光纖絲

ont: 14px/24px arial, 宋體, sans-serif; white-space: normal; letter-spacing: normal; color: rgb(51,51,51); word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px">【光纖絲】簡稱光纖 光纖的分類，例如：光纖放大器（Fiber Amplifier）或光纖干線（Fiber Backbone）等等。有人忽略了Fiber雖有纖維的含義，但在光系統(tǒng)中卻是指光纖而言的。因此，有些光產(chǎn)品的說明中，把fiber直譯成“纖維”，顯然是不可取的。光纖實(shí)際是指由透明材料作成的纖芯和在它周圍采用比纖芯的折射率稍低的材料作成的包層所被覆，并將射入纖芯的光信號，經(jīng)包層界面反射，使光信號在纖芯中傳播前進(jìn)的媒體。光纖的種類很多，根據(jù)用途不同，所需要的功能和性能也有所差異。但對于有線電視和通信用的光纖，其設(shè)計(jì)和制造的原則基本相同，諸如：①損耗??；②有一定帶寬且色散小；③接線容易；④易于成統(tǒng)；⑤可靠性高；⑥制造比較簡單；⑦價(jià)廉等。光纖的分類主要是從工作波長、折射率分布、傳輸模式、原材料和制造方法上作一歸納的，茲將各種分類舉例如下。（1）工作波長：紫外光纖、可觀光纖、近紅外光纖、紅外光纖（0.85μm、1.3μm、1.55μm）。（2）折射率分布：階躍（SI）型、近階躍型、漸變（GI）型、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。（3）傳輸模式：單模光纖（含偏振保持光纖、非偏振保持光纖）、多模光纖。（4）原材料：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、復(fù)合材料（如塑料包層、液體纖芯等）、紅外材料等。按被覆材料還可分為無機(jī)材料（碳等）、金屬材料（銅、鎳等）和塑料等。（5）制造方法：預(yù)塑有汽相軸向沉積（VAD）、化學(xué)汽相沉積（CVD）等，拉絲法有管律法（Rod intube）和雙坩鍋法等。

二 石英光纖是以二氧化硅（SiO2）為主要原料，并按不同的摻雜量，來控制纖芯和包層的折射率分布的光纖。石英（玻璃）系列光纖，具有低耗、寬帶的特點(diǎn)，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于有線電視和通信系統(tǒng)。摻氟光纖（Fluorine Doped Fiber）為石英光纖的典型產(chǎn)品之一。通常，作為1.3Pm波域的通信用光纖中，控制纖芯的摻雜物為二氧化緒（GeO2），包層是用SiO炸作成的。但接氟光纖的纖芯，大多使用SiO2，而在包層中卻是摻入氟素的。由于，瑞利散射損耗是因折射率的變動而引起的光散射現(xiàn)象。所以，希望形成折射率變動因素的摻雜物，以少為佳。氟素的作用主要是可以降低SIO2的折射率。因而，常用于包層的摻雜。由于摻氟光纖中，纖芯并不含有影響折射率的氟素?fù)诫s物。由于它的瑞利散射很小，而且損耗也接近理論的最低值。所以多用于長距離的光信號傳輸。石英光纖（Silica Fiber）與其它原料的光纖相比，還具有從紫外線光到近紅外線光的透光廣譜，除通信用途之外，還可用于導(dǎo)光和傳導(dǎo)圖像等領(lǐng)域。

三 紅外光纖作為光通信領(lǐng)域所開發(fā)的石英系列光纖的工作波長，盡管用在較短的傳輸距離，也只能用于2pm。為此，能在更長的紅外波長領(lǐng)域工作，所開發(fā)的光纖稱為紅外光纖。紅外光纖（Infrared Optical Fiber）主要用于光能傳送。例如有：溫度計(jì)量、熱圖像傳輸、激光手術(shù)刀醫(yī)療、熱能加工等等，普及率尚低。

四 復(fù)合光纖復(fù)合光纖（Compound Fiber）在SiO2原料中，再適當(dāng)混合諸如氧化鈉（Na2O）、氧化硼（B2O2）、氧化鉀（K2O2）等氧化物的多成分玻璃作成的光纖，特點(diǎn)是多成分玻璃比石英的軟化點(diǎn)低且纖芯與包層的折射率差很大。主要用在醫(yī)療業(yè)務(wù)的光纖內(nèi)窺鏡。

