【文章內(nèi)容簡介】 大歷史意義的論文，論文分析了玻璃纖維損耗大的主要原因，大膽地預(yù)言，只要能設(shè)法降低玻璃纖維的雜質(zhì)，就有可能使光纖的損耗從每公里1000分貝降低到20分貝／公里，從而有可能用于通信。這篇論文使許多國家的科學(xué)家受到鼓舞，加強(qiáng)了為實(shí)現(xiàn)低損耗光纖而努力的信心?！　∈澜缟系谝桓蛽p耗的石英光纖――1970年，美國康寧玻璃公司的三名科研人員馬瑞爾、卡普隆、凱克成功地制成了傳輸損耗每千米只有20分貝的光纖。這是什么概念呢？用它和玻璃的透明程度比較，光透過玻璃功率損耗一半（相當(dāng)于3分貝）的長度分別是：普通玻璃為幾厘米、高級光學(xué)玻璃最多也只有幾米，而通過每千米損耗為20分貝的光纖的長度可達(dá)150米。這就是說，光纖的透明程度已經(jīng)比玻璃高出了幾百倍！在當(dāng)時，制成損耗如此之低的光纖可以說是驚人之舉，這標(biāo)志著光纖用于通信有了現(xiàn)實(shí)的可能性。1970年激光器和低損耗光纖這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的重大突破，使光纖通信開始從理想變成可能，這立即引起了各國電信科技人員的重視，他們競相進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)。1974年美國貝爾研究所發(fā)明了低損耗光纖制作法――CVD法（汽相沉積法），使光纖損耗降低到1分貝／公里；1977年，貝爾研究所和日本電報(bào)電話公司幾乎同時研制成功壽命達(dá)100萬小時（實(shí)用中10年左右）的半導(dǎo)體激光器，從而有了真正實(shí)用的激光器。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。　　進(jìn)入實(shí)用階段以后，光纖通信的應(yīng)用發(fā)展極為迅速，應(yīng)用的光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)多次更新?lián)Q代。70年代的光纖通信系統(tǒng)主要是用多模光纖，應(yīng)用光纖的短波長（850納米）波段，（1納米=1000兆分之一米，即米）。80年代以后逐漸改用長波長（1310納米），光纖逐漸采用單模光纖，到90年代初，通信容量擴(kuò)大了50倍，／s。進(jìn)入90年代以后，傳輸波長又從1310納米轉(zhuǎn)向更長的1550納米波長，并且開始使用光纖放大器、波分復(fù)用（WDM）技術(shù)等新技術(shù)。通信容量和中繼距離繼續(xù)成倍增長。廣泛地應(yīng)用于市內(nèi)電話中繼和長途通信干線，成為通信線路的骨干。光纖資料大全之光纖分類光纖的種類很多，分類方法也是各種各樣的。從材料角度分　　按照制造光纖所用的材料分類，有石英系光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層石英芯光纖、全塑料光纖和氟化物光纖等?！　∷芰瞎饫w是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）制成的。它的特點(diǎn)是制造成本低廉，相對來說芯徑較大，與光源的耦合效率高，耦合進(jìn)光纖的光功率大，使用方便。但由于損耗較大，帶寬較小，這種光纖只適用于短距離低速率通信，如短距離計(jì)算機(jī)網(wǎng)鏈路、船舶內(nèi)通信等。目前通信中普遍使用的是石英系光纖。按傳輸模式分　　按光在光纖中的傳輸模式可分為：單模光纖和多模光纖?！　《嗄９饫w的纖芯直徑為50~，包層外直徑125μm，包層外直徑125μm。、。光纖損耗一般是隨波長加長而減小，,，這是光纖的最低損耗。由于OHˉ的吸收作用，~~，這兩個范圍未能充分利用。80年代起，傾向于多用單模光纖。多模光纖　　多模光纖(Multi Mode Fiber)：中心玻璃芯較粗()，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　　單模光纖(Single Mode Fiber)：中心玻璃芯很細(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，但還存在著材料色散和波導(dǎo)色散，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。，單模光纖的材料色散和波導(dǎo)色散一為正、一為負(fù)，大小也正好相等。