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单模光纤单模光纤这是指在工作波长中，只能传输一个传播模式的光纤，通常简称为单模光纤（SMF：Single ModeFiber） 。目前，在有线电视和光通信中，是套用最广泛的光纤 。由于，光纤的纤芯很细（约10μm）而且折射率呈阶跃状分布，当归一化频率V参数<2.4时，理论上，只能形成单模传输 。另外，SMF没有多模色散，不仅传输频带较多模光纤更宽，再加上SMF的材料色散和结构色散的相加抵消，其合成特性恰好形成零色散的特性，使传输频带更加拓宽 。SMF中，因掺杂物不同与製造方式的差别有许多类型 。凹陷型包层光纤（DePr-essed Clad Fiber），其包层形成两重结构，邻近纤芯的包层，较外倒包层的折射率还低 。多模光纤多模光纤将光纤按工作波长以其传播可能的模式为多个模式的光纤称作多模光纤（MMF：MUlti ModeFiber） 。纤芯直径为50μm，由于传输模式可达几百个，与SMF相比传输频宽主要受模式色散支配 。在历史上曾用于有线电视和通信系统的短距离传输 。自从出现SMF光纤后，似乎形成历史产品 。但实际上，由于MMF较SMF的芯径大且与LED等光源结合容易，在众多LAN中更有优势 。所以，在短距离通信领域中MMF仍在重新受到重视 。MMF按折射率分布进行分类时，有：渐变（GI）型和阶跃（SI）型两种 。GI型的折射率以纤芯中心为最高，沿向包层徐徐降低 。由于SI型光波在光纤中的反射前进过程中，产生各个光路径的时差，致使射出光波失真，色激较大 。其结果是传输频宽变窄，目前SI型MMF套用较少 。色散位移光纤单模光纤的工作波长在1.3Pm时，模场直径约9Pm，其传输损耗约0.3dB/km 。此时，零色散波长恰好在1.3pm处 。石英光纤中，从原材料上看1.55pm段的传输损耗最小（约0.2dB/km） 。由于现在已经实用的掺铒光纤放大器（EDFA）是工作在1.55pm波段的，如果在此波段也能实现零色散，就更有利于套用1.55Pm波段的长距离传输 。于是，巧妙地利用光纤材料中的石英材料色散与纤芯结构色散的合成抵消特性，就可使原在1.3Pm段的零色散，移位到1.55pm段也构成零色散 。因此，被命名为色散位移光纤（DSF：DispersionShifted Fiber） 。加大结构色散的方法，主要是在纤芯的折射率分布性能进行改善 。在光通信的长距离传输中，光纤色散为零是重要的，但不是唯一的 。其它性能还有损耗小、接续容易、成缆化或工作中的特性变化小（包括弯曲、拉伸和环境变化影响） 。DSF就是在设计中，综合考虑这些因素 。色散平坦光纤色散移位光纤（DSF）是将单模光纤设计零色散位于1.55pm波段的光纤 。而色散平坦光纤（DFF：Dispersion Flattened Fiber）却是将从1.3Pm到1.55pm的较宽波段的色散，都能作到很低，几乎达到零色散的光纤称作DFF 。由于DFF要作到1.3pm～1.55pm範围的色散都减少 。就需要对光纤的折射率分布进行複杂的设计 。不过这种光纤对于波分复用（WDM）的线路却是很适宜的 。由于DFF光纤的工艺比较複杂，费用较贵 。今后随着产量的增加，价格也会降低 。色散补偿光纤对于採用单模光纤的干线系统，由于多数是利用1.3pm波段色散为零的光纤构成的 。可是，现在损耗最小的1.55pm，由于EDFA的实用化，如果能在1.3pm零色散的光纤上也能令1.55pm波长工作，将是非常有益的 。因为，在1.3Pm零色散的光纤中，1.55Pm波段的色散约有16ps/km/nm之多 。如果在此光纤线路中，插入一段与此色散符号相反的光纤，就可使整个光线路的色散为零 。为此目的所用的是光纤则称作色散补偿光纤（DCF：DisPersion Compe-nsation Fiber） 。DCF与标準的1.3pm零色散光纤相比，纤芯直径更细，而且折射率差也较大 。DCF也是WDM光线路的重要组成部分 。偏振保持光纤在光纤中传播的光波，因为具有电磁波的性质，所以，除了基本的光波单一模式之外，实质上还存在着电磁场（TE、TM）分布的两个正交模式 。通常，由于光纤截面的结构是圆对称的，这两个偏振模式的传播常数相等，两束偏振光互不干涉，但实际上，光纤不是完全地圆对称，例如有着弯曲部分，就会出现两个偏振模式之间的结合因素，在光轴上呈不规则分布 。