五 氟化物光纖氯化物光纖（Fluoride Fiber）是由氟化物玻璃作成的光纖。這種光纖原料又簡稱 ZBLAN（即將氟化鋁（ZrF4）、氰化鋇（BaF2）、氟化鑭（LaF3）、氟化鋁（A1F2）、氰化鈉（NaF）等氯化物玻璃原料簡化成的縮語。主要工作在2～ 10μm波長的光傳輸業(yè)務(wù)。由于ZBLAN具有超低損耗光纖的可能性，正在進(jìn)行著用于長距離通信光纖的可行性開發(fā)，例如：其理論上的最低損耗，在3μm波長時(shí)可達(dá)10-2～10－3dB/km，而石英光纖在1.55pm時(shí)卻在0.15-0.16dB/Km之間。目前，ZBLAN光纖由于難于降低散射損耗，只能用在2.4～2.7μm的溫敏器和熱圖像傳輸，尚未廣泛實(shí)用。最近，為了利用ZBLAN進(jìn)行長距離傳輸，正在研制1.3μm的摻鐠光纖放大器（PDFA）。

六 塑包光纖塑包光纖（Plastic Clad Fiber）是將高純度的石英玻璃作成纖芯，而將折射率比石英稍低的如硅膠等塑料作為包層的階躍型光纖。它與石英光纖相比較，具有纖芯租、數(shù)值孔徑（NA）高的特點(diǎn)。因此，易與發(fā)光二極管LED光源結(jié)合，損耗也較小。所以，非常適用于局域網(wǎng)（LAN）和近距離通信。

七 塑料光纖這是將纖芯和包層都用塑料（聚合物）作成的光纖。早期產(chǎn)品主要用于裝飾和導(dǎo)光照明及近距離光鍵路的光通信中。原料主要是有機(jī)玻璃（PMMA）、聚苯乙?。≒S）和聚碳酸酯（PC）。損耗受到塑料固有的C－H結(jié)合結(jié)構(gòu)制約，一般每km可達(dá)幾十dB。為了降低損耗正在開發(fā)應(yīng)用氟索系列塑料。由于塑料光纖（Plastic Optical fiber）的纖芯直徑為1000pm，比單模石英光纖大100倍，接續(xù)簡單，而且易于彎曲施工容易。近年來，加上寬帶化的進(jìn)度，作為漸變型（GI）折射率的多模塑料光纖的發(fā)展受到了社會的重視。最近，在汽車內(nèi)部LAN中應(yīng)用較快，未來在家庭LAN中也可能得到應(yīng)用。PS光纖絲 多用于花卉工藝 工藝玩具 電子玩具 PMMA光纖絲 多用于燈飾 裝修。

八Apple-converted-space"> 單模光纖這是指在工作波長中，只能傳輸一個(gè)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(shí)，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。

多模光纖將光纖按工作彼長以其傳播可能的模式為多個(gè)模式的光纖稱作多模光纖（MMF：MUlti ModeFiber）。纖芯直徑為50μm，由于傳輸模式可達(dá)幾百個(gè)，與SMF相比傳輸帶寬主要受模式色散支配。在歷史上曾用于有線電視和通信系統(tǒng)的短距離傳輸。自從出現(xiàn)SMF光纖后，似乎形成歷史產(chǎn)品。但實(shí)際上，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。MMF按折射率分布進(jìn)行分類時(shí)，有：漸變（GI）型和階躍（SI）型兩種。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(jìn)的光束呈現(xiàn)以蛇行狀傳播。由于，光的各個(gè)路徑所需時(shí)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(jìn)過程中，產(chǎn)生各個(gè)光路徑的時(shí)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。

十 色散位移光纖單模光纖的工作波長在1.3μm時(shí)，模場直徑約9μm，其傳輸損耗約0.3dB/km。此時(shí)，零色散波長恰好在1.3μm處。石英光纖中，從原材料上看1.55pm段的傳輸損耗最?。s0.2dB/km）。由于現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)用的摻鉺光纖放大器（EDFA）是工作在1.55pm波段的，如果在此波段也能實(shí)現(xiàn)零色散，就更有利于應(yīng)用1.55Pm波段的長距離傳輸。于是，巧妙地利用光纖材料中的石英材料色散與纖芯結(jié)構(gòu)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段也構(gòu)成零色散。因此，被命名為色散位移光纖（DSF：DispersionShifted Fiber）。加大結(jié)構(gòu)色散的方法，主要是在纖芯的折射率分布性能進(jìn)行改善。在光通信的長距離傳輸中，光纖色散為零是重要的，但不是唯一的。其它性能還有損耗小、接續(xù)容易、成纜化或工作中的特性變化?。ò◤澢?、拉伸和環(huán)境變化影響）。DSF就是在設(shè)計(jì)中，綜合考慮這些因素。