，單模光纖的總色散為零。從光纖的損耗特性來看。這樣，也是現(xiàn)在實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的主要工作波段。－T在G652建議中確定的，因此這種光纖又稱G652光纖。最佳傳輸窗口為依據(jù)　　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)長家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上，如1300μm。　　色散位移型：光纖生產(chǎn)廠家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個波長的光上，如：1300μm和1550μm?！　∥覀冎绬文９饫w沒有模式色散所以具有很高的帶寬，不就可以實(shí)現(xiàn)高帶寬、低損耗傳輸了嗎？但是實(shí)際上并不是這么簡單。，雖然損耗較低，但由于色散較大，仍會給高速光通信系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。因此，這種光纖仍然不是理想的傳輸媒介?！　。藗冊O(shè)計(jì)出一種新的光纖，叫做色散位移光纖（DSF）。這種光纖可以對色散進(jìn)行補(bǔ)償。，代號為G653?！　653光纖是單信道、超高速傳輸?shù)臉O好的傳輸媒介?，F(xiàn)在這種光纖已用于通信干線網(wǎng)，特別是用于海纜通信類的超高速率、長中繼距離的光纖通信系統(tǒng)中?！　∩⑽灰乒饫w雖然用于單信道、超高速傳輸是很理想的傳輸媒介，但當(dāng)它用于波分復(fù)用多信道傳輸時，又會由于光纖的非線性效應(yīng)而對傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生干擾。特別是在色散為零的波長附近，干擾尤為嚴(yán)重。為此，人們又研制了一種非零色散位移光纖即G655光纖， 。這種非零色散位移光纖不僅可用于現(xiàn)在的單信道、超高速傳輸，而且還可適應(yīng)于將來用波分復(fù)用來擴(kuò)容，是一種既滿足當(dāng)前需要，又兼顧將來發(fā)展的理想傳輸媒介?！　∵€有一種單模光纖是色散平坦型單模光纖。，接近于零。但是這種光纖的損耗難以降低，體現(xiàn)不出色散降低帶來的優(yōu)點(diǎn)，所以目前尚未進(jìn)入實(shí)用化階段。按折射率分布分　　按折射率分布情況分：階躍型和漸變型光纖?！　‰A躍型：光纖的纖芯折射率高于包層折射率，使得輸入的光能在纖芯一包層交界面上不斷產(chǎn)生全反射而前進(jìn)。這種光纖纖芯的折射率是均勻的，包層的折射率稍低一些。光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的，只有一個臺階，所以稱為階躍型折射率多模光纖，簡稱階躍光纖，也稱突變光纖。這種光纖的傳輸模式很多，各種模式的傳輸路徑不一樣，經(jīng)傳輸后到達(dá)終點(diǎn)的時間也不相同，因而產(chǎn)生時延差，使光脈沖受到展寬。所以這種光纖的模間色散高，傳輸頻帶不寬，傳輸速率不能太高，用于通信不夠理想，只適用于短途低速通訊，比如：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。這是研究開發(fā)較早的一種光纖，現(xiàn)在已逐漸被淘汰了?！　榱私鉀Q階躍光纖存在的弊端，人們又研制、開發(fā)了漸變折射率多模光纖，簡稱漸變光纖?！　u變型光纖：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高次模的光按正弦形式傳播，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。漸變光纖的包層折射率分布與階躍光纖一樣，為均勻的。漸變光纖的纖芯折射率中心最大，沿纖芯半徑方向逐漸減小。由于高次模和低次模的光線分別在不同的折射率層界面上按折射定律產(chǎn)生折射，進(jìn)入低折射率層中去，因此，光的行進(jìn)方向與光纖軸方向所形成的角度將逐漸變小。同樣的過程不斷發(fā)生，直至光在某一折射率層產(chǎn)生全反射，使光改變方向，朝中心較高的折射率層行進(jìn)。這時，光的行進(jìn)方向與光纖軸方向所構(gòu)成的角度，在各折射率層中每折射一次，其值就增大一次，最后達(dá)到中心折射率最大的地方。在這以后。