光纖 又名：光導(dǎo)纖維,OpticalFiber,Fiber

       2022年，單晶有機金屬鈣鈦礦光纖首次制成。2023年5月，中國科學(xué)家實現(xiàn)千公里無中繼光纖量子密鑰分發(fā)。6月，中國科學(xué)家成功實現(xiàn)508公里光纖量子通信。

光纖簡介

　　微細(xì)的光纖封裝在塑料護套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常，光纖的一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管（light emitting diode,LED）或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。

　　在日常生活中，由于光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)損耗比電在電線傳導(dǎo)的損耗低得多，光纖被用作長距離的信息傳遞。

　　通常光纖與光纜兩個名詞會被混淆.多數(shù)光纖在使用前必須由幾層保護結(jié)構(gòu)包覆,包覆后的纜線即被稱為光纜.光纖外層的保護結(jié)構(gòu)可防止周圍環(huán)境對光纖的傷害,如水,火,電擊等.光纜分為:光纖,緩沖層及披覆.光纖和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。在多模光纖中，芯的直徑是15μm~50μm， 大致與人的頭發(fā)的粗細(xì)相當(dāng)。而單模光纖芯的直徑為8μm~10μm。芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套， 以使光纖保持在芯內(nèi)。再外面的是一層薄的塑料外套，用來保護封套。光纖通常被扎成束，外面有外殼保護。 纖芯通常是由石英玻璃制成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體，它質(zhì)地脆,易斷裂,因此需要外加一保護層。 　　

發(fā)展歷史

發(fā)明

　　1870年的一天，英國物理學(xué)家丁達(dá)爾到皇家學(xué)會的演講廳講光的全反射原理，他做了一個簡單的實驗：在裝滿水的木桶上鉆個孔，然后用燈從桶上邊把水照亮。結(jié)果使觀眾們大吃一驚。人們看到，放光的水從水桶的小孔里流了出來，水流彎曲，光線也跟著彎曲，光居然被彎彎曲曲的水俘獲了。

　　人們曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)，光能沿著從酒桶中噴出的細(xì)酒流傳輸；人們還發(fā)現(xiàn)，光能順著彎曲的玻璃棒前進。這是為什么呢？難道光線不再直進了嗎？這些現(xiàn)象引起了丁達(dá)爾的注意，經(jīng)過他的研究，發(fā)現(xiàn)這是光的全反射 [2]的作用，由于水等介質(zhì)密度比周圍的物質(zhì)（如空氣）大，即光從水中射向空氣，當(dāng)入射角大于某一角度時，折射光線消失，全部光線都反射回水中。表面上看，光好像在水流中彎曲前進。

　　后來人們造出一種透明度很高、粗細(xì)像蜘蛛絲一樣的玻璃絲──玻璃纖維，當(dāng)光線以合適的角度射入玻璃纖維時，光就沿著彎彎曲曲的玻璃纖維前進。由于這種纖維能夠用來傳輸光線，所以稱它為光導(dǎo)纖維。

大事記

　　1880年，AlexandraGrahamBell發(fā)明光束通話傳輸。

　　1960年，電射及光纖之發(fā)明。

　　1960年，玻璃纖維的傳輸損耗大于1000dB/km，其他材料包括光圈波導(dǎo)、氣體透鏡波導(dǎo)、空心金屬波導(dǎo)管等。

　　1966年，七月，英籍、華裔學(xué)者高錕博士（K.C.Kao）在PIEE 雜志上發(fā)表論文《光頻率的介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，從理論上分析證明了用光纖作為傳輸媒體以實現(xiàn)光通信的可能性，并預(yù)言了制造 通信 用的超低耗光纖的可能性。

　　1970年，美國康寧公司三名科研人員馬瑞爾、卡普隆、凱克用改進型化學(xué)相沉積法（MCVD 法）成功研制成傳輸損耗只有20dB/km的低損耗石英光纖。

　　1970年，美國貝爾實驗室研制出世界上第一只在室溫下連續(xù)波工作的砷化鎵鋁半導(dǎo)體激光器。

　　1972年，傳輸損耗降低至4dB/km。

　　1974年，美國貝爾研究所發(fā)明了低損耗光纖制作法――CVD法（化學(xué)氣相沉積法），使光纖傳輸損耗降低到1.1dB/km。

　　1976年，美國在亞特蘭大的貝爾實驗室地下管道開通了世界上第一條光纖通信系統(tǒng)的試驗線路。采用一條擁有144個光纖的光纜以44.736Mbps的速率傳輸信號，中繼距離為10 km。采用的是多模光纖，光源用的是發(fā)光管LED，波長是0.85微米的紅外光。

　　1976年，傳輸損耗降低至0.5dB/km

　　1977年，貝爾研究所和日本電報電話公司幾乎同時研制成功壽命達(dá)100萬小時（實用中10年左右）的半導(dǎo)體激光器。

　　1977年，世界上第一條光纖通信系統(tǒng)在美國芝加哥市投入商用，速率為45Mb/s。

　　1977年，首次實際安裝電話光纖網(wǎng)路。

　　1978年，F(xiàn)ORT在法國首次安裝其生產(chǎn)之光纖電。

　　1979年，趙梓森拉制出我國自主研發(fā)的第一根實用光纖，被譽為“中國光纖之父”。

　　1979年，傳輸損耗降低至0.2dB/km。

　　1980年，多模光纖通信系統(tǒng)商用化（140Mb/s），并著手單模光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗工作。