十一 色散平坦光纖色散移位光纖（DSF）是將單模光纖設(shè)計(jì)零色散位于1.55pm波段的光纖。而色散平坦光纖（DFF：Dispersion Flattened Fiber）卻是將從1.3Pm到1.55pm的較寬波段的色散，都能作到很低，幾乎達(dá)到零色散的光纖稱作DFF。由于DFF要作到1.3μm～1.55μm范圍的色散都減少。就需要對光纖的折射率分布進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)。不過這種光纖對于波分復(fù)用（WDM）的線路卻是很適宜的。由于DFF光纖的工藝比較復(fù)雜，費(fèi)用較貴。今后隨著產(chǎn)量的增加，價(jià)格也會降低。

十二 色散補(bǔ)償光纖對于采用單模光纖的干線系統(tǒng)，由于多數(shù)是利用1.3μm波段色散為零的光纖構(gòu)成的?？墒牵F(xiàn)在損耗最小的1.55μm，由于EDFA的實(shí)用化，如果能在1.3μm零色散的光纖上也能令1.55μm波長工作，將是非常有益的。因?yàn)椋?.3Pm零色散的光纖中，1.55μm波段的色散約有16ps/km/nm之多。如果在此光纖線路中，插入一段與此色散符號相反的光纖，就可使整個(gè)光線路的色散為零。為此目的所用的是光纖則稱作色散補(bǔ)償光纖（DCF：DisPersion Compe-nsation Fiber）。DCF與標(biāo)準(zhǔn)的1.3μm零色散光纖相比，纖芯直徑更細(xì)，而且折射率差也較大。DCF也是WDM光線路的重要組成部分。

十三 偏振保持光纖在光纖中傳播的光波，因?yàn)榫哂?span id="fe5gdfs" class='hrefStyle'>電磁波的性質(zhì)，所以，除了基本的光波單一模式之外，實(shí)質(zhì)上還存在著電磁場（TE、TM）分布的兩個(gè)正交模式。通常，由于光纖截面的結(jié)構(gòu)是圓對稱的，這兩個(gè)偏振模式的傳播常數(shù)相等，兩束偏振光互不干涉。但實(shí)際上，光纖不是完全地圓對稱，例如有著彎曲部分，就會出現(xiàn)兩個(gè)偏振模式之間的結(jié)合因素，在光軸上呈不規(guī)則分布。偏振光的這種變化造成的色散，稱之偏振模式色散（PMD）。對于現(xiàn)在以分配圖像為主的有線電視，影響尚不太大。但對于一些未來超寬帶有特殊要求的業(yè)務(wù)，如：①相干通信中采用外差檢波，要求光波偏振更穩(wěn)定時(shí)；②光機(jī)器等對輸入輸出特性要求與偏振相關(guān)時(shí)；③在制作偏振保持光耦合器和偏振器或去偏振器等時(shí)；④制作利用光干涉的光纖敏感器等，凡要求偏振波保持恒定的情況下，對光纖經(jīng)過改進(jìn)使偏振狀態(tài)不變的光纖稱作偏振保持光纖（PMF：Polarization Maintaining fiber），也有稱此為固定偏振光纖的。

十四 雙折射光纖雙折射光纖是指在單模光纖中，可以傳輸相互正交的兩個(gè)固有偏振模式的光纖而言。因?yàn)?，折射率隨偏報(bào)方向變異的現(xiàn)象稱為雙折射。在造成雙折射的方法中。它又稱作PANDA光纖，即偏振保持與吸收減少光纖（Polarization－maintai-ning AND Absorption－ reducing fiber）。它是在纖芯的橫向兩則，設(shè)置熱膨脹系數(shù)大、截面是圓形的玻璃部分。在高溫的光纖拉絲過程中，這些部分收縮，其結(jié)果在纖芯y方向產(chǎn)生拉伸，同時(shí)又在x方向呈現(xiàn)壓縮應(yīng)力。致使纖材出現(xiàn)光彈性效應(yīng)，使折射率在X方向和y方向出現(xiàn)差異。依此原理達(dá)到偏振保持恒定。

