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这一设想提出之后，有人称之为匪夷所思，也有人对此大加褒扬。

但在争论中，高锟的设想逐步变成现实：

利用石英玻璃制成的光纤应用越来越广泛，全世界掀起了一场光纤通信的革命。

随着第一个光纤系统于1981年成功问世，高锟“光纤之父”美誉传遍世界。

高锟还开发了实现光纤通讯所需的辅助性子系统。

他在单模纤维的构造、纤维的强度和耐久性、纤维连接器和耦合器以及扩散均衡特性等多个领域都作了大量的研究，而这些研究成果都是使信号在无放大的条件下，以每秒亿兆位元传送至距离以万米为单位的成功关键。

举世公认高锟是提出用纤维材料传达光束讯号，以建置通信的第一人。

高氏仍在英国求学的1960年代，大家已经知道讯息是可以用数字或模拟的方式传送。

当时已有人研究，透过气体或玻璃传送光，期望可达到高速的传送效率，但无法克服讯号会严重衰减的问题。

1965年，高氏对各种非导体纤维进行仔细的实验。

按他分析，当光学讯号衰减率能低于每公里20分贝时，光束通信便可行。

他更进一步分析了吸收、散射、弯曲等因素，推论被包覆的石英基玻璃有可能满足衰减需求达到波导。

这项关键研究结果，推动全球各地连串运用玻璃纤维波导来通讯的研发工作。

此后1970-美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝半导体激光器

1976-美国在亚特兰大的贝尔实验室地下管道开通了世界上第一条光纤通信系统的试验线路。

采用一条拥有144个光纤的光缆以44.736Mbps的速率传输信号，中继距离为10km。

采用的是多模光纤，光源用的是发光管LED，波长是0.85微米的红外光。

2005FTTH（FiberToTheHome）光纤直接到家庭

2013年，中国的光纤产能已达到1亿8千万芯公里。

2、光纤原理和结构

2.1光是一种电磁波

如果有一束光投射到折射率分别为

和

的两种界面上时（设

>

），投射光将分为反射光和入射光。

入射角

与折射角

之间服从折射定律

，当入射角

逐渐增大时．折射角

也相应增大，增大到90度时，入射光线全部返回到原来的介质中，这种现象叫光的全反射。

此时的入射角

叫临界角。

在光纤中．光传输就是利用光的全反射原理．当入射到光纤芯子中的光与光轴线的交角小于一定值时，光线在界面上发生全反射。

这时，光将在光纤的芯子中沿锯齿状路径曲折前进，但不会穿出包层．这样就避免了光在传输过程中的折射损耗，如图1所示。

2.3光纤的基本结构

光纤的基本结构主要根据一次涂层与二次涂层的相对位置划分。

通常有三种：

紧套结构、松套结构、带状结构。

2.3.1紧套光纤

紧套光纤基本结构为二次涂层与一次涂层紧密相贴，两层间无空隙，一次涂覆光纤在二次涂层内不能自由移动，二层挤在一起且各层同心。

紧套光纤具有体积小和较好的机械强度特点，但外界环境变化时，易受影响，即温度特

性差。

这种结构的光纤使用场合较少。

常用涂覆材料有硅酮树脂，紫外固化炳烯酸酯UV等；

2.3.2松套光纤（光纤松套缓冲管）

松套光纤基本结构为二次涂层与一次涂层间有一定的空隙，一次涂覆光纤在充有光纤防水油膏的二次涂层内可自由移动。

二次涂层为一松套塑料管，常用涂覆材料：

PBT聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚乙烯等。

光纤松套管内含有2－12根一次涂覆光纤，松套缓冲管隔离外部应力及温度变化对光纤的作用，松套管内填充的光纤防水油膏对光纤起机构保护和阻水两方面的作用，松套光纤具有更好的机械特性和温度特性，但直径较粗，其所占空间相对较大，光纤光缆原料使用量增加。

2.3.3带状光纤（光纤带）

将若干根一次涂覆光纤（4－24）有规则的平行排列并用聚乙烯或聚酯等高分子树脂涂覆成二次涂层，粘接成带状后叠带而成的光纤，这种光纤称之为带状光纤。

带状光纤有二种结构：

包封型和边缘粘结型，图1-1-2。

适合作高密度光缆的缆芯，可减小缆芯尺寸，又增加纤芯数，是用户光缆首选结构。

2.3.4包封型光纤带的结构特点

包封型结构采用杨氏模量较低的树脂作内层，模量较高的树脂作外层，因此它具有较好的抗微弯作用和抗侧压作用，二者可兼顾，机械性能优越，但叠带后，占据的体积大，对下道工序有一定的要求，套塑时松套管的外径增大，高分子原材料用料增加，使产品成本有所增长。

2.3.5边缘粘结型光纤带结构特点

这种结构的光纤带高分子原料用料少，叠带后体积小，套塑松套管外径相应减小，节约用料，降低光缆的生产成本。

3、光纤的种类

光纤的种类有很多种，分类方法也各不相同，常见的有三种方法：

3.1按材料分

（1）石英光纤：

它主要由高纯度石英制成，因此传输损耗很低。

例如，工作波长在1.55um和1.31um的单模光纤，传输损耗只有0.2dB/km和0.35dB/km。

这种光纤主要用于光纤通信，也是目前用量最大的光纤。

（2）多组分玻璃光纤：

主要由特殊的光学玻璃制成。

它的传输损耗较大，白光下平均损耗在0.7dB/km以上。

这种光纤主要用于传光束、传像束、扭像器及纤维面板等。

（3）塑料光纤：

它是由高分子聚合物制成。

其特点是价格低廉，但损耗大。

一般用于短距离（数米）的信息传输，或用作光、传像。

（4）液芯光纤：

它是把石英管拉制成毛细管的尺寸，然后用四氯乙烯或其他液体加压填充而制成。

它是20世纪70年代研制的一种光纤，目前要、在一些特殊用途（如光纤传感）中仍有采用。

3.2按传输模式分

（1）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。

（2）单模光纤：

中心玻璃芯较细（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，但其色度色散起主要作用，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。