　　1990年，單模光纖通信系統(tǒng)進入商用化階段（565Mb/s），并著手進行零色散移位光纖和波分復(fù)用及相干通信的現(xiàn)場試驗，而且陸續(xù)制定數(shù)字同步體系（SDH）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　1990年，傳輸損耗降低至0.14dB/km，已經(jīng)接近石英光纖的理論衰耗極限值0.1dB/km。

　　1990年，區(qū)域網(wǎng)絡(luò)及其他短距離傳輸應(yīng)用之光纖。

　　1992年，貝爾實驗室與日本合作伙伴成功地試驗了可以無錯誤傳輸9000公里的光放大器，其最初速率為5Gbps，隨后增加到10Gbps。

　　1993年，SDH產(chǎn)品開始商用化（622Mb/s 以下）。

　　1995年，2.5Gb/s 的SDH產(chǎn)品進入商用化階段。

　　1996年，10Gb/s 的SDH產(chǎn)品進入商用化階段。

　　1997年，采用波分復(fù)用技術(shù)（WDM）的20Gb/s 和40Gb/s 的SDH產(chǎn)品試驗取得重大突破。

　　2000年，到屋邊光纖=>到桌邊光纖。

　　2005年，3.2Tbps超大容量的光纖通信系統(tǒng)在上海至杭州開通。

　　2005年，FTTH（Fiber To The Home）光纖直接到家庭。

　　2021年，分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用展示會在北京召開。光纖，不只是傳輸信號的“血管”，如今，也成為監(jiān)測信號的“神經(jīng)”。

　　2023年5月，從中國信科集團光通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)全國重點實驗室（以下簡稱光全重）獲悉，繼2022年10月實現(xiàn)全球首次3.03Pbit/s單模19芯光纖傳輸系統(tǒng)實驗后，該實驗室又實現(xiàn)了總傳輸容量4.1Pbit/s，凈傳輸容量3.61Pbit/s的單模19芯光纖傳輸系統(tǒng)實驗，相比去年的紀(jì)錄，傳輸容量提升近40%。

　　2023年5月，中國科學(xué)家實現(xiàn)千公里無中繼光纖量子密鑰分發(fā)。不僅創(chuàng)下了光纖無中繼量子密鑰分發(fā)距離的世界紀(jì)錄，也提供了城際量子通信高速率主干鏈路的方案。

光纖傳輸優(yōu)點

　　直到1960年，美國科學(xué)家Maiman發(fā)明了世界上第一臺激光器后，為光通訊提供了良好的光源。隨后二十多年，人們對光傳輸介質(zhì)進行了攻關(guān)，終于制成了低損耗光纖，從而奠定了光通訊的基石。從此，光通訊進入了飛速發(fā)展的階段。

　　光纖傳輸有許多突出的優(yōu)點：

　　1．頻帶寬

　　頻帶的寬窄代表傳輸容量的大小。載波的頻率越高，可以傳輸信號的頻帶寬度就越大。在VHF頻段，載波頻率為48．5MHz～300Mhz。帶寬約250MHz，只能傳輸27套電視和幾十套調(diào)頻廣播?？梢姽獾念l率達(dá)100000GHz，比VHF頻段高出一百多萬倍。盡管由于光纖對不同頻率的光有不同的損耗，使頻帶寬度受到影響，但在最低損耗區(qū)的頻帶寬度也可達(dá)30000GHz。目前單個光源的帶寬只占了其中很小的一部分(多模光纖的頻帶約幾百兆赫，好的單模光纖可達(dá)10GHz以上)，采用先進的相干光通信可以在30000GHz范圍內(nèi)安排2000個光載波，進行波分復(fù)用，可以容納上百萬個頻道。

　　2．損耗低

　　在同軸電纜組成的系統(tǒng)中，最好的電纜在傳輸800MHz信號時，每公里的損耗都在40dB以上。相比之下，光導(dǎo)纖維的損耗則要小得多，傳輸1、31um的光，每公里損耗在0．35dB以下若傳輸1．55um的光，每公里損耗更小，可達(dá)0．2dB以下。這就比同軸電纜的功率損耗要小一億倍，使其能傳輸?shù)木嚯x要遠(yuǎn)得多。此外，光纖傳輸損耗還有兩個特點，一是在全部有線電視頻道內(nèi)具有相同的損耗，不需要像電纜干線那樣必須引人均衡器進行均衡；二是其損耗幾乎不隨溫度而變，不用擔(dān)心因環(huán)境溫度變化而造成干線電平的波動。

　　3．重量輕

　　因為光纖非常細(xì)，單模光纖芯線直徑一般為4um～10um，外徑也只有125um，加上防水層、加強筋、護套等，用4～48根光纖組成的光纜直徑還不到13mm，比標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜的直徑47mm要小得多，加上光纖是玻璃纖維，比重小，使它具有直徑小、重量輕的特點，安裝十分方便。

　　4．抗干擾能力強

　　因為光纖的基本成分是石英，只傳光，不導(dǎo)電，不受電磁場的作用，在其中傳輸?shù)墓庑盘柌皇茈姶艌龅挠绊?，故光纖傳輸對電磁干擾、工業(yè)干擾有很強的抵御能力。也正因為如此，在光纖中傳輸?shù)男盘柌灰妆桓`聽，因而利于保密。

