光纖 又名：光導(dǎo)纖維,OpticalFiber,Fiber

       2022年，單晶有機(jī)金屬鈣鈦礦光纖首次制成。2023年5月，中國科學(xué)家實(shí)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(shí)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(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(gè)名詞會被混淆.多數(shù)光纖在使用前必須由幾層保護(hù)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(hù)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(hù)封套。光纖通常被扎成束，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。 　　

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(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)：在裝滿水的木桶上鉆個(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，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(jìn)。這是為什么呢？難道光線不再直進(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(shí)，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(jìn)。

　　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(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(shí)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室地下管道開通了世界上第一條光纖通信系統(tǒng)的試驗(yàn)線路。采用一條擁有144個(gè)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(bào)電話公司幾乎同時(shí)研制成功壽命達(dá)100萬小時(shí)（實(shí)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(shí)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(shí)用光纖，被譽(yù)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(yàn)工作。

　　1990年，單模光纖通信系統(tǒng)進(jìn)入商用化階段（565Mb/s），并著手進(jìn)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(yàn)，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(shí)驗(yàn)室與日本合作伙伴成功地試驗(yàn)了可以無錯(cuò)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(jìn)入商用化階段。

　　1996年，10Gb/s 的SDH產(chǎn)品進(jìn)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(yàn)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(tuán)光通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡稱光全重）獲悉，繼2022年10月實(shí)現(xiàn)全球首次3.03Pbit/s單模19芯光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)后，該實(shí)驗(yàn)室又實(shí)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(shí)驗(yàn)，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(shí)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(diǎn)

　　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(jìn)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(jìn)入了飛速發(fā)展的階段。

　　光纖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(gè)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(jìn)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，可以容納上百萬個(gè)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(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，光纖傳輸損耗還有兩個(gè)特點(diǎn)，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(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電平的波動(dòng)。

　　3．重量輕

　　因?yàn)楣饫w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(qiáng)筋、護(hù)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(diǎn)，安裝十分方便。

　　4．抗干擾能力強(qiáng)

　　因?yàn)楣饫w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(qiáng)的抵御能力。也正因?yàn)槿绱?，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?yàn)楣饫w傳輸一般不需要中繼放大，不會因?yàn)榉糯笠诵碌姆蔷€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(shí)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(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)會越大。因?yàn)楣饫w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(gè)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(shí)間達(dá)50萬～75萬小時(shí)，其中壽命最短的是光發(fā)射機(jī)中的激光器，最低壽命也在10萬小時(shí)以上。故一個(gè)設(shè)計(jì)良好、正確安裝調(diào)試的光纖系統(tǒng)的工作性能是非?？煽康?。

　　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(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)。這就為大型有線電視系統(tǒng)采用光纖傳輸方式掃清了最后一個(gè)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(jìn)步，成本還會進(jìn)一步降低；而電纜所需的銅原料有限，價(jià)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(shí)，光線透不過界面，全部反射。這時(shí)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(dòng)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(shí)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(gè)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(diǎn)模數(shù)類

　　傳輸點(diǎn)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(gè)模式同時(shí)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(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(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。。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。 

光纖的模式-單模與多模光纖

　　光纖可以支持一個(gè)或幾個(gè)（有時(shí)甚至許多） 傳導(dǎo)模式 ，這些模式的強(qiáng)度分布位于纖芯及其周圍，不過也會有一些光強(qiáng)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(gè)起保護(hù)作用的聚合物涂覆層，它能夠改進(jìn)光纖的機(jī)械強(qiáng)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(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(qiáng)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(gè)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(gè)，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?yàn)椴煌哪Ｊ接胁煌核俣?，在高?span id="ymbs0cf" class="hrefStyle">數(shù)據(jù)傳輸時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)有效的耦合，它必須與導(dǎo)致耦合的擾動(dòng)的空間頻率相匹配。 

光纖系統(tǒng)的運(yùn)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(shí)容納數(shù)十人通話；可以同時(shí)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(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。現(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(shí)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(gè)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(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(gè)單模纖芯和一個(gè)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(shí)現(xiàn)的 。線偏振光的偏振方向與光纖一個(gè)雙折射軸方向相同時(shí)，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(gè)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(jìn)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(qiáng)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(shí)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(jià)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(jì)將在消費(fèi)市場（如家庭網(wǎng)絡(luò)）、汽車和飛機(jī)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(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；

　?、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(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，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(gè)高度技術(shù)化和精細(xì)化的過程，涉及多個(gè)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(hù)層，以增強(qiáng)其機(jī)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(jī)完成。隨后，光纖可能還需要被套上一層塑料外護(hù)層，以進(jìn)一步保護(hù)光纖。

　　5、切割和測試

　　將光纖切割成一定長度，并進(jìn)行光學(xué)性能測試和質(zhì)量檢驗(yàn)，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(xiàng)

　　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(gè)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(jìn)行，以避免雜質(zhì)和污染物對光纖的影響。同時(shí)，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(xiǎn)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(diǎn)，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(gè)復(fù)雜而精細(xì)的過程，需要嚴(yán)格控制各個(gè)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(jìn)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(jiǎng)。高錕從理論上分析證明了用光纖作為傳輸媒體以實(shí)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(yù)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(jī)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(yù)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(yùn)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(jiān)持自己的信念，并持續(xù)進(jìn)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(jiǎng)。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(yù)。

　　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(yù)為“中國光纖之父”。他“拉出”我國第一根實(shí)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(jìn)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(shí)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(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、增強(qiáng)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(gè)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(dòng)電路驅(qū)動(dòng)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(diǎn)

　　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?。?/strong>光纖收發(fā)器設(shè)備輕便，占用空間小，便于安裝和維護(hù)。

　　4、無中繼、傳輸距離長：光纖收發(fā)器可以實(shí)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(diǎn)。

　　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(diǎn)。

　　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(shí)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(dòng)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(jì)算、大型數(shù)據(jù)中心等。

　　4、按結(jié)構(gòu)分類：

　　桌面式（獨(dú)立式）光纖收發(fā)器：體積小，便于攜帶和移動(dòng)。

　　機(jī)架式光纖收發(fā)器：適用于機(jī)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(shí)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(shí)進(jìn)行。

　　單工模式光纖收發(fā)器：數(shù)據(jù)傳輸只能單向進(jìn)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(shí)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(diǎn)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(jī)+光纖收發(fā)器+交換機(jī)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

　　4、工業(yè)自動(dòng)化：工業(yè)自動(dòng)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(shí)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(dòng)化的需求。

　　5、智能交通：智能交通系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)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(yùn)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(yùn)行。

五、光纖收發(fā)器的選擇

　　在選擇光纖收發(fā)器時(shí)，需要考慮以下因素：

　　1、傳輸距離：根據(jù)實(shí)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。