抗惡環(huán)境光纖通信用光纖通常的工作環(huán)境溫度可在-40～+60℃之間，設(shè)計(jì)時(shí)也是以不受大量輻射線照射為前提的。相比之下，對于更低溫或更高溫以及能遭受高壓或外力影響、曝曬輻射線的惡劣環(huán)境下，也能工作的光纖則稱作抗惡環(huán)境光纖（Hard Condition Resistant Fiber）。一般為了對光纖表面進(jìn)行機(jī)械保護(hù)，多涂覆一層塑料?？墒请S著溫度升高，塑料保護(hù)功能有所下降，致使使用溫度也有所限制。如果改用抗熱性塑料，如聚四氟乙稀（Teflon）等樹脂，即可工作在300℃環(huán)境。也有在石英玻璃表面涂覆鎳（Ni）和鋁（A1）等金屬的。這種光纖則稱為耐熱光纖（Heat Resistant Fiber）。另外，當(dāng)光纖受到輻射線的照射時(shí)，光損耗會增加。這是因?yàn)槭⒉Ａв龅捷椛渚€照射時(shí)，玻璃中會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷（也稱作色心：Colour Center），尤在0.4～0.7pm波長時(shí)損耗增大。防止辦法是改用摻雜OH或F素的石英玻璃，就能抑制因輻射線造成的損耗缺陷。這種光纖則稱作抗輻射光纖（Radiation Resistant Fiber），多用于核發(fā)電站的監(jiān)測用光纖維鏡等。

十六 密封涂層光纖 為了保持光纖的機(jī)械強(qiáng)度和損耗的長時(shí)間穩(wěn)定，而在玻璃表面涂裝碳化硅（SiC）、碳化鈦（TiC）、碳（C）等無機(jī)材料，用來防止從外部來的水和氫的擴(kuò)散所制造的光纖（HCFHermeticallyCoated Fiber）。目前，通用的是在化學(xué)氣相沉積（CVD）法生產(chǎn)過程中，用碳層高速堆積來實(shí)現(xiàn)充分密封效應(yīng)。這種 碳涂覆光纖（CCF）能有效地截?cái)喙饫w與外界氫分子的侵入。據(jù)報(bào)道它在室溫的氫氣環(huán)境中可維持20年不增加損耗。當(dāng)然，它在防止水分侵入延緩機(jī)械強(qiáng)度的疲勞進(jìn)程，其疲勞系數(shù)（Fatigue Parameter）可達(dá)200以上。所以，HCF被應(yīng)用于嚴(yán)酷環(huán)境中要求可靠性高的系統(tǒng)，例如海底光纜就是一例。

十七 碳涂層光纖 在石英光纖的表面涂敷碳膜的光纖，稱之碳涂層光纖（CCF：Carbon CoatedFiber）。其機(jī)理是利用碳素的致密膜層，使光纖表面與外界隔離，以改善光纖的機(jī)械疲勞損耗和氫分子的損耗增加。CCF是密封涂層光纖（HCF）的一種。

十八 金屬涂層光纖 金屬涂層光纖（Metal Coated Fiber）是在光纖的表面涂布Ni、Cu、A1等金屬層的光纖。也有再在金屬層外被覆塑料的，目的在于提高抗熱性和可供通電及焊接。它是抗惡環(huán)境性光纖之一，也可作為電子電路的部件用。 早期產(chǎn)品是在拉絲過程中，涂布熔解的金屬作成的。由于此法因被玻璃與金屬的膨脹系數(shù)差異太大，會增微小彎曲損耗，實(shí)用化率不高。近期，由于在玻璃光纖的表面采用低損耗的非電解鍍膜法的成功，使性能大有改善。

十九 摻稀土光纖 在光纖的纖芯中，摻雜如何（Er）、欽（Nd）、譜（Pr）等稀土族元素的光纖。1985年英國的索斯安普頓（Sourthampton）大學(xué)的佩思（Payne）等首先發(fā)現(xiàn)摻雜稀土元素的光纖（Rare Earth DoPed Fiber）有激光振蕩和光放大的現(xiàn)象。于是，從此揭開了慘餌等光放大的面紗，現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)用的1.55pmEDFA就是利用摻餌的單模光纖，利用1.47pm的激光進(jìn)行激勵(lì)，得到1.55pm光信號放大的。另外，摻錯(cuò)的氟化物光纖放大器（PDFA）正在開發(fā)中。