　　5．保真度高

　　因為光纖傳輸一般不需要中繼放大，不會因為放大引人新的非線性失真。只要激光器的線性好，就可高保真地傳輸電視信號。實際測試表明，好的調(diào)幅光纖系統(tǒng)的載波組合三次差拍比C／CTB在70dB以上，交調(diào)指標(biāo)cM也在60dB以上，遠(yuǎn)高于一般電纜干線系統(tǒng)的非線性失真指標(biāo)。

　　6．工作性能可靠

　　我們知道，一個系統(tǒng)的可靠性與組成該系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量有關(guān)。設(shè)備越多，發(fā)生故障的機會越大。因為光纖系統(tǒng)包含的設(shè)備數(shù)量少(不像電纜系統(tǒng)那樣需要幾十個放大器)，可靠性自然也就高，加上光纖設(shè)備的壽命都很長，無故障工作時間達(dá)50萬～75萬小時，其中壽命最短的是光發(fā)射機中的激光器，最低壽命也在10萬小時以上。故一個設(shè)計良好、正確安裝調(diào)試的光纖系統(tǒng)的工作性能是非常可靠的。

　　7．成本不斷下降

　　目前，有人提出了新摩爾定律，也叫做光學(xué)定律（Optical Law）。該定律指出，光纖傳輸信息的帶寬，每6個月增加1倍，而價格降低1倍。光通信技術(shù)的發(fā)展，為Internet寬帶技術(shù)的發(fā)展奠定了非常好的基礎(chǔ)。這就為大型有線電視系統(tǒng)采用光纖傳輸方式掃清了最后一個障礙。由于制作光纖的材料(石英)來源十分豐富，隨著技術(shù)的進步，成本還會進一步降低；而電纜所需的銅原料有限，價格會越來越高。顯然，今后光纖傳輸將占絕對優(yōu)勢，成為建立全省、以至全國有線電視網(wǎng)的最主要傳輸手段。 

光纖結(jié)構(gòu)原理

　　光導(dǎo)纖維是由兩層折射率不同的玻璃組成。內(nèi)層為光內(nèi)芯，直徑在幾微米至幾十微米，外層的直徑0.1～0.2mm。一般內(nèi)芯玻璃的折射率比外層玻璃大1％。根據(jù)光的折射和全反射原理,當(dāng)光線射到內(nèi)芯和外層界面的角度大于產(chǎn)生全反射的臨界角時，光線透不過界面，全部反射。這時光線在界面經(jīng)過無數(shù)次的全反射，以鋸齒狀路線在內(nèi)芯向前傳播，最后傳至纖維的另一端。這種光導(dǎo)纖維屬皮芯型結(jié)構(gòu)。若內(nèi)芯玻璃折射率是均勻的，在界面突然變化降低至外層玻璃的折射率，稱為階躍型結(jié)構(gòu)。如內(nèi)芯玻璃斷面折射率從中心向外變化到低折射率的外層玻璃，稱為梯度型結(jié)構(gòu)。外層玻璃具有光絕緣性和防止內(nèi)芯玻璃受污染。另一類光導(dǎo)纖維稱自聚焦型結(jié)構(gòu)，它好似由許多微雙凸透鏡組合而成，迫使入射光線逐漸自動地向中心方向會聚，這類纖維中心的折射率最高，向四周連續(xù)均勻地減少，至邊緣為最低。 

光纖的種類：

A.按光在光纖中的傳輸模式可分為：單模光纖和多模光纖。

　　多模光纖：中心玻璃芯較粗（50或62.5μm），可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。單模光纖：中心玻璃芯較細(xì)（芯徑一般為9或10μm），只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。

B.按最佳傳輸頻率窗口分：常規(guī)型單模光纖和色散位移型單模光纖。

　　常規(guī)型：光纖生產(chǎn)廠家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上，如1300nm。
色散位移型：光纖生產(chǎn)長家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個波長的光上，如：1300nm和1550nm。 

C.按折射率分布情況分：突變型和漸變型光纖。

　　突變型：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的。其成本低，模間色散高。適用于短途低速通訊，如：工控。但單模光纖由于模間色散很小，所以單模光纖都采用突變型。
漸變型光纖：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高模光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現(xiàn)在的多模光纖多為漸變型光纖。 

通信光纖主要分類:

1）傳輸點模數(shù)類

　　傳輸點模數(shù)類分單模光纖(Single Mode Fiber)和多模光纖(Multi Mode Fiber)。單模光纖的纖芯直徑很小, 在給定的工作波長上只能以單一模式傳輸,傳輸頻帶寬,傳輸容量大。多模光纖是在給定的工作波長上,能以多個模式同時傳輸?shù)墓饫w。 與單模光纖相比,多模光纖的傳輸性能較差。

