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光纖
光纖
是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)寫(xiě)，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。光導(dǎo)纖維由前香港中文大學(xué)校長(zhǎng)高錕發(fā)明。
微細(xì)的光纖封裝在塑料護(hù)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，的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測(cè)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(xiàn)傳導(dǎo)的損耗低得多，被用作長(zhǎng)距離的信息傳遞。
通常與光纜兩個(gè)名詞會(huì)被混淆.多數(shù)在使用前必須由幾層保護(hù)結(jié)構(gòu)包覆,包覆后的纜線(xiàn)即被稱(chēng)為光纜.外層的保護(hù)結(jié)構(gòu)可防止周遭環(huán)境對(duì)的傷害,如水,火,電擊等.光纜分為:,緩沖層及披覆.和同軸電纜相似，只是沒(méi)有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。在多模中，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， 以使保持在芯內(nèi)。再外面的是一層薄的塑料外套，用來(lái)保護(hù)封套。通常被扎成束，外面有外殼保護(hù)。 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(hù)層。
1870年的一天，英國(guó)物理學(xué)家丁達(dá)爾到*學(xué)會(huì)的演講廳講光的全反射原理，他做了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)：在裝滿(mǎn)水的木桶上鉆個(gè)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(lái)，水流彎曲，光線(xiàn)也跟著彎曲，光居然被彎彎曲曲的水俘獲了。
人們?cè)?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(jìn)。這是為什么呢？難道光線(xiàn)不再直進(jìn)了嗎？這些現(xiàn)象引起了丁達(dá)爾的注意，經(jīng)過(guò)他的研究，發(fā)現(xiàn)這是全反射的作用，即光從水中射向空氣，當(dāng)入射角大于某一角度時(shí)，折射光線(xiàn)消失，全部光線(xiàn)都反射回水中。表面上看，光好像在水流中彎曲前進(jìn)。實(shí)際上，在彎曲的水流里，光仍沿直線(xiàn)傳播，只不過(guò)在內(nèi)表面上發(fā)生了多次全反射，光線(xiàn)經(jīng)過(guò)多次全反射向前傳播。
后來(lái)人們?cè)斐鲆环N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(xiàn)以合適的角度射入玻璃纖維時(shí)，光就沿著彎彎曲曲的玻璃纖維前進(jìn)。由于這種纖維能夠用來(lái)傳輸光線(xiàn)，所以稱(chēng)它為光導(dǎo)纖維。
光導(dǎo)纖維可以用在通信技術(shù)里。1979年9月，一條3．
利用光導(dǎo)纖維進(jìn)行的通信叫通信。一對(duì)金屬線(xiàn)至多只能同時(shí)傳送一千多路，而根據(jù)理論計(jì)算，一對(duì)細(xì)如蛛絲的光導(dǎo)纖維可以同時(shí)通一百億路！鋪設(shè)
另外，利用光導(dǎo)纖維制成的內(nèi)窺鏡，可以幫助醫(yī)生檢查胃、食道、十二指腸等的疾病。光導(dǎo)纖維胃鏡是由上千根玻璃纖維組成的軟管，它有輸送光線(xiàn)、傳導(dǎo)圖像的本領(lǐng)，又有柔軟、靈活，可以任意彎曲等優(yōu)點(diǎn)，可以通過(guò)食道插入胃里。光導(dǎo)纖維把胃里的圖像傳出來(lái)，醫(yī)生就可以窺見(jiàn)胃里的情形，然后根據(jù)情況進(jìn)行診斷和治療。
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(shí)容納十億人通話(huà)。可以同時(shí)傳送千套電視節(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(cè)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(yáng)光送到各個(gè)角落，還可以進(jìn)行機(jī)械加工。計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、汽車(chē)配電盤(pán)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(cè)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(kāi)發(fā)之初，僅用于汽車(chē)照明燈的控制和裝飾?，F(xiàn)在主要用于醫(yī)學(xué)、裝飾、汽車(chē)、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(pán)、標(biāo)識(shí)、開(kāi)關(guān)類(lèi)照明調(diào)節(jié)、光學(xué)傳感器等，同時(shí)也用在裝飾顯示、廣告顯示。