二十 喇曼光纖 喇曼效應(yīng)是指往某物質(zhì)中射人頻率f的單色光時(shí)，在散射光中會出現(xiàn)頻率f之外的f±fR， f±2fR等頻率的散射光，對此現(xiàn)象稱喇曼效應(yīng)。由于它是物質(zhì)的分子運(yùn)動與格子運(yùn)動之間的能量交換所產(chǎn)生的。當(dāng)物質(zhì)吸收能量時(shí)，光的振動數(shù)變小，對此散射光稱斯托克斯（stokes）線。反之，從物質(zhì)得到能量，而振動數(shù)變大的散射光，則稱反斯托克斯線。于是振動數(shù)的偏差FR，反映了能級，可顯示物質(zhì)中固有的數(shù)值。 利用這種非線性媒體做成的光纖，稱作喇曼光纖（RF：Raman Fiber）。為了將光封閉在細(xì)小的纖芯中，進(jìn)行長距離傳播，就會出現(xiàn)光與物質(zhì)的相互作用效應(yīng)，能使信號波形不畸變，實(shí)現(xiàn)長距離傳輸。 當(dāng)輸入光增強(qiáng)時(shí)，就會獲得相干的感應(yīng)散射光。應(yīng)用感應(yīng)喇曼散射光的設(shè)備有喇曼光纖激光器，可供作分光測量電源和光纖色散測試用電源。另外，感應(yīng)喇曼散射，在光纖的長距離通信中，正在研討作為光放大器的應(yīng)用。

二十一 偏心光纖 標(biāo)準(zhǔn)光纖的纖芯是設(shè)置在包層中心的，纖芯與包層的截面形狀為同心圓型。但因用途不同，也有將纖芯位置和纖芯形狀、包層形狀，作成不同狀態(tài)或?qū)鼘哟┛仔纬僧愋徒Y(jié)構(gòu)的。相對于標(biāo)準(zhǔn)光纖，稱這些光纖叫異型光纖。 偏心光纖（Excentric Core Fiber），它是異型光纖的一種。其纖芯設(shè)置在偏離中心且接近包層外線的偏心位置。由于纖芯靠近外表，部分光場會溢出包層傳播（稱此為漸消彼，Evanescent Wave）。 因此，當(dāng)光纖表面附著物質(zhì)時(shí)，因物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)在光纖中傳播的光波受到影響。如果附著物質(zhì)的折射率較光纖高時(shí)，光波則往光纖外輻射。若附著物質(zhì)的折射率低于光纖折射率時(shí)，光波不能往外輻射，卻會受到物質(zhì)吸收光波的損耗。利用這一現(xiàn)象，就可檢測有無附著物質(zhì)以及折射率的變化。 偏心光纖（ECF）主要用作檢測物質(zhì)的光纖敏感器。與光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）的測試法組合一起，還可作分布敏感器用。

二十二 發(fā)光光纖 采用含有熒光物質(zhì)制造的光纖。它是在受到輻射線、紫外線等光波照射時(shí)，產(chǎn)生的熒光一部分，可經(jīng)光纖閉合進(jìn)行傳輸?shù)墓饫w。 發(fā)光光纖（Luminescent Fiber）可以用于檢測輻射線和紫外線，以及進(jìn)行波長變換，或用作溫度敏感器、化學(xué)敏感器。在輻射線的檢測中也稱作閃光光纖（Scintillation Fiber）。 發(fā)光光纖從熒光材料和摻雜的角度上，正在開發(fā)著塑料光纖。

二十三 多芯光纖 通常的光纖是由一個(gè)纖芯區(qū)和圍繞它的包層區(qū)構(gòu)成的。但多芯光纖（Multi Core Fiber）卻是一個(gè)共同的包層區(qū)中存在多個(gè)纖芯的。由于纖芯的相互接近程度，可有兩種功能。 其一是纖芯間隔大，即不產(chǎn)生光耦會的結(jié)構(gòu)。這種光纖，由于能提高傳輸線路的單位面積的集成密度。在光通信中，可以作成具有多個(gè)纖芯的帶狀光纜，而在非通信領(lǐng)域，作為光纖傳像束，有將纖芯作成成千上萬個(gè)的。 其二是使纖芯之間的距離靠近，能產(chǎn)生光波耦合作用。利用此原理正在開發(fā)雙纖芯的敏感器或光回路器件。

二十四 空心光纖 將光纖作成空心，形成圓筒狀空間，用于光傳輸?shù)墓饫w，稱作空心光纖（Hollow Fiber）。 空心光纖主要用于能量傳送，可供X射線、紫外線和遠(yuǎn)紅外線光能傳輸?？招墓饫w結(jié)構(gòu)有兩種：一是將玻璃作成圓筒狀，其纖芯與包層原理與階躍型相同。利用光在空氣與玻璃之間的全反射傳播。由于，光的大部分可在無損耗的空氣中傳播，具有一定距離的傳播功能。二是使圓筒內(nèi)面的反射率接近1，以減少反射損耗。為了提高反射率，有在簡內(nèi)設(shè)置電介質(zhì)，使工作波長段損耗減少的。例如可以作到波長10.6pm損耗達(dá)幾dB/m的。