2)折射率分布類

　　折射率分布類光纖可分為階躍（SI）型光纖和漸變（GI）型光纖兩種。跳變式光纖纖芯的折射率和保護層的折射率都是一個常數(shù)。 在纖芯和保護層的交界面,折射率呈階梯型變化。漸變式光纖纖芯的折射率隨著半徑的增加按一定規(guī)律減小, 在纖芯與保護層交界處減小為保護層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線。。GI型的折射率以纖芯中心為最高，沿向包層徐徐降低。從幾何光學(xué)角度來看，在纖芯中前進的光束呈現(xiàn)以蛇行狀傳播。由于，光的各個路徑所需時間大致相同。所以，傳輸容量較SI型大。SI型MMF光纖的折射率分布，纖芯折射率的分布是相同的，但與包層的界面呈階梯狀。由于SI型光波在光纖中的反射前進過程中，產(chǎn)生各個光路徑的時差，致使射出光波失真，色激較大。其結(jié)果是傳輸帶寬變窄，目前SI型MMF應(yīng)用較少。 

光纖的模式-單模與多模光纖

　　光纖可以支持一個或幾個（有時甚至許多） 傳導(dǎo)模式 ，這些模式的強度分布位于纖芯及其周圍，不過也會有一些光強在包層中傳導(dǎo)。此外，還有眾多的包層模 ，它們并沒有被約束在纖芯周圍。通常包層模傳輸一小段距離后就會損耗掉，但是在某些情況下也可以傳輸更長的距離。在包層外通常還有一個起保護作用的聚合物涂覆層，它能夠改進光纖的機械強度、防止潮濕、并確保包層模具有一定的損耗。這些涂覆層可由如丙烯酸酯，硅樹脂或聚酰亞胺等材料組成。

單模和多模光纖的重要的區(qū)別是：

　　單模光纖這是指在工作波長中，只能傳輸一個傳播模式的光纖，通常簡稱為單模光纖（SMF：Single ModeFiber）。目前，在有線電視和光通信中，是應(yīng)用最廣泛的光纖。由于，光纖的纖芯很細(xì)（約10pm）而且折射率呈階躍狀分布，當(dāng)歸一化頻率V參數(shù)＜2.4時，理論上，只能形成單模傳輸。另外，SMF沒有多模色散，不僅傳輸頻帶較多模光纖更寬，再加上SMF的材料色散和結(jié)構(gòu)色散的相加抵消，其合成特性恰好形成零色散的特性，使傳輸頻帶更加拓寬。SMF中，因摻雜物不同與制造方式的差別有許多類型。凹陷型包層光纖（DePr-essed Clad Fiber），其包層形成兩重結(jié)構(gòu)，鄰近纖芯的包層，較外倒包層的折射率還低。另外，有匹配型包層光纖，其包層折射率呈均勻分布。。

　　多模光纖有更大的纖芯和（或）更大的纖芯包層折射率差，因此它們支持不同強度的分布的多種模式。多模光纖將光纖按工作波長以其傳播可能的模式為多個模式的光纖稱作多模光纖（MMF：MUlti ModeFiber）。纖芯直徑為50pm，由于傳輸模式可達(dá)幾百個，與SMF相比傳輸帶寬主要受模式色散支配。由于MMF較SMF的芯徑大且與LED等光源結(jié)合容易，在眾多LAN中更有優(yōu)勢。所以，在短距離通信領(lǐng)域中MMF仍在重新受到重視。

　　長距離光纖通信系統(tǒng)通常使用單模光纖，因為不同的模式有不同群速度，在高速數(shù)據(jù)傳輸時將導(dǎo)致信號失真（ 見模間色散 ） 。但是對于較短距離的數(shù)據(jù)傳輸，使用多模光纖能降低對光源和準(zhǔn)直器件的要求。因此，在局域網(wǎng)（ LANs ）中 ，除非需要提供非常高的帶寬，通常使用的多模光纖。

　　單模光纖通常也用于光纖激光器和放大器 。多模光纖常用于當(dāng)光源的光束質(zhì)量比較低且（或）需要大模場面積以傳遞高功率激光時的傳輸。

　　光纖中不同的模式可以通過多種效應(yīng)發(fā)生耦合，如彎曲或不規(guī)則的折射率分布。它們可能是無意引入的，也可能是有意引入的，如光纖布喇格光柵 。波導(dǎo)理論表明，波數(shù)差是影響不同模式之間耦合的重要因素，要實現(xiàn)有效的耦合，它必須與導(dǎo)致耦合的擾動的空間頻率相匹配。 

光纖系統(tǒng)的運用

　　多股光導(dǎo)纖維做成的光纜可用于通信，它的傳導(dǎo)性能良好，傳輸信息容量大，一條通路可同時容納數(shù)十人通話；可以同時傳送數(shù)十套電視節(jié)目，供自由選看。光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡可導(dǎo)入心臟和腦室，測量心臟中的血壓、血液中氧的飽和度、體溫等。用光導(dǎo)纖維連接的激光手術(shù)刀已在臨床應(yīng)用，并可用作光敏法治癌。

　　光導(dǎo)纖維可以把陽光送到各個角落，還可以進行機械加工。計算機、機器人、汽車配電盤等也已成功地用光導(dǎo)纖維傳輸光源或圖像。如與敏感元件組合或利用本身的特性,則可以做成各種傳感器,測量壓力、流量、溫度、位移、光澤和顏色等。在能量傳輸和信息傳輸方面也獲得廣泛的應(yīng)用。

