光纤知识近年原文.docx

关于光纤，看完了，就懂了

光纤是一种纤细的、柔软的固态玻璃物质，它由纤芯、包层、涂覆层三部分组成，可作为光传导工具。

光纤的纤芯主要采用高纯度的二氧化硅(SiO2)，并掺有少量的掺杂剂，提高纤芯的光折射率n1；包层也是高纯度的二氧化(SiO2)，也掺有一些的掺杂剂，以降低包层的光折射率n2，n1＞n2，发生全反射；涂覆层采用丙烯酸酯、硅橡胶、尼龙，增加机械强度和可弯曲性。

光纤传输原理

全反射原理：因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。

当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。

不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。

按照几何光学全反射原理，射线在纤芯和包层的交界面产生全反射，并形成把光闭锁在光纤芯内部向前传播的必要条件，即使经过弯曲的路由光线也不射出光纤之外。

光纤技术的起源与发展

1966年，美籍华人高锟和霍克哈姆发表论文，光纤的概念由此产生。1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB/km的光纤，光纤通信时代由此开始。

1977年美国在芝加哥首次用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。当时8.5微米波段的多模光波为第一代光纤通信系统。随即在1981年、1984年以及19世纪80年代中后期，光纤通信系统迅速发展到第四代。第五代光纤通信系统达到了应用的标准，实现了光波的长距离传输。

光纤通信的发展阶段

第一阶段：1966-1976年，是从基础研究到商业应用的开发时期。在这一阶段，实现了短波长0.85μm低速率45或34Mb/s多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。

第二阶段：1976-1986年，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长0.85μm发展到长波长1.31μm和1.55μm，实现了工作波长为1.31μm、传输速率为140565Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为10050km。

第三阶段：1986-1996年，这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这个时期，实现了1.55μm色散移位单模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达2.510Gb/s，无中继传输距离可达150100km。实验室可以达到更高水平。

光纤的种类

光纤的种类很多，分类方法也是各种各样的。

按照制造光纤所用的材料分：石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤。

塑料光纤是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）制成的。它的特点是制造成本低廉，相对来说芯径较大，与光源的耦合效率高，耦合进光纤的光功率大，使用方便。但由于损耗较大，带宽较小，这种光纤只适用于短距离低速率通信，如短距离计算机网链路、船舶内通信等。目前通信中普遍使用的是石英系光纤。

按光在光纤中的传输模式分：单模光纤和多模光纤。

单模光纤：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。后来又发现在1.31μm波长处，单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相等。

这就是说在1.31μm波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1.31μm处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1.31μm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1.31μm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU－T在G652建议中确定的，因此这种光纤又称G652光纤。

多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。

按折射率分布情况分：阶跃型和渐变型光纤。

阶跃型：光纤的纤芯折射率高于包层折射率，使得输入的光能在纤芯一包层交界面上不断产生全反射而前进。这种光纤纤芯的折射率是均匀的，包层的折射率稍低一些。光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的，只有一个台阶，所以称为阶跃型折射率多模光纤，简称阶跃光纤，也称突变光纤。

这种光纤的传输模式很多，各种模式的传输路径不一样，经传输后到达终点的时间也不相同，因而产生时延差，使光脉冲受到展宽。所以这种光纤的模间色散高，传输频带不