偏振光的这种变化造成的色散，称之偏振模式色散（PMD） 。对于现在以分配图像为主的有线电视，影响尚不太大，但对于一些未来超宽频有特殊要求的业务，如：①相干通信中採用外差检波，要求光波偏振更稳定时；②光机器等对输入输出特性要求与偏振相关时；③在製作偏振保持光耦合器和偏振器或去偏振器等时；④製作利用光干涉的光纤敏感器等，凡要求偏振波保持恆定的情况下，对光纤经过改进使偏振状态不变的光纤称作偏振保持光纤（PMF：Polarization Maintaining fiber），或称其为固定偏振光纤 。双折射光纤双折射光纤是指在单模光纤中，可以传输相互正交的两个固有偏振模式的光纤 。折射率随偏振方向变异的现象称为双折射 。它又称作PANDA光纤，即偏振保持与吸收减少光纤（Polarization－maintai-ning AND Absorption－ reducing fiber） 。它是在纤芯的横向两则，设定热膨胀係数大、截面是圆形的玻璃部分 。在高温的光纤拉丝过程中，这些部分收缩，其结果在纤芯y方向产生拉伸，同时又在x方向呈现压缩应力 。致使纤材出现光弹性效应，使折射率在X方向和y方向出现差异 。依此原理达到偏振保持恆定的效果 。抗恶环境光纤通信用光纤通常的工作环境温度可在-40～+60℃之间，设计时也是以不受大量辐射线照射为前提的 。相比之下，对于更低温或更高温以及能在遭受高压或外力影响、曝晒辐射线的恶劣环境下，也能工作的光纤则称作抗恶环境光纤（Hard Condition Resistant Fiber） 。一般为了对光纤表面进行机械保护，多涂覆一层塑胶 。可是随着温度升高，塑胶保护功能有所下降，致使使用温度也有所限制 。如果改用抗热性塑胶，如聚四氟乙稀（Teflon）等树脂，即可工作在300℃环境 。也有在石英玻璃表面涂覆镍（Ni）和铝（Al）等金属的 。这种光纤则称为耐热光纤（Heat Resistant Fiber） 。另外，当光纤受到辐射线的照射时，光损耗会增加 。这是因为石英玻璃遇到辐射线照射时，玻璃中会出现结构缺陷（也称作色心：Colour Center），尤在0.4～0.7pm波长时损耗增大 。防止办法是改用掺杂OH或F素的石英玻璃，就能抑制因辐射线造成的损耗缺陷 。这种光纤则称作抗辐射光纤（Radiation Resistant Fiber），多用于核发电站的监测用光纤维镜等 。密封涂层光纤为了保持光纤的机械强度和损耗的长时间稳定，而在玻璃表面涂装碳化硅（SiC）、碳化钛（TiC）、碳（C）等无机材料，用来防止从外部来的水和氢的扩散所製造的光纤（HCFHermeticallyCoated Fiber） 。目前，通用的是在化学气相沉积（CVD）法生产过程中，用碳层高速堆积来实现充分密封效应 。这种 碳涂覆光纤（CCF）能有效地截断光纤与外界氢分子的侵入 。据报导它在室温的氢气环境中可维持20年不增加损耗 。当然，它在防止水分侵入，延缓机械强度的疲劳进程中，其疲劳係数（Fatigue Parameter）可达200以上 。所以，HCF被套用于严酷环境中要求可靠性高的系统，例如海底光缆就是一例 。碳涂层光纤在石英光纤的表面涂敷碳膜的光纤，称之碳涂层光纤（CCF：Carbon CoatedFiber） 。其机理是利用碳素的緻密膜层，使光纤表面与外界隔离，以改善光纤的机械疲劳损耗和氢分子的损耗增加 。CCF是密封涂层光纤（HCF）的一种 。金属涂层光纤金属涂层光纤（Metal Coated Fiber）是在光纤的表面涂布Ni、Cu、Al等金属层的光纤 。也有再在金属层外被覆塑胶的，目的在于提高抗热性和可供通电及焊接 。它是抗恶环境性光纤之一，也可作为电子电路的部件用 。早期产品是在拉丝过程中，涂布熔解的金属作成的 。由于此法因被玻璃与金属的膨胀係数差异太大，会增微小弯曲损耗，实用化率不高 。近期，由于在玻璃光纤的表面採用低损耗的非电解镀膜法的成功，使性能大有改善 。掺稀土光纤在光纤的纤芯中，掺杂如铒（Er）、钦（Nd）、鐠（Pr）等稀土族元素的光纤 。1985年英国的索斯安普顿（Sourthampton）大学的佩思（Payne）等首先发现掺杂稀土元素的光纤（Rare Earth DoPed Fiber）有雷射振荡和光放大的现象 。于是，从此揭开了惨饵等光放大的面纱，现在已经实用的1.55pmEDFA就是利用掺饵的单模光纤，利用1.47pm的雷射进行激励，得到1.55pm光信号放大的 。