1880-AlexandraGrahamBell發(fā)明光束通話(huà)傳輸
1960-電射及之發(fā)明
1966-華裔科學(xué)家“之父”高錕 預(yù)言將用于通信。
1970-美國(guó)康寧公司成功研制成傳輸損耗只有20dm/km的。
1977-實(shí)際安裝網(wǎng)路
1978-FORT在法國(guó)安裝其生產(chǎn)之電
1979-趙梓森拉制出我國(guó)自主研發(fā)的*根實(shí)用，被譽(yù)為“中國(guó)之父”
1990-區(qū)域網(wǎng)路及其他短距離傳輸應(yīng)用之
2000-到屋邊=>到桌邊
2005 FTTH（Fiber To The Home）直接到家庭
按材質(zhì)分,有無(wú)機(jī)光導(dǎo)纖維和高分子光導(dǎo)纖維，目前在工業(yè)上大量應(yīng)用的是前者。無(wú)機(jī)光導(dǎo)纖維材料又分為單組分和多組分兩類(lèi)。單組分即石英，主要原料為四氯化硅、三氯氧磷和三溴化硼等。其純度要求銅、鐵、鈷、鎳、錳、鉻、釩等過(guò)渡金屬離子雜質(zhì)含量低于10ppb。除此之外,OH-離子要求低于10ppb。石英纖維已被廣泛使用。多組分的原料較多，主要有二氧化硅、三氧化二硼、硝酸鈉、氧化鉈等。這種材料尚未普及。高分子光導(dǎo)纖維是以透明聚合物制得的光導(dǎo)纖維，由纖維芯材和包皮鞘材組成。芯材為高純度高透光性的聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯抽絲制得的纖維，外層為含氟聚合物或有機(jī)硅聚合物等。
光導(dǎo)通信的研究和實(shí)用化，與光導(dǎo)纖維的低損耗密切相關(guān)。光能的損耗可否大大降低，關(guān)鍵在于材料純度的提高。玻璃材料中的雜質(zhì)產(chǎn)生的光吸收，造成了zui大的光損耗，其中過(guò)渡金屬離子特別有害。目前，由于玻璃材料的高純度化，這些雜質(zhì)對(duì)光導(dǎo)纖維的損耗影響已很小。
石英玻璃光導(dǎo)纖維的優(yōu)點(diǎn)是損耗低,當(dāng)光波長(zhǎng)為1.0～1.7μm（約14μm附近），損耗只有1dB/km，在1.55μm處zui低，只有0.2dB/km。高分子光導(dǎo)纖維的光損耗較高，1982年，日本電信電報(bào)公司利用氘化甲基丙烯酸甲酯聚合抽絲作芯材,光損耗率降低到20dB/km。但高分子光導(dǎo)纖維的特點(diǎn)是能制大尺寸，大數(shù)值孔徑的光導(dǎo)纖維，光源耦合效率高，撓曲性好，微彎曲不影響導(dǎo)光能力，配列、粘接容易，便于使用，成本低廉。但光損耗大，只能短距離應(yīng)用。光損耗在10～100dB/km的光導(dǎo)纖維，可傳輸幾百米。
主要分以下兩大類(lèi):
1）傳輸點(diǎn)模數(shù)類(lèi)
傳輸點(diǎn)模數(shù)類(lèi)分單模（Single Mode Fiber）和多模（Multi Mode Fiber）。單模的纖芯直徑很小, 在給定的工作波長(zhǎng)上只能以單一模式傳輸,傳輸頻帶寬,傳輸容量大。多模是在給定的工作波長(zhǎng)上,能以多個(gè)模式同時(shí)傳輸?shù)摹?/span> 與單模相比,多模的傳輸性能較差。
2）折射率分布類(lèi)
折射率分布類(lèi)可分為跳變式和漸變式。跳變式纖芯的折射率和保護(hù)層的折射率都是一個(gè)常數(shù)。 在纖芯和保護(hù)層的交界面,折射率呈階梯型變化。漸變式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(hù)層交界處減小為保護(hù)層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線(xiàn)。
光及其特性：
1.光是一種電磁波
可見(jiàn)光部分波長(zhǎng)范圍是：390~760nm（毫微米）。大于760nm部分是紅外光，小于390nm部分是紫外光。中應(yīng)用的是：850，1300，1550三種。
2.光的折射，反射和全反射。
因光在不同物質(zhì)中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì)時(shí)，在兩種物質(zhì)的交界面處會(huì)產(chǎn)生折射和反射。而且，折射光的角度會(huì)隨入射光的角度變化而變化。當(dāng)入射光的角度達(dá)到或超過(guò)某一角度時(shí)，折射光會(huì)消失，入射光全部被反射回來(lái)，這就是光的全反射。不同的物質(zhì)對(duì)相同波長(zhǎng)光的折射角度是不同的（即不同的物質(zhì)有不同的光折射率），相同的物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的折射角度也是不同。通訊就是基于以上原理而形成的。
1.結(jié)構(gòu)：
