Something About Optical fiber

光纤的结构

从内到外，纤芯(core)、包层(cladding)、涂覆层(buffer coating)

折射率: 纤芯($n_1$) > 包层($n_2$)

包层直径统一为$125 \mu m$

纤芯为$65 \mu m 或 9 \mu m$

溶接需去包层

实际导通率以 OTDR(Optical time-domain reflectometer) 为准

光纤导光原理

反射(镜面对称)、折射(光入水)

全反射: 没有折射，只有反射

空气到纤芯有一定折射

光源入射角越小越好

$$\begin{align*} 数值孔徑 = NA = \sin(\theta_{max}) = \sqrt{ {n_1}^2 - {n_2}^2 } \end{align*}$$

数值孔徑表示光纤接收入射光的能力。太大会产生色散(变成多模)，影响传输。

${\theta}_{max}$ 表示最大入射角

• 不要直视激光

• 溶接时，数值孔徑需一致(同厂家、型号、批次)

光纤分类

1. 按波长

• 短波: $\lambda = 850 nm$ | 短距离通信

• 长波: $\lambda = 1310 nm$ or $\lambda = 1550$

2. 按模式

• 单模(SMF)(Single-Mode Fiber)

• 多模(MMF)(Multi-Mode Fiber)

$归一化频率 = V = \frac{2\pi}{\lambda} \cdot a \cdot \sqrt{ {n_1}^2 - {n_2}^2 }$

$a = 纤芯半径$，$\lambda = 光源波长$

如果$V > 2.405$，多模

如果$V < 2.405$，单模 $\Rightarrow$ $\lambda > \frac{2 \pi}{2.405} \cdot a \cdot NA = 单模传输的截止波长$

单、双模划分取决于波长

多模会产生模式色散，降低传输容量(速率)，只适合短距离通信

色散: 在光学中，将复色光分解成单色光的过程，叫光的色散； 单色光为红，绿，蓝“三原色”

单模芯徑一定细($9 \mu m$)，细的不一定单模

多模芯徑一定粗($65 \mu m$)，粗的不一定单模

3. 按折射率

以下皆指 光纤到包层 的折射率变化

• 阶跃型

• 渐变型: 可以减少色散

光纤的损耗

$P_0 = 2mW = 10 \cdot \lg\frac{2mW}{1mW} = 3\ dBm$

$P_1 = 0.5mW = 10 \cdot \lg\frac{0.5mW}{1mW} = -3\ dBm$

P 是光功率

$A = P_0 - P_1 = 6\ dB$ ce shi 或

$A = 10 \cdot \lg\frac{2mW}{0.5mW} = 10 \cdot \lg4 = 6\ dB$

A 是光纤损耗

OTDR 背向散射曲线

中继段光纤的总损耗用光源、光功率计测试

导通率用 OTDR(Optical time-domain reflectometer) 测试

OTDR 测试时，对端必须断开

OTDR 会测出距离，如果不等于 expected length，那说明光纤(在中途)断了

OTDR图，左高右低的尖峰是由于使用活动连接器，面对空气有(菲淣尔)反射，最后一个尖峰是断点(断点也面对空气)，末尾的密集波形为噪声

单纯的下降台阶可能是因为溶接口没接好 or 光纤过度弯折

色散

• 模式色散: only for MMF (只有多模光纤有)

• 色度色散: 材料色散 + 波导色散(<0)

色散和 = 各种色散值相加

光纤接合

活动连接器种类

两端连接器插头采用不同类型或不同端面的跳线，称为跳纤。

插拔注意事项

使用酒精棉球，湿了就好

插拔连接器，拿金属部分或方形塑料

光纤适配器不用时，戴上防尘帽

光纤接入损耗

$10 \cdot \lg\frac{P_入}{P_出} \leq 0.5\ dB$