另外，掺鐠的氟化物光纤放大器（PDFA）正在开发中 。喇曼光纤喇曼效应是指往某物质中射人频率f的单色光时，在散射光中会出现频率f之外的f±fR，f±2fR等频率的散射光，对此现象称喇曼效应 。由于它是物质的分子运动与格子运动之间的能量交换所产生的 。当物质吸收能量时，光的振动数变小，对此散射光称斯托克斯（stokes）线 。反之，从物质得到能量，而振动数变大的散射光，则称反斯托克斯线 。于是振动数的偏差FR，反映了能级，可显示物质中固有的数值 。利用这种非线性媒体做成的光纤，称作喇曼光纤（RF：Raman Fiber） 。为了将光封闭在细小的纤芯中，进行长距离传播，就会出现光与物质的相互作用效应，能使信号波形不畸变，实现长距离传输 。当输入光增强时，就会获得相干的感应散射光 。套用感应喇曼散射光的设备有喇曼光纤雷射器，可供作分光测量电源和光纤色散测试用电源 。另外，感应喇曼散射，在光纤的长距离通信中，正在研讨作为光放大器的套用 。偏心光纤标準光纤的纤芯是设定在包层中心的，纤芯与包层的截面形状为同心圆型 。但因用途不同，也有将纤芯位置和纤芯形状、包层形状，作成不同状态或将包层穿孔形成异型结构的 。相对于标準光纤，称这些光纤叫异型光纤 。偏心光纤（Excentric Core Fiber），它是异型光纤的一种 。其纤芯设定在偏离中心且接近包层外线的偏心位置 。由于纤芯靠近外表，部分光场会溢出包层传播（称此为渐消彼，Evanescent Wave） 。利用这一现象，就可检测有无附着物质以及折射率的变化 。偏心光纤（ECF）主要用作检测物质的光纤敏感器 。与光时域反射计（OTDR）的测试法组合一起，还可作分布敏感器用 。发光光纤採用含有萤光物质製造的光纤 。它是在受到辐射线、紫外线等光波照射时，产生的萤光一部分，可经光纤闭合进行传输的光纤 。发光光纤（Luminescent Fiber）可以用于检测辐射线和紫外线，以及进行波长变换，或用作温度敏感器、化学敏感器 。在辐射线的检测中也称作闪光光纤（Scintillation Fiber） 。发光光纤从萤光材料和掺杂的角度上，正在开发着塑胶光纤 。多芯光纤通常的光纤是由一个纤芯区和围绕它的包层区构成的 。但多芯光纤（Multi Core Fiber）却是一个共同的包层区中存在多个纤芯的 。由于纤芯的相互接近程度，可有两种功能 。其一是纤芯间隔大，即不产生光耦会的结构 。这种光纤，由于能提高传输线路的单位面积的集成密度 。在光通信中，可以作成具有多个纤芯的带状光缆，而在非通信领域，作为光纤传像束，有将纤芯作成成千上万个的 。其二是使纤芯之间的距离靠近，能产生光波耦合作用 。利用此原理正在开发双纤芯的敏感器或光迴路器件 。空心光纤将光纤作成空心，形成圆筒状空间，用于光传输的光纤，称作空心光纤（Hollow Fiber） 。空心光纤主要用于能量传送，可供X射线、紫外线和远红外线光能传输 。空心光纤结构有两种：一是将玻璃作成圆筒状，其纤芯与包层原理与阶跃型相同 。利用光在空气与玻璃之间的全反射传播 。由于，光的大部分可在无损耗的空气中传播，具有一定距离的传播功能 。二是使圆筒内面的反射率接近1，以减少反射损耗 。为了提高反射率，有在简内设定电介质，使工作波长段损耗减少的 。例如可以作到波长10.6pm损耗达几dB/m的 。高分子光导按材质分，有无机光导纤维和高分子光导纤维，目前在工业上大量套用的是前者 。无机光导纤维材料又分为单组分和多组分两类 。单组分即石英，主要原料为四氯化硅、三氯氧磷和三溴化硼等 。其纯度要求铜、铁、钴、镍、锰、铬、钒等过渡金属离子杂质含量低于10ppb 。除此之外，OH 离子要求低于10ppb 。石英纤维已被广泛使用 。多组分的原料较多，主要有二氧化硅、三氧化二硼、硝酸钠、氧化铊等 。这种材料尚未普及 。高分子光导纤维是以透明聚合物製得的光导纤维，由纤维芯材和包皮鞘材组成 。芯材为高纯度高透光性的聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯抽丝製得的纤维，外层为含氟聚合物或有机硅聚合物等 。高分子光导纤维的光损耗较高，1982年，日本电信电报公司利用氘化甲基丙烯酸甲酯聚合抽丝作芯材，光损耗率降低到20dB/km 。但高分子光导纤维的特点是能制大尺寸，大数值孔径的光导纤维，光源耦合效率高，挠曲性好，微弯曲不影响导光能力，配列、粘接容易，便于使用，成本低廉 。