和上述完全相同的過程不斷重復(fù)進(jìn)行，由此實(shí)現(xiàn)了光波的傳輸?？梢钥闯觯庠跐u變光纖中會自覺地進(jìn)行調(diào)整，從而最終到達(dá)目的地，這叫做自聚焦。按工作波長分　　按光纖的工作波長分類，有短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖。常用光纖規(guī)格　　單模： 8/125μm， 9/125μm， 10/125μm　　多模： 50/125μm 歐洲標(biāo)準(zhǔn) 　　工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡(luò)： 100/140μm， 200/230μm　　塑料光纖： 98/1000μm 用于汽車控制。光纖制造　　目前通信中所用的光纖一般是石英光纖。石英的化學(xué)名稱叫二氧化硅（SiO2），它和我們?nèi)粘Ｓ脕斫ǚ孔铀玫纳白拥闹饕煞质窍嗤?。但是普通的石英材料制成的光纖是不能用于通信的。通信光纖必須由純度極高的材料組成；不過，在主體材料里摻入微量的摻雜劑，可以使纖芯和包層的折射率略有不同，這是有利于通信的?！　≈圃旃饫w的方法很多，目前主要有：管內(nèi)CVD(化學(xué)汽相沉積)法，棒內(nèi)CVD法，PCVD(等離子體化學(xué)汽相沉積)法和VAD(軸向汽相沉積)法。但不論用哪一種方法，都要先在高溫下做成預(yù)制棒，然后在高溫爐中加溫軟化，拉成長絲，再進(jìn)行涂覆、套塑，成為光纖芯線。光纖的制造要求每道工序都要相當(dāng)精密，由計(jì)算機(jī)控制。在制造光纖的過程中，要注意：　?、俟饫w原材料的純度必須很高?！　、诒仨毞乐闺s質(zhì)污染，以及氣泡混入光纖?！　、垡_控制折射率的分布；　　④正確控制光纖的結(jié)構(gòu)尺寸；　　⑤盡量減小光纖表面的傷痕損害，提高光纖機(jī)械強(qiáng)度。光纜的優(yōu)點(diǎn)　　光導(dǎo)纖維是一種傳輸光束的細(xì)微而柔韌的媒質(zhì)。光導(dǎo)纖維電纜由一捆光纖組成,簡稱為光纜。光纜是數(shù)據(jù)傳輸中最有效的一種傳輸介質(zhì)，它的優(yōu)點(diǎn)和光纖的優(yōu)點(diǎn)類似，主要有以下幾個方面：　　(1)頻帶較寬。　　(2)電磁絕緣性能好。光纖電纜中傳輸?shù)氖枪馐?，由于光束不受外界電磁干擾與影響，而且本身也不向外輻射信號，因此它適用于長距離的信息傳輸以及要求高度安全的場合。當(dāng)然，抽頭困難是它固有的難題，因?yàn)楦铋_的光纜需要再生和重發(fā)信號?！　?3)衰減較小?？梢哉f在較長距離和范圍內(nèi)信號是一個常數(shù)?！　?4)中繼器的間隔較大，因此可以減少整個通道中繼器的數(shù)目，可降低成本。根據(jù)貝爾實(shí)驗(yàn)室的測試，當(dāng)數(shù)據(jù)的傳輸速率為420Mbps且距離為119公里無中繼器時，其誤碼率為,傳輸質(zhì)量很好。而同軸電纜和雙絞線每隔幾千米就需要接一個中繼器。如何安裝　　在使用光纜互聯(lián)多個小型機(jī)的應(yīng)用中，必須考慮光纖的單向特性，如果要進(jìn)行雙向通信，那么就應(yīng)使用雙股光纖。由于要對不同頻率的光進(jìn)行多路傳輸和多路選擇，因此在通信器件市場上又出現(xiàn)了光學(xué)多路轉(zhuǎn)換器?！　≡谄胀ㄓ?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中安裝光纜是從用戶設(shè)備開始的。因?yàn)楣饫|只能單向傳輸。為了實(shí)現(xiàn)雙向通信，光纜就必需成對出現(xiàn)，一個用于輸入，一個用于輸出。光纜兩端接光學(xué)接口器?！　“惭b光纜需格外謹(jǐn)慎。連接每條光纜時都要磨光端頭，通過電燒烤或化學(xué)環(huán)氯工藝與光學(xué)接口連在一起，確保光通道不被阻塞。光纖不能拉得太緊，也不能形成直角。常用光纜　　光纖的類型由模材料(玻璃或塑料纖維)及芯和外層尺寸決定，芯的尺寸大小決定光的傳輸質(zhì)量。常用的光纜有：　　 芯、125μm外層、單模?！　?芯、125μm外層、多模?！　?0μm芯、125μm外層、多模?！　?00μm芯、140μm外層、多模。敷設(shè)方式　　通信光纜自70年代開始應(yīng)用以來，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為長途干線、市內(nèi)電話中繼、水底和海底通信以及局域網(wǎng)、專用網(wǎng)等有線傳輸?shù)墓歉桑⑶乙验_始向用戶接入網(wǎng)發(fā)展，由光纖到路邊（FTTC）、光纖到大樓（FTTB）等向光纖到戶（FTTH）發(fā)展。