shù)值孔徑， 　 光纖的數(shù)值孔徑大小與纖芯折射率，及纖芯－包層相對折射率差有關(guān)。從物理上看，光纖的數(shù)值孔徑表示光纖接收入射光的能力。NA越大，則光纖接收光的能力也越強(qiáng)。從增加進(jìn)入光纖的光功率的觀點(diǎn)來看，NA越大越好，因?yàn)楣饫w的數(shù)值孔徑大些對于光纖的對接是有利的。但是NA太大時，光纖的?；兗哟螅瑫绊懝饫w的帶寬。因此，在光纖通信系統(tǒng)中，對光纖的數(shù)值孔徑有一定的要求。通常為了地把光射入到光纖中去，應(yīng)采用其數(shù)值孔徑與光纖數(shù)值孔徑相同的透鏡進(jìn)行集光。 數(shù)值孔徑是多模光纖的重要參數(shù)，它表征光纖端面接收光的能力，其取值的大小要兼顧光纖接收光的能力和對模式色散的影響。

2.模場直徑d

    模場直徑表征單模光纖集中光能量的程度。 由于單模光纖中只有基模在進(jìn)行傳輸，因此粗略地講，模場直徑就是在單模光纖的接收端面上基模光斑的直徑（實(shí)際上基模光斑并沒有明顯的邊界）。 可以極其粗略地認(rèn)為（很不嚴(yán)格的說法），模場直徑d 和單模光纖的纖芯直徑相近。

3.截止波長λc

    我們知道，當(dāng)光纖的歸一化頻率V小于其歸一化截止頻率Vc時，才能實(shí)現(xiàn)單模傳輸，即在光纖中僅有基模在傳輸，其余的高次模全部截止。 也就是說，除了光纖的參量如纖芯半徑，數(shù)值孔徑必須滿足一定條件外，要實(shí)現(xiàn)單模傳輸還必須使光波波長大于某個數(shù)值，即λ≥λc，這個數(shù)值就叫做單模光纖的截止波長。 因此，截止波長λc的含義是，能使光纖實(shí)現(xiàn)單模傳輸?shù)淖钚」ぷ鞴獠úㄩL。也就是說，盡管其它條件皆滿足，但如果光波波長不大于單模光纖的截止波長，仍不可能實(shí)現(xiàn)單模傳輸。

4.回波損耗---Return Loss

    回波損耗又稱為反射損耗，它是指出光端，后向反射光相對輸入光的比率的分貝數(shù)，回波損耗愈大愈好，以減少反射光對光源和系統(tǒng)的影響.

5.接收靈敏度(Receiver Sensitivity)

    衡量接收端為保證一定誤碼率(1×10exp(-12))所需接收的最小平均光功率,單位為 dBm.

6.誤碼率

    誤碼率是指在較長一段時間內(nèi),經(jīng)過接收端的光電轉(zhuǎn)換后收到的誤碼碼元數(shù)與誤碼儀輸出端給出碼元數(shù)的比率.

7.瑞利散射

    光纖在加熱制造過程中，熱騷動使原子產(chǎn)生壓縮性的不均勻，造成材料密度不均勻，進(jìn)一步造成折射率的不均勻。這種不均勻在冷卻過程中固定下來，引起光的散射，稱為瑞利散射。

8. 鬼影

    它是由于光在較短的光纖中，到達(dá)光纖末端B產(chǎn)生反射，反射光功率仍然很強(qiáng)，在回程中遇到個活動接頭A，一部分光重新反射回B，這部分光到達(dá)B點(diǎn)以后，在B點(diǎn)再次反射回OTDR，這樣在OTDR形成的軌跡圖中會發(fā)現(xiàn)在噪聲區(qū)域出現(xiàn)了一個反射現(xiàn)象。

9. 死區(qū)

死區(qū)的產(chǎn)生是由于反射淹沒散射并且使得接收器飽和引起，通常分為衰減死區(qū)和事件死區(qū)兩種情況。

     1)、衰減死區(qū)：從反射點(diǎn)開始到接收點(diǎn)回復(fù)到后向散射電平約0.5db范圍內(nèi)的這段距離。這 是OTDR能夠再次測試衰減和損耗的點(diǎn)。

     2)、 事件死區(qū)：從OTDR接收到的反射點(diǎn)開始到OTDR恢復(fù)的反射點(diǎn)1.5db一下的這段距離，這里可以看到是否存在第二個反射點(diǎn)，但是不能測試衰減和損耗。

10.后向散射系數(shù)

    如果連接的兩條光纖的后向散射系數(shù)不同，就很有可能在OTDR上出現(xiàn)被測光纖是一個增益器的現(xiàn)象，這是由于連接點(diǎn)的后端散射系數(shù)大于前端散射系數(shù)，導(dǎo)致連接點(diǎn)后端反射回來的光功率反而高于前面反射回的光功率的緣故。遇到這種情況，建議大家用雙向測試平均趣值的辦法來對該光纖進(jìn)行測量。

11. 動態(tài)范圍

    它表示后向散射開始與噪聲峰值間的功率損耗比。它決定了OTDR所能測得的最長光纖距離。如果OTDR的動態(tài)范圍較小，而待測光纖具有較高的損耗，則遠(yuǎn)端可能會消失在噪聲中.

12.吸收

    在光纖傳輸中，如果光（光子流）所擁有的頻率具有的能量等于材料的能級距離，這種光會被材料吸收。這種吸收導(dǎo)致光功率的損耗，而減少損耗可以通過改變光的頻率或改善材料。材料的主要吸收波峰在945nm、1240nm、1380nm處。在實(shí)際應(yīng)用中，改善材料的方法已經(jīng)達(dá)到極限，我們只能通過改變光的頻率。符合需求的光波長有三個吸收較小的區(qū)域，分別位于850nm附近，1300nm附近和1500nm附近，這三個區(qū)域被稱為透明窗口。