但光损耗大，只能短距离套用 。光损耗在10～100dB/km的光导纤维，可传输几百米 。保偏光纤保偏光纤：保偏光纤传输线偏振光，广泛用于航天、航空、航海、工业製造技术及通信等国民经济的各个领域 。在以光学相干检测为基础的干涉型光纤感测器中，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变，提高相干信躁比，以实现对物理量的高精度测量 。保偏光纤作为一种特种光纤，主要套用于光纤陀螺，光纤水听器等感测器和DWDM、EDFA等光纤通信系统 。由于光纤陀螺及光纤水听器等可用于军用惯导和声吶，属于新型科技产品，而保偏光纤又是其核心部件，因而保偏光纤一直被西方已开发国家列入对我禁运的清单 。保偏光纤在拉制过程中，由于光纤内部产生的结构缺陷会造成保偏性能的下降，即当线偏振光沿光纤的一个特徵轴传输时，部分光信号会耦合进入另一个与之垂直的特徵轴，最终造成出射偏振光信号偏振消光比的下降 。这种缺陷就是影响光纤内的双折射效应 。保偏光纤中，双折射效应越强，波长越短，保持传输光偏振态越好 。保偏光纤的套用及未来发展方向保偏光纤在今后几年内将有较大的市场需求 。随着世界新技术的飞速发展和新产品的不断开发 ，保偏光纤将沿着以下几个方向发展：（1）採用光子晶体光纤新技术製造新型的高性能保偏光纤 ;（2）开发温度适应性保偏光纤 ，以适应航空航天等领域环境的要求;（3）开发出各种掺稀土保偏光纤 ，满足光放大器等器件套用的需求;（4）开发氟化物保偏光纤 ，促进纤维光学干涉技术在红外天文学技术领域的发展;（5）低衰减保偏光纤 :随着单模光纤技术的不断完善 ，损耗、 材料色散和波导 色散已经不再是影响光纤通信的主要因素 ，单模光纤的偏振模色散（ PMD） 逐渐成为限制光纤通信质量的最严重的瓶颈 ，在10 Gbit / s及以上的高 速光纤通信系统中表现尤为突出 。（6）利用克尔效应和法拉第旋光效应製造偏振光器件 。另外根据光纤头不一样还有：C-Lens. G-Lens.格林透镜4.常用光纤规格：单模：8/125μm，9/125μm，10/125μm多模：50/125μm，欧洲标準62.5/125μm，美国标準工业，医疗和低速网路：100/140μm，200/230μm塑胶：98/1000μm，用于汽车控制传输优点直到1960年，美国科学家Maiman发明了世界上第一台雷射器后，为光通讯提供了良好的光源 。随后二十多年，人们对光传输介质进行了攻关，终于製成了低损耗光纤，从而奠定了光通讯的基石 。从此，光通讯进入了飞速发展的阶段 。光纤传输有许多突出的优点：频频宽频带的宽窄代表传输容量的大小 。载波的频率越高，可以传输信号的频频宽度就越大 。在VHF频段，载波频率为48．5MHz～300Mhz 。频宽约250MHz，只能传输27套电视和几十套调频广播 。可见光的频率达100000GHz，比VHF频段高出一百多万倍 。儘管由于光纤对不同频率的光有不同的损耗，使频频宽度受到影响，但在最低损耗区的频频宽度也可达30000GHz 。目前单个光源的频宽只占了其中很小的一部分（多模光纤的频带约几百兆赫，好的单模光纤可达10GHz以上），採用先进的相干光通信可以在30000GHz範围内安排2000个光载波，进行波分复用，可以容纳上百万个频道 。损耗低在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时，每公里的损耗都在40dB以上 。相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输1.31um的光，每公里损耗在0．35dB以下若传输1.55um的光，每公里损耗更小，可达0．2dB以下 。这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远得多 。此外，光纤传输损耗还有两个特点，一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗，不需要像电缆干线那样必须引入均衡器进行均衡；二是其损耗几乎不随温度而变，不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动 。