3.3按光纤折射率分布分

（1）阶跃折射率光纤：

光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。

其成本低，模间色散高。

适用于短途低速通讯，如：

工控。

但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。

（2）渐变折射率光纤：

光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。

（3）W型光纤：

纤芯折射率可以是均匀的，也可以是渐变的，主要区别是包层折射率又出现阶跃变化，形成双包层或三包层结构。

其折射率分布曲线形似字母“W”而得名，它的特点是可以进一步减小色散，增大通信容量。

3.4特种光纤

除了上面所介绍的光纤外，还有一些具有特殊性能与运用的光纤，例如军事上用于制导的高强度光纤，用于激光手术或激光治疗中能传输大功率激光束的传能光纤，用于光纤放大器、光纤激光器的掺稀土元素的有源光纤，以及近几年发展起来的晶体光纤。

4、光纤的材料与制造

4.1材料

材料是光纤的核心问题，对光纤制造材料的三个基本要求是：

a）高度透明，这是为实现长距离光通信而对光纤材料提出的最重要的质量要求；

b）能将这种材料拉制成沿长度方向均匀分布，具有明晰的纤芯；

c）能适应所需要的工作环境，如高低温、电磁、潮湿等的环境。

实际应用中的光纤材料，依据其所含化学元素区分，主要有三大类型：

a）应用于传像与传光的“多组分玻璃光纤”；

b）大量应用于光通信的石英光纤，又称为“高硅玻璃光纤”；

c）以及“塑料光纤”。

4.2生产方法

①管棒法：

将内芯玻璃棒插入外层玻璃管中（尽量紧密），熔融拉丝；

　　②双坩埚法：

在两个同心铂坩埚内，将内芯和外层玻璃料分别放入内、外坩埚中；

③分子填充法：

将微孔石英玻璃棒浸入高折射率的添加剂溶液中，得所需折射率分布的断面结构，再进行拉丝操作，它的工艺比较复杂。

在光导纤维通信中还可用内外气相沉积法等，以保证能制造出光损耗率低的光导纤维。

光导纤维应用时还要做成光缆，它是由数根光导纤维合并先组成光导纤维芯线，外面被覆塑料皮，再把光导纤维芯线组合成光缆，其中光导纤维的数目可以从几十到几百根，最大的达到4000根。

4.3不同材料的光纤及其制造方法

4.3.1石英玻璃光纤

石英玻璃光纤以二氧化硅（

）为主要原料，并按不同的掺杂量来控制纤芯和多组分玻璃光纤的折射率。

包层中掺加氟素来降低折射率，纤芯中掺加二氧化锗提高折射率。

为降低石英光纤的内部损耗．现都采用化学气相反应淀积法制取高纯度的石英预制棒．再拉丝．制成低损耗石英光纤。

CVD法是根据半导体气相生长法发展起来的，这种方法用超纯氧气作载气，把超纯原料气体四氯化硅和掺杂剂四氯化锗、三溴化硼、三氯氧磷等气体输送到以氢氧焰作热源的加热区。

混合气体在加热区发生气相反应，生成粉末状二氧化硅及添加氧化物。

继续升温加热，使混合粉料熔融成玻璃态，制成超纯玻璃预制棒．然后经加热（高频感应加热、电阻加热、氢氧焰加热）使料棒融化、拉丝。

折射率通过添加氧化物的浓度加以调节。

石英光纤与其它原料的光纤相比，还具有从紫外线光到近红外线光的透光广谱．除通信用途之外，还可用于导光和传导图像等领域。

4.3.2多组分玻璃光纤

多组分玻璃光纤的成分除石英外还含有氧化钠（

）、氧化钾（

）、氧化钙（

）、氧化硼（

）等其他氧化物。

特点是多成分玻璃比百英的软化点低且纤芯与包层的折射率差很大。

主要用在医疗业务的光纤内窥镜。

多组分玻璃光纤采用双坩埚法制造。

坩埚由尾部带漏管的内外两层铂坩埚同轴套在一起所组成。

多组分玻璃料经过仔细提纯，芯料玻璃放在内层坩埚里，包层玻璃放在外层坩埚里。

玻璃料经加热熔化后从漏管中流出。

在坩埚下方有一个高速旋转的鼓轮。

将熔融状态的玻璃拉成一定直径的细纱。

漏孔的直径大小和漏管的长度决定芯子的直径与包层厚度的比值。

4.3.3红外光纤

红外光纤作为光通信领域所开发的石英系列光纤的工作波长，尽管用在较短的传输距离，也只能用于2pm，为能在更长的红外波长领域工作所开发的光纤称为红外光纤。

红外光纤主要用于光能传送，例如：

温度计量、热图像传输、激光手术刀医疗、热能加工等，普及率尚低。

目前正在研究的有重金属氧化物玻璃、卤化物玻璃、硫系玻璃和卤化物晶体等。

重金属氧化物玻璃主要是指比重较石英玻璃大的氧化物玻璃，如GeO2、GeOz—Sb03、CaO—AI2O3；

卤化物玻璃有BeFz、BaF2一CaF2一YF3一AIF3、GdF3一BaF2一ZrF4等；

硫系玻璃主要指以S、Se、Te等元素为主体的单元或多