　　高分子光導(dǎo)纖維開發(fā)之初，僅用于汽車照明燈的控制和裝飾?，F(xiàn)在主要用于醫(yī)學(xué)、裝飾、汽車、船舶等方面，以顯示元件為主。在通信和圖像傳輸方面，高分子光導(dǎo)纖維的應(yīng)用日益增多，工業(yè)上用于光導(dǎo)向器、顯示盤、標(biāo)識、開關(guān)類照明調(diào)節(jié)、光學(xué)傳感器等，同時也用在裝飾顯示、廣告顯示。 

光網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

　　光網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)類型有星形、總線形（含環(huán)形）和樹形等3種，可組合成各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。光網(wǎng)絡(luò)可橫向分割為核心網(wǎng)、城域／本地網(wǎng)和接入網(wǎng)。核心網(wǎng)傾向于采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，城域／本地網(wǎng)多采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，接入網(wǎng)將是環(huán)形和星形相結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)。光網(wǎng)絡(luò)可縱向分層為客戶層、光通道層（OCH）、光復(fù)用段層（OMS）和光傳送段層（OTS）等層。兩個相鄰層之間構(gòu)成客戶／服務(wù)層關(guān)系。

　　客戶層：由各種不同格式的客戶信號（如SDH、PDH、ATM、IP等）組成.

　　光通道層：為透明傳送各種不同格式的客戶層信號提供端到端的光通路聯(lián)網(wǎng)功能，這一層也產(chǎn)生和插入有關(guān)光通道配置的開銷，如波長標(biāo)記、端口連接性、載荷標(biāo)志（速率、格式、線路碼）以及波長保護能力等，此層包含OXC和OADM相關(guān)功能.

　　光復(fù)用段層：為多波長光信號提供聯(lián)網(wǎng)功能，包括插入確保信號完整性的各種段層開銷，并提供復(fù)用段層的生存性，波長復(fù)用器和高效交叉連接器屬于此層.

　　光傳送段層：為光信號在各種不同的光媒體（如G．652、G.653、G.655光纖）上提供傳輸功能，光放大器所提供的功能屬于此層。

　　從應(yīng)用領(lǐng)域來看，光網(wǎng)絡(luò)將沿著"干線網(wǎng)→本地網(wǎng)→城域網(wǎng)→接入網(wǎng)→用戶駐地網(wǎng)"的次序逐步滲透。 

特殊類型的光纖

　　所謂的雙包層光纖有一個單模纖芯和一個多模的內(nèi)包層，內(nèi)包層用于傳輸高功率光纖激光器或放大器的泵浦光。

　　保偏光纖有各種類型，但基本上都是通過引入高雙折射來實現(xiàn)的 。線偏振光的偏振方向與光纖一個雙折射軸方向相同時，其在光纖中傳輸可以保持初始的偏振狀態(tài)。此外還有單偏振光纖（起偏光纖），它的一個偏振方向具有很高的損耗。

　　光子晶體光纖又稱微結(jié)構(gòu)光纖或多孔光纖，是一種特殊類型的光纖。這種光纖常由單一材料構(gòu)成（通常是石英），包含非常小的空氣孔（直徑可在1 μm以下），這種光纖可利用堆砌毛細(xì)管形成帶孔的預(yù)制棒進行制造。通過改變空氣孔的排布方式，光纖可具有非常不同的特性，例如：

?非常大或小模場面積，從而導(dǎo)致極弱或極強的非線性 ；
?在非常大的波長范圍單模傳導(dǎo)（ 無截止單模光纖 ）
?把光場主要約束在空氣孔中傳導(dǎo)（ 空氣傳導(dǎo)光子帶隙光纖 ）
?不尋常的色散特性，如在可見光區(qū)域?qū)崿F(xiàn)反常色散

　　目前光子晶體光纖已在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域獲得關(guān)注，包括特殊的非線性光纖設(shè)備，工作在短波長區(qū)域的孤子光纖激光器和高功率光纖放大器 。

　　雖然大多數(shù)光纖纖芯由各種二氧化硅（例如鍺硅酸鹽玻璃或鋁硅酸鹽玻璃）構(gòu)成 ，但也可以使用其他的玻璃材料，如：

?磷酸鹽玻璃主要用于光纖放大器和激光器 （由于不易發(fā)生淬滅，可以可實現(xiàn)稀土離子的高濃度摻雜）
?硫系玻璃（硫化物，碲化物或硒化物玻璃）具有小聲子能量，主要用于中紅外應(yīng)用
?氟化物玻璃也具有小聲子能量，用于中紅外和上轉(zhuǎn)換激光器

　　低成本多模光纖可采用廉價的聚合物材料（塑料光纖 ，POF），這種光纖能夠采用簡單的擠壓方法制造，即使在大直徑的情況下仍具有較高的耐用性和靈活性。塑料光纖常用于中等速率的光數(shù)據(jù)傳輸，預(yù)計將在消費市場（如家庭網(wǎng)絡(luò)）、汽車和飛機制造業(yè)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在即使是光子晶體光纖也可以利用聚合物制造。一些聚合物光纖還可用于傳輸太赫茲波。

　　在某些情況下，光纖可采用某些晶體材料如藍(lán)寶石制成。但這些光纖通常不靈活，可以被看作是使用波導(dǎo)傳播細(xì)柱（中心可以有或沒有纖芯結(jié)構(gòu)） 。它們可用于極高功率光纖激光器和放大器 。 