裸纖一般分為三層：中心高折射率玻璃芯（芯徑一般為50或62.5μm），中 間為低折射率硅玻璃包層（直徑一般為125μm），zui外是加強(qiáng)用的樹(shù)脂涂層。
2.數(shù)值孔徑：
入射到端面的光并不能全部被所傳輸，只是在某個(gè)角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個(gè)角度就稱(chēng)為的數(shù)值孔徑。的數(shù)值孔徑大些對(duì)于的對(duì)接是有利的。不同廠家生產(chǎn)的的數(shù)值孔徑不同（AT&T CORNING）。
3.的種類(lèi)：
A.按光在中的傳輸模式可分為：?jiǎn)蚊投嗄！?/span>
多模：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(hào)的頻率，而且隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的在
單模（Single-mode Fiber）：一般跳纖用黃色表示，接頭和保護(hù)套為藍(lán)色；傳輸距離較長(zhǎng)。
多模（Multi-mode Fiber）：一般跳纖用橙色表示，也有的用灰色表示，接頭和保護(hù)套用米色或者黑色；傳輸距離較短。
B.按*傳輸頻率窗口分：常規(guī)型單模和色散位移型單模。
常規(guī)型：生產(chǎn)廠家將傳輸頻率*化在單一波長(zhǎng)的光上，如1300nm。
色散位移型：生產(chǎn)長(zhǎng)家將傳輸頻率*化在兩個(gè)波長(zhǎng)的光上，如：1300nm和1550nm。
C.按折射率分布情況分：突變型和漸變型。
突變型：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。但單模由于模間色散很小，所以單模都采用突變型。
漸變型：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，提高帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現(xiàn)在的多模多為漸變型。
4.常用規(guī)格：
單模：8/125μm，9/125μm，10/125μm
多模：50/125μm，歐洲標(biāo)準(zhǔn)
62.5/125μm，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)
工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡(luò)：100/140μm，200/230μm
塑料：98/1000μm，用于汽車(chē)控制
造成衰減的主要因素有：本征，彎曲，擠壓，雜質(zhì)，不均勻和對(duì)接等。
本征：是的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
彎曲：彎曲時(shí)部分內(nèi)的光會(huì)因散射而損失掉，造成的損耗。
擠壓：受到擠壓時(shí)產(chǎn)生微小的彎曲而造成的損耗。
雜質(zhì)：內(nèi)雜質(zhì)吸收和散射在中傳播的光，造成的損失。
不均勻：材料的折射率不均勻造成的損耗。
對(duì)接：對(duì)接時(shí)產(chǎn)生的損耗，如：不同軸（單模同軸度要求小于0.8μm），端面與軸心不垂直，端面不平，對(duì)接心徑不匹配和熔接質(zhì)量差等。
直到1960年，美國(guó)科學(xué)家Maiman發(fā)明了世界上*臺(tái)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(duì)光傳輸介質(zhì)進(jìn)行了攻關(guān)，終于制成了低損耗，從而奠定了光通訊的基石。從此，光通訊進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段。
傳輸有許多突出的優(yōu)點(diǎn)：
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(hào)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?jiàn)光的頻率達(dá)100000GHz，比VHF頻段高出一百多萬(wàn)倍。盡管由于對(duì)不同頻率的光有不同的損耗，使頻帶寬度受到影響，但在zui低損耗區(qū)的頻帶寬度也可達(dá)30000GHz。目前單個(gè)光源的帶寬只占了其中很小的一部分（多模的頻帶約幾百兆赫，好的單?？蛇_(dá)10GHz以上），采用*的相干光通信可以在30000GHz范圍內(nèi)安排2000個(gè)光載波，進(jìn)行波分復(fù)用，可以容納上百萬(wàn)個(gè)頻道。
2．損耗低
在同軸電纜組成的系統(tǒng)中，的電纜在傳輸800MHz信號(hào)時(shí)，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，傳輸損耗還有兩個(gè)特點(diǎn)，一是在全部有線(xiàn)電視頻道內(nèi)具有相同的損耗，不需要像電纜干線(xiàn)那樣必須引人均衡器進(jìn)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(xiàn)電平的波動(dòng)。