重量轻因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般为4um～10um，外径也只有125um，加上防水层、加强筋、护套等，用4～48根光纤组成的光缆直径还不到13mm，比标準同轴电缆的直径47mm要小得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便 。抗干扰能力强因为光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力 。也正因为如此，在光纤中传输的信号不易被窃听，因而利于保密 。保真度高因为光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引入新的非线性失真 。只要雷射器的线性好，就可高保真地传输电视信号 。实际测试表明，好的调幅光纤系统的载波组合三次差拍比C/CTB在70dB以上，交调指标cM也在60dB以上，远高于一般电缆干线系统的非线性失真指标 。工作性能可靠我们知道，一个系统的可靠性与组成该系统的设备数量有关 。设备越多，发生故障的机会越大 。因为光纤系统包含的设备数量少（不像电缆系统那样需要几十个放大器），可靠性自然也就高，加上光纤设备的寿命都很长，无故障工作时间达50万～75万小时，其中寿命最短的是光发射机中的雷射器，最低寿命也在10万小时以上 。故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的 。成本不断下降目前，有人提出了新摩尔定律，也叫做光学定律（Optical Law） 。该定律指出，光纤传输信息的频宽，每6个月增加1倍，而价格降低1倍 。光通信技术的发展，为Internet宽频技术的发展奠定了非常好的基础 。这就为大型有线电视系统採用光纤传输方式扫清了最后一个障碍 。由于製作光纤的材料（石英）来源十分丰富，随着技术的进步，成本还会进一步降低；而电缆所需的铜原料有限，价格会越来越高 。显然，今后光纤传输将占绝对优势，成为建立全省、以至全国有线电视网的最主要传输手段 。结构原理光导纤维是由两层折射率不同的玻璃组成 。内层为光内芯，直径在几微米至几十微米，外层的直径0.1～0.2mm 。一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大1% 。根据光的折射和全反射原理,当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，全部反射 。光纤衰减造成光纤衰减的主要因素有：本徵，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等 。本徵是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等 。弯曲光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗 。挤压光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗 。杂质光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失 。不均匀光纤材料的折射率不均匀造成的损耗 。对接光纤对接时产生的损耗，如：不同轴（单模光纤同轴度要求小于0.8μm），端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等 。人为衰减在实际的工作中，有时也有必要进行人为的光纤衰减，如用于光通信系统当中的调试光功率性能、调试光纤仪表的定标校正，光纤信号衰减的光纤衰减器 。生产方法目前通信中所用的光纤一般是石英光纤 。石英的化学名称叫二氧化硅（SiO2），它和我们日常用来建房子所用的砂子的主要成分是相同的 。但是普通的石英材料製成的光纤是不能用于通信的 。通信光纤必须由纯度极高的材料组成；不过，在主体材料里掺入微量的掺杂剂，可以使纤芯和包层的折射率略有不同，这是有利于通信的 。製造光纤的方法很多，目前主要有：管内CVD（化学汽相沉积）法，棒内CVD法，PCVD（电浆化学汽相沉积）法和VAD（轴向汽相沉积）法 。但不论用哪一种方法，都要先在高温下做成预製棒，然后在高温炉中加温软化，拉成长丝，再进行涂覆、套塑，成为光纤芯线 。光纤的製造要求每道工序都要相称精密，由计算机控制 。在製造光纤的过程中，要注重：