光纖生產(chǎn)方法

　?、俟馨舴ǎ簩?nèi)芯玻璃棒插入外層玻璃管中（盡量緊密），熔融拉絲；

　?、陔p坩堝法：在兩個同心鉑坩堝內(nèi)，將內(nèi)芯和外層玻璃料分別放入內(nèi)、外坩堝中；

　?、鄯肿犹畛浞ǎ簩⑽⒖资⒉ＡО艚敫哒凵渎实奶砑觿┤芤褐校盟枵凵渎史植嫉臄嗝娼Y(jié)構(gòu)，再進行拉絲操作，它的工藝比較復(fù)雜。在光導(dǎo)纖維通信中還可用內(nèi)外氣相沉積法等，以保證能制造出光損耗率低的光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維應(yīng)用時還要做成光纜，它是由數(shù)根光導(dǎo)纖維合并先組成光導(dǎo)纖維芯線，外面被覆塑料皮，再把光導(dǎo)纖維芯線組合成光纜，其中光導(dǎo)纖維的數(shù)目可以從幾十到幾百根，最大的達(dá)到4000根。

　　光纖的制造是一個高度技術(shù)化和精細(xì)化的過程，涉及多個步驟和關(guān)鍵技術(shù)。以下是光纖生產(chǎn)的主要方法：

一、主要生產(chǎn)方法

　　1、管內(nèi)CVD（化學(xué)汽相沉積）法

　　2、棒內(nèi)CVD法

　　3、PCVD（等離子體化學(xué)汽相沉積）法

　　4、VAD（軸向汽相沉積）法

　　這些方法的核心步驟相似，都包括預(yù)制棒的制作、拉絲、涂覆和套塑等過程。

二、具體生產(chǎn)步驟

　　1、制備光纖材料

　　根據(jù)不同的要求和應(yīng)用場景，選擇不同的材料制備光纖材料，如硅酸鹽玻璃、氟化物玻璃、聚合物等。這些材料需要具有高純度，以確保光纖的質(zhì)量和性能。

　　2、制備光纖預(yù)制棒

　　將光纖材料加熱到熔融狀態(tài)，通過拉伸和旋轉(zhuǎn)等方法制備成光纖預(yù)制棒。預(yù)制棒的直徑一般在數(shù)毫米到數(shù)十毫米之間。

　　3、光纖拉絲

　　將預(yù)制棒加熱到一定溫度，使其軟化，然后通過拉絲塔中的拉絲模具將其拉伸成細(xì)長的光纖。在拉絲過程中，需要精確控制加熱爐的溫度和拉絲的速度，以確保光纖的直徑和結(jié)構(gòu)均勻。

　　4、涂覆和套塑

　　拉絲完成后，光纖表面需要涂覆一層保護層，以增強其機械性能和抵抗環(huán)境侵蝕的能力。涂覆層材料通常為聚合物，涂覆過程通過涂覆機完成。隨后，光纖可能還需要被套上一層塑料外護層，以進一步保護光纖。

　　5、切割和測試

　　將光纖切割成一定長度，并進行光學(xué)性能測試和質(zhì)量檢驗，確保光纖的質(zhì)量和性能符合要求。這些測試可能包括衰減測試、色散測試等。

三、關(guān)鍵技術(shù)和注意事項

　　1、材料純度

　　光纖原材料的純度必須很高，金屬雜質(zhì)的含量應(yīng)小于幾ppb，含氫化合物的含量應(yīng)小于1ppm，以確保光纖的質(zhì)量和性能。

　　2、工藝控制

　　光纖制造過程中需要精確控制各個參數(shù)和工藝，如溫度、壓力、拉伸速度等。這些參數(shù)和工藝的控制對于光纖的質(zhì)量和性能具有重要的影響。

　　3、環(huán)境控制

　　光纖制造應(yīng)在清潔、恒溫的環(huán)境中進行，以避免雜質(zhì)和污染物對光纖的影響。同時，還應(yīng)采取相應(yīng)的防靜電措施。

　　4、安全措施

　　光纖制造過程中涉及到高溫、高壓等危險因素，應(yīng)采取相應(yīng)的安全措施，確保生產(chǎn)過程的安全和穩(wěn)定。

四、其他生產(chǎn)方法

　　除了上述主要方法外，還有一些其他的光纖制造方法，如管棒法、雙坩堝法、分子填充法等。這些方法各有特點，適用于不同的應(yīng)用場景和需求。

　　綜上所述，光纖生產(chǎn)是一個復(fù)雜而精細(xì)的過程，需要嚴(yán)格控制各個步驟和參數(shù)以確保光纖的質(zhì)量和性能。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖制造技術(shù)也在不斷進步和完善。

光纖之父

　　光纖之父——高錕

　　前香港中文大學(xué)校長高錕和George A. Hockham首先提出光纖可以用于通訊傳輸?shù)脑O(shè)想，高錕因此獲得2009年諾貝爾物理學(xué)獎。高錕從理論上分析證明了用光纖作為傳輸媒體以實現(xiàn)光通信的可能性，并預(yù)言了制造通信用的超低耗光纖的可能性。被譽為“光纖之父”。

　　“光纖之父”通常指的是對光纖通信領(lǐng)域做出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家。其中，最廣為人知的是華裔物理學(xué)家高錕（Charles Kuen Kao）。

