光纖測量技術(shù)課件.ppt

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1、6.1光纖概述6.2光纖用光源和傳輸連接器件6.3光纖傳感原理6.4光纖光柵傳感器6.5光纖傳感器的應(yīng)用第6章光纖測量技術(shù)6.1光纖測量技術(shù)以光波為載體，光纖為媒質(zhì)來感知和傳輸外界被測信號纖芯、包層、涂敷層、護(hù)套主體----纖芯與包層特殊場合：沒有涂敷層和護(hù)套---裸纖(1)光纖的基本結(jié)構(gòu)涂敷層---材料：硅酮或丙烯酸鹽---隔離雜光。纖芯---石英玻璃；直徑：5~75μm；材料：二氧化硅（主體），摻雜其他微量元素---提高折射率包層---直徑：100~200μm；材料：二氧化硅（主體）---折射率略低于纖芯。護(hù)套---材料:尼龍/其他有機(jī)材料---提高機(jī)械強(qiáng)度，保護(hù)光

2、纖(2)光纖原理θ1θ2n2n1θc全反射：光密介質(zhì)1→光疏介質(zhì)2(n1>n2)→θ1<θ2θ1↑→θ2↑臨界角：θ2=90o→θ1=θC→→θ2=90o→θ2>90o→全反射光纖波導(dǎo)原理：光束：空氣→纖芯n1→從一端到另一端空氣→纖芯：纖芯→包層：（全反射）空氣n0、纖芯n1、包層n2(n1>n2>n0)集光性能(3)光纖模式光波在光纖中的傳播途徑和方式，是離散的。①單模光纖：只傳輸主模（波長1310nm/1550nm）；傳輸頻帶寬，適于大容量，長距離通訊。優(yōu)點(diǎn)：信號畸變小、信息容量大、線性好、靈敏度高缺點(diǎn)：纖芯較小，制造、連接、耦合困難。②多模光纖：在工作波長（85

3、0nm/1300nm）下多個(gè)模式在光纖中傳輸；頻帶較窄，適于小容量，短距離。優(yōu)點(diǎn)：纖芯面積較大，制造、連接、耦合容易。缺點(diǎn)：性能較差。a)圖6-4單模/多模光纖光線軌跡圖b)(4)光纖分類按原材料：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、復(fù)合材料（如塑料包層、液體纖芯等）、紅外材料等。2.按傳輸模式：單模光纖、多模光纖。單模光纖只傳輸一種模式，多模光纖能傳幾百至幾千種模式。3.按折射率分布：階躍型、近階躍型、漸變型、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。4.按工作波長：紫外光纖、可觀光纖、近紅外光纖、紅外光纖。短波長光纖為0.8～0.9μm的光纖；長波長光纖為1.0～1.7μm；超長波

4、長光纖為2μm以上。5.按制造方法：汽相軸向沉積、化學(xué)汽相沉積，拉絲法等。(5)光纖特性1.物理特性：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用兩根光纖組成傳輸系統(tǒng)。按波長分3種：0.85μm短波長區(qū)，多模光纖方式；1.3μm長波長區(qū)，多模和單模兩種方式；1.55μm長波長區(qū)，單模光纖方式。2.傳輸特性：通過內(nèi)部全反射傳輸光信號，傳輸率Gb/s級，信號損耗和衰減非常小，適合長距離傳輸。3.連通性：普遍用于點(diǎn)到點(diǎn)鏈路。功率損失和衰減小，帶寬較大，支持比雙絞線或同軸電纜多的分接頭數(shù)。4.傳輸范圍：6～8km距離內(nèi)不用中繼器傳輸，可在幾個(gè)建筑物之間通過點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路連接局域網(wǎng)絡(luò)。5.抗干擾性：不受電磁干擾及

5、噪聲影響的獨(dú)有特征，長距離保持高數(shù)據(jù)傳輸率，很好安全性。(6)光纖損耗與色散1．光纖的損耗——固有損耗和附加損耗固有損耗由光纖材料特性決定，包括散射損耗、吸收損耗和因光纖結(jié)構(gòu)不完善引起的損耗。附加損耗由光纖鋪設(shè)過程中人為造成的，包括微彎損耗、彎曲損耗和接續(xù)損耗，應(yīng)盡量避免的。2．光纖的色散光脈沖傳播時(shí)因各波長群速度不同產(chǎn)生的脈沖展寬現(xiàn)象，與波速、波長變化有關(guān)原因：光源發(fā)出的并不是單色光；調(diào)制信號有一定的帶寬。分類：①模式色散：多模光纖中不同模式的光因傳播速度不同而引起的色散。②色度色散：光源光譜中不同波長在光纖中的群延時(shí)差所引起的光脈沖展寬現(xiàn)象。③偏振模色散：當(dāng)光纖存在

6、雙折射時(shí)，因單模光纖中存在偏振方向相互正交的兩個(gè)基模的傳輸速度不同而引起的色散。（7）光纖的偏振與雙折射1.單模光纖僅傳播HE11一種模式。理想情況下HE11模為垂直于光纖軸線的線偏光，可以分解為彼此獨(dú)立、互不影響的兩個(gè)正交偏振分量HEX11和HEY11，它們的傳播常數(shù)相等，即?x=?y，在傳播過程中始終保持相位相同。實(shí)際的光纖總含有一些非對稱因素，使兩個(gè)本來簡并的模式HEX11和HEY11的傳播常數(shù)出現(xiàn)異常，即?x-?y≠0。線偏態(tài)沿光纖不再保持不變而發(fā)生連續(xù)變化，這種現(xiàn)象稱為光纖的雙折射效應(yīng)。可用歸一化雙折射系數(shù)B或拍長?來表示。nav——單模光纖的平均折射率；?a

7、v——單模光纖的平均傳播常數(shù)。?通常在10cm～2m之間2.保偏/高雙折射率光纖，B值達(dá)10-4～10-3量級，相當(dāng)于?在毫米量級，結(jié)構(gòu)如下所示。橢圓芯橢圓包層熊貓型領(lǐng)結(jié)型圖6-5保偏光纖橫截面結(jié)構(gòu)3.低雙折射率光纖，B為10-7量級以下，?達(dá)100m以上的單模光纖。按其生產(chǎn)工藝的特性命名的。結(jié)論：上述單模光纖實(shí)際存在著兩個(gè)彼此獨(dú)立的正交模態(tài)，為雙模態(tài)工作。若在制造光纖時(shí)，使單模光纖的兩個(gè)模態(tài)具有不同的衰減率，二者的消光比達(dá)到50dB以上，則其中的高損耗模態(tài)實(shí)際上已經(jīng)截止，光纖中只剩下一個(gè)偏振模傳輸，此時(shí)才是真正純粹的單模光纖。純單模光纖