3．重量輕
因?yàn)榉浅＜?xì)，單模芯線(xiàn)直徑一般為4um～10um，外徑也只有125um，加上防水層、加強(qiáng)筋、護(hù)套等，用4～48根組成的光纜直徑還不到
4．抗干擾能力強(qiáng)
因?yàn)榈幕境煞质鞘ⅲ粋鞴?，不?dǎo)電，不受電磁場(chǎng)的作用，在其中傳輸?shù)墓庑盘?hào)不受電磁場(chǎng)的影響，故傳輸對(duì)電磁干擾、工業(yè)干擾有很強(qiáng)的抵御能力。也正因?yàn)槿绱?，在中傳輸?shù)男盘?hào)不易被竊聽(tīng)，因而利于保密。
5．保真度高
因?yàn)閭鬏斠话悴恍枰欣^放大，不會(huì)因?yàn)榉糯笠诵碌姆蔷€(xiàn)性失真。只要激光器的線(xiàn)性好，就可高保真地傳輸電視信號(hào)。實(shí)際測(cè)試表明，好的調(diào)幅系統(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(xiàn)系統(tǒng)的非線(xiàn)性失真指標(biāo)。
6．工作性能可靠
我們知道，一個(gè)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(jī)會(huì)越大。因?yàn)橄到y(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(gè)放大器），可靠性自然也就高，加上設(shè)備的壽命都很長(zhǎng)，*工作時(shí)間達(dá)50萬(wàn)～75萬(wàn)小時(shí)，其中壽命zui短的是光發(fā)射機(jī)中的激光器，zui低壽命也在10萬(wàn)小時(shí)以上。故一個(gè)設(shè)計(jì)良好、正確安裝調(diào)試的系統(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，傳輸信息的帶寬，每6個(gè)月增加1倍，而價(jià)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(xiàn)電視系統(tǒng)采用傳輸方式掃清了zui后一個(gè)障礙。由于制作的材料（石英）來(lái)源十分豐富，隨著技術(shù)的進(jìn)步，成本還會(huì)進(jìn)一步降低；而電纜所需的銅原料有限，價(jià)格會(huì)越來(lái)越高。顯然，今后傳輸將占優(yōu)勢(shì)，成為建立全省、以至全國(guó)有線(xiàn)電視網(wǎng)的zui主要傳輸手段。
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
①管棒法：將內(nèi)芯玻璃棒插入外層玻璃管中（盡量緊密），熔融拉絲；
②雙坩堝法：在兩個(gè)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；
③分子填充法：將微孔石英玻璃棒浸入高折射率的添加劑溶液中，得所需折射率分布的斷面結(jié)構(gòu)，再進(jìn)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(shí)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(xiàn)，外面被覆塑料皮，再把光導(dǎo)纖維芯線(xiàn)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，zui大的達(dá)到4000根
光網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型有星形、總線(xiàn)形（含環(huán)形）和樹(shù)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(hù)層、光通道層（OCH）、光復(fù)用段層（OMS）和光傳送段層（OTS）等層。兩個(gè)相鄰層之間構(gòu)成客戶(hù)／服務(wù)層關(guān)系。
客戶(hù)層：由各種不同格式的客戶(hù)信號(hào)（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(hù)層信號(hào)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(kāi)銷(xiāo)，如波長(zhǎng)標(biāo)記、端口連接性、載荷標(biāo)志（速率、格式、線(xiàn)路碼）以及波長(zhǎng)保護(hù)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(zhǎng)光信號(hào)提供聯(lián)網(wǎng)功能，包括插入確保信號(hào)完整性的各種段層開(kāi)銷(xiāo)，并提供復(fù)用段層的生存性，波長(zhǎng)復(fù)用器和交叉連接器屬于此層.
光傳送段層：為光信號(hào)在各種不同的光媒體（如G．652、G.653、G.655）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(lái)看，光網(wǎng)絡(luò)將沿著"干線(xiàn)網(wǎng)→本地網(wǎng)→城域網(wǎng)→接入網(wǎng)→用戶(hù)駐地網(wǎng)"的次序逐步滲透。