針對各種應(yīng)用和環(huán)境條件等，通信光纜有架空、直埋、管道、水底、室內(nèi)等敷設(shè)方式。架空光纜　　架空光纜是架掛在電桿上使用的光纜。這種敷設(shè)方式可以利用原有的架空明線桿路，節(jié)省建設(shè)費(fèi)用、縮短建設(shè)周期。架空光纜掛設(shè)在電桿上，要求能適應(yīng)各種自然環(huán)境。架空光纜易受臺風(fēng)、冰凌、洪水等自然災(zāi)害的威脅，也容易受到外力影響和本身機(jī)械強(qiáng)度減弱等影響，因此架空光纜的故障率高于直埋和管道式的光纖光纜。一般用于長途二級或二級以下的線路，適用于專用網(wǎng)光纜線路或某些局部特殊地段?！　〖芸展饫|的敷設(shè)方法有兩種：1. 吊線式：先用吊線緊固在電桿上，然后用掛鉤將光纜懸掛在吊線上，光纜的負(fù)荷由吊線承載。2. 自承式：用一種自承式結(jié)構(gòu)的光纜，光纜呈“8”字型，上部為自承線，光纜的負(fù)荷由自承線承載。直埋光纜　　這種光纜外部有鋼帶或鋼絲的鎧裝，直接埋設(shè)在地下，要求有抵抗外界機(jī)械損傷的性能和防止土壤腐蝕的性能。要根據(jù)不同的使用環(huán)境和條件選用不同的護(hù)層結(jié)構(gòu)，例如在有蟲鼠害的地區(qū)，要選用有防蟲鼠咬嚙的護(hù)層的光纜?！　「鶕?jù)土質(zhì)和環(huán)境的不同。在敷設(shè)時，還必須注意保持光纖應(yīng)變要在允許的限度內(nèi)。管道光纜　　管道敷設(shè)一般是在城市地區(qū)，管道敷設(shè)的環(huán)境比較好，因此對光纜護(hù)層沒有特殊要求，無需鎧裝。　　管道敷設(shè)前必須選下敷設(shè)段的長度和接續(xù)點(diǎn)的位置。敷設(shè)時可以采用機(jī)械旁引或人工牽引。一次牽引的牽引力不要超過光纜的允許張力?！　≈谱鞴艿赖牟牧峡筛鶕?jù)地理選用混凝土、石棉水泥、鋼管、塑料管等。水底光纜　　水底光纜是敷設(shè)于水底穿越河流、湖泊和灘岸等處的光纜。這種光纜的敷設(shè)環(huán)境比管道敷設(shè)、直埋敷設(shè)的條件差得多。水底光纜必須采用鋼絲或鋼帶鎧裝的結(jié)構(gòu)，護(hù)層的結(jié)構(gòu)要根據(jù)河流的水文地質(zhì)情況綜合考慮。例如在石質(zhì)土壤、沖刷性強(qiáng)的季節(jié)性河床，光纜遭受磨損、拉力大的情況，不僅需要粗鋼絲做鎧裝，甚至要用雙層的鎧裝。施工的方法也要根據(jù)河寬、水深、流速、河床、流速、河床土質(zhì)等情況進(jìn)行選定。　　水底光纜的敷設(shè)環(huán)境條件比直埋光纜嚴(yán)竣得多，修復(fù)故障的技術(shù)和措施也困難得多，所以對水度光纜的可靠性要求也比直埋光纜高?！　『５坠饫|也是水底電纜，但是敷設(shè)環(huán)境條件比一般水底光纜更加嚴(yán)竣，要求更高，對海底光纜系統(tǒng)及其元器件的使用壽命要求在25年以上。海底光纜：結(jié)構(gòu)與發(fā)展　　1988年，在美國與英國、法國之間敷設(shè)了越洋的海底光纜（TAT8）系統(tǒng)，全長6700公里。這條光纜含有3對光纖，每對的傳輸速率為280Mb／s，中繼站距離為67公里。這是第一條跨越大西洋的通信海底光纜，標(biāo)志著海底光纜時代的到來。1989年，跨越太平洋的海底光纜（全長13200公里）也建設(shè)成功，從此，海底光纜就在跨越海洋的洲際海纜領(lǐng)域取代了同軸電纜，遠(yuǎn)洋洲際間不再敷設(shè)海底電纜?！　」饫w的傳輸容量大，中繼站間的距離長，適用于海底長距離的通信。用于海底光纜的光纖比陸地光纜所用的光纖有更高的要求；要求低損耗、高強(qiáng)度、制造長度長，光纜的中繼距離長，一般都在50公里以上，在光纖的傳輸性能方面要求在25年以內(nèi)不會變化。在海底光纜的結(jié)構(gòu)方面：要求能經(jīng)受強(qiáng)大的壓力和拉力，特別是深海光纜（敷設(shè)在水深1000米以上海底的光纜），在敷設(shè)和維修作業(yè)中除了光纜本身的重量外，還要加上海浪加到光纜上的動態(tài)應(yīng)力，在如此大的負(fù)荷條件下，～％之內(nèi)；海底光纜的結(jié)構(gòu)要求堅(jiān)固、材料輕，但不能用輕金屬鋁