　　高錕，生于中國上海，祖籍江蘇金山（今上海市金山區(qū)），擁有英國、美國國籍并持中國香港居民身份。他是光纖通訊、電機工程專家，香港中文大學(xué)前校長，中國科學(xué)院外籍院士。被譽為“光纖之父”、“光纖通信之父”和“寬帶教父”。

　　高錕的主要貢獻(xiàn)在于他對光導(dǎo)纖維在通訊領(lǐng)域運用的研究。早在1966年，他就發(fā)表了具有開創(chuàng)性的論文，提出光導(dǎo)纖維在通信上應(yīng)用的基本原理，描述了長程及高信息量光通信所需絕緣性纖維的結(jié)構(gòu)和材料特性。盡管這一理論在初期并不被廣泛認(rèn)同，甚至有人嘲笑他“癡人說夢”，但高錕始終堅持自己的信念，并持續(xù)進行研究和改良技術(shù)。最終，他的研究成果促使了光纖通信系統(tǒng)的問世，為當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展鋪平了道路。

　　高錕的成就得到了國際社會的廣泛認(rèn)可。2009年，他因在“有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”作出突破性成就，與威拉德·博伊爾、喬治·埃爾伍德·史密斯共享諾貝爾物理學(xué)獎。此外，他還獲得了包括美國國家工程院院士、英國皇家學(xué)會院士、中央研究院院士、中國科學(xué)院外籍院士等眾多榮譽。

　　除了高錕之外，也有其他科學(xué)家被稱為“光纖之父”，如納林德?辛格?卡帕尼（Narinder S. Kapany），他因在光纖領(lǐng)域的研究和貢獻(xiàn)而廣受尊敬。但需要注意的是，不同來源對于“光纖之父”的稱呼可能有所不同，這反映了光纖通信領(lǐng)域多位杰出科學(xué)家的貢獻(xiàn)和成就。

　　在中國，也有科學(xué)家在光纖通信領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)，如趙梓森被譽為“中國光纖之父”。他“拉出”我國第一根實用型石英光纖，創(chuàng)立了我國光纖通信技術(shù)方案，為我國光纖通信在高新技術(shù)中成為與國際先進水平差距最小的領(lǐng)域之一作出了杰出貢獻(xiàn)。

　　綜上所述，“光纖之父”是對在光纖通信領(lǐng)域做出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家的尊稱，其中高錕是最為廣泛認(rèn)可的一位。

光纖收發(fā)器

　　光纖收發(fā)器，又稱光電轉(zhuǎn)換器，是一種用于實現(xiàn)光信號與電信號相互轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它的核心功能是在發(fā)送端將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，通過光纖傳輸后，在接收端再將光信號還原為電信號，從而完成數(shù)據(jù)在光纖和傳統(tǒng)雙絞線網(wǎng)絡(luò)之間的透明傳輸。光纖收發(fā)器在擴大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、增強數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量和安全性等方面發(fā)揮了重要作用，以下是關(guān)于光纖收發(fā)器的詳細(xì)介紹：

一、光纖收發(fā)器的工作原理

　　光纖收發(fā)器的工作原理主要基于光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，具體可以分為兩個主要過程：

　　1、發(fā)射過程：

　　電信號輸入：來自網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)信號被輸入到光纖收發(fā)器的發(fā)送端。

　　光電轉(zhuǎn)換：在發(fā)送端，電信號通過驅(qū)動電路驅(qū)動激光二極管（LD）或發(fā)光二極管（LED），將電信號轉(zhuǎn)換為光信號。這一過程中，利用半導(dǎo)體材料的特性，通過電流激發(fā)半導(dǎo)體材料中的電子和空穴，使其發(fā)生復(fù)合并釋放出光子，從而產(chǎn)生光信號。

　　光信號傳輸：轉(zhuǎn)換后的光信號通過連接到發(fā)送端的光纖進行傳輸。光纖的內(nèi)部采用全反射的原理，將光信號沿著光纖高效地傳輸?shù)竭h(yuǎn)距離的目標(biāo)位置。

　　2、接收過程：

　　光信號接收：光信號在光纖中傳輸?shù)浇邮斩撕?，被接收端的光電轉(zhuǎn)換器（如光電二極管）所接收。

　　光電轉(zhuǎn)換：光電轉(zhuǎn)換器將接收到的光信號再次轉(zhuǎn)換為電信號。這一過程中，利用半導(dǎo)體材料的特性，將光信號中的光子能量轉(zhuǎn)換為電流，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。

　　電信號輸出：轉(zhuǎn)換后的電信號通過接收電路進行放大和處理，最終輸出為可供目標(biāo)設(shè)備使用的電信號。

二、光纖收發(fā)器的特點

　　1、信息容量大：光纖收發(fā)器利用光纖通信，信息容量大，可以滿足大數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

　　2、保密性好：光纖通信具有天然的保密性，光纖收發(fā)器在傳輸過程中不易被竊聽或干擾。

　　3、重量輕、體積小：光纖收發(fā)器設(shè)備輕便，占用空間小，便于安裝和維護。

　　4、無中繼、傳輸距離長：光纖收發(fā)器可以實現(xiàn)長距離的數(shù)據(jù)傳輸，無需中繼站，降低了傳輸成本。

三、光纖收發(fā)器的分類

　　光纖收發(fā)器根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以分為多種類型，以適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用需求。主要分類方式包括：

　　1、按性質(zhì)分類：

　　單模光纖收發(fā)器：適用于單模光纖傳輸，具有高速、長距離傳輸?shù)奶攸c。

　　多模光纖收發(fā)器：適用于多模光纖傳輸，具有低成本、短距離傳輸?shù)奶攸c。

　　2、按所需光纖數(shù)量分類：

　　單纖光纖收發(fā)器：使用一根光纖同時傳輸發(fā)送和接收信號，節(jié)省光纖資源。

　　雙纖光纖收發(fā)器：使用兩根光纖分別傳輸發(fā)送和接收信號，信號傳輸更穩(wěn)定。

　　3、按工作層次/速率分類：

　　100M以太網(wǎng)光纖收發(fā)器：適用于一般的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或家庭網(wǎng)絡(luò)。

　　10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)光纖收發(fā)器：可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況自動調(diào)整傳輸速率。

　　千兆光纖收發(fā)器：適用于數(shù)據(jù)中心、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、城域網(wǎng)等高速傳輸場景。

　　萬兆光纖收發(fā)器：適用于對傳輸速率有極高要求的場景，如高性能計算、大型數(shù)據(jù)中心等。

　　4、按結(jié)構(gòu)分類：

　　桌面式（獨立式）光纖收發(fā)器：體積小，便于攜帶和移動。

　　機架式光纖收發(fā)器：適用于機房等固定安裝環(huán)境，便于集中管理。

　　5、按管理類型分類：

　　非網(wǎng)管型以太網(wǎng)光纖收發(fā)器：即插即用，不支持遠(yuǎn)程管理和配置。

　　網(wǎng)管型以太網(wǎng)光纖收發(fā)器：支持遠(yuǎn)程監(jiān)控和配置，適用于大型網(wǎng)絡(luò)或需要集中管理的環(huán)境。

　　6、按電源分類：

　　內(nèi)置電源光纖收發(fā)器：設(shè)備內(nèi)部集成電源模塊，無需外接電源。

　　外置電源光纖收發(fā)器：需要外接電源適配器供電。

　　7、按工作方式分類：

　　全雙工方式光纖收發(fā)器：數(shù)據(jù)可以同時雙向傳輸。

　　半雙工方式光纖收發(fā)器：數(shù)據(jù)可以雙向傳輸，但不能同時進行。

　　單工模式光纖收發(fā)器：數(shù)據(jù)傳輸只能單向進行。

四、光纖收發(fā)器的應(yīng)用

　　光纖收發(fā)器被廣泛應(yīng)用于各種需要高速、長距離傳輸數(shù)據(jù)的場景，如：

　　1、數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)中心是各種企業(yè)和組織存儲、處理和分發(fā)數(shù)據(jù)的中心，需要高速、穩(wěn)定、安全的數(shù)據(jù)傳輸。光纖收發(fā)器可以實現(xiàn)高速、長距離的數(shù)據(jù)傳輸，滿足數(shù)據(jù)中心的需求。

　　2、通信網(wǎng)絡(luò)：通信網(wǎng)絡(luò)是各種通信設(shè)備和終端設(shè)備之間的連接，需要高速、穩(wěn)定、安全的數(shù)據(jù)傳輸。光纖收發(fā)器可以確保通信網(wǎng)絡(luò)的暢通無阻。

　　3、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：如平安城市、高速公路監(jiān)控等，由于監(jiān)控點比較分散且距離監(jiān)控中心比較遠(yuǎn)，需要采用網(wǎng)絡(luò)攝像機+光纖收發(fā)器+交換機來實現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

　　4、工業(yè)自動化：工業(yè)自動化需要高可靠性、高穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)傳輸。光纖收發(fā)器可以實現(xiàn)高可靠性、高穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)傳輸，滿足工業(yè)自動化的需求。

　　5、智能交通：智能交通系統(tǒng)需要實時傳輸大量的交通數(shù)據(jù)和信息。光纖收發(fā)器可以提供高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道，確保智能交通系統(tǒng)的正常運行。

　　6、醫(yī)療設(shè)備：醫(yī)療設(shè)備在診斷和治療過程中需要傳輸大量的數(shù)據(jù)和信息。光纖收發(fā)器可以提供高可靠性、高穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)傳輸通道，確保醫(yī)療設(shè)備的正常運行。

五、光纖收發(fā)器的選擇

　　在選擇光纖收發(fā)器時，需要考慮以下因素：

　　1、傳輸距離：根據(jù)實際需求選擇合適的傳輸距離范圍的光纖收發(fā)器。

　　2、傳輸速率：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬需求選擇合適的傳輸速率的光纖收發(fā)器。

　　3、接口類型：根據(jù)光纖和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口類型選擇合適的光纖收發(fā)器。

　　4、管理方式：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理需求選擇合適的管理類型的光纖收發(fā)器。

　　5、品牌和質(zhì)量：選擇知名品牌和高質(zhì)量的光纖收發(fā)器，以確保設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

　　綜上所述，光纖收發(fā)器作為一種重要的網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，在現(xiàn)代通信和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中發(fā)揮著不可或缺的作用。