光纤种类全解析：从材料到传输模式，了解石英系与塑料光纤的区别与应用

光纤种类全解析：从材料到传输模式，了解石英系与塑料光纤的区别与应用

光纤有许多类型，并且有各种分类方法。

从材料的角度来看

根据用于制造光纤的材料的分类，有基于石英的光纤，多组分玻璃光纤，塑料clad 核心光纤，全塑料光纤和氟化物光纤。

塑料纤维由高度透明的聚苯乙烯或甲基丙烯酸多甲基甲基（有机玻璃）制成。它的特性是低制造成本，相对较大的核心直径，与光源的高耦合效率，较大的光学功率耦合到光纤且易于使用。但是，由于损失较大和小带宽，这种光纤仅适用于短途低速通信，例如短途计算机网络链接，货币内通信等。当前，石英光纤通常用于通信中。

按传输模式

根据光纤中光的传输模式，可以将其分为：单模光纤和多模式纤维。

多模光纤的核心直径为50〜62.5μm，覆层的外径为125μm，单模光纤的核心直径为8.3μm，并且包膜的外径为125μm。光纤的工作波长包括短波长0.85μm，长波长1.31μm和1.55μm。光纤的损失通常随波长的增加而降低。 0.85μm的损失为2.5dB/km，1.31μm的损失为0.35dB/km，损失1.55μm为0.20dB/km。这是光纤的最低损失，波长高于1.65μm的损失趋于增加。由于OHˉ的吸收，在0.90〜1.30μm和1.34〜1.52μm的范围内存在损失峰值，并且这两个范围尚未得到充分利用。自1980年代以来，单模光纤倾向于更频繁地使用，并且首先使用的长波长为1.31μm。

多模纤维

多模式纤维：中央玻璃芯更厚（50或62.5μm），可以以各种模式传输光。但是，模式之间的色散相对较大，这限制了传输数字信号的频率，并且随着距离的增加而变得更加严重。例如：600MB/km纤维在2km时只有300MB带宽。因此，多模光纤传输的距离相对接近，通常只有几公里。

单模式光纤

单模光纤（模式纤维）：中央玻璃芯非常薄（芯直径通常为9或10μm），并且只能以一种模式传输光。因此，它的模式间色散非常小，适用于远程通信，但是仍然存在材料分散和波导分散。这样，单模光纤对光源的光谱宽度和稳定性有很高的要求，即，频谱宽度应狭窄，稳定性应该很好。后来发现，在1.31μm的波长中，单模式光纤的材料色散和波导色散为正且阴性，幅度完全相同。这意味着在1.31μm的波长下，单模光纤的总分散体为零。从光纤的损失特性来看，1.31μm正是光纤的低损失窗口。这样，1.31μm波长区域成为光纤通信的理想工作窗口，现在也是实用光纤通信系统的主要工作带。 1.31μm常规单模光纤的主要参数由G652建议中的ITU-T确定，因此该纤维也称为G652纤维。

最好的传输窗口是基于

根据最佳传输频率窗口，将其分为常规的单模光纤和分散的位移单模光纤。

常规类型：光纤生产家族在单个光线（例如1300μm）上优化了纤维传输频率。

色散位移类型：纤维制造商在两个波长（例如：1300μm和1550μm）的光线下优化了光纤传输频率。

我们知道，单模纤维没有模式分散，并且具有较高的带宽。因此，如果允许单模纤维在1.55μm波长区域工作，我们可以实现高带宽和低损耗的传播吗？但实际上并不是那么简单。在1.31μm处的常规单模纤维的分散远比1.55μm小得多。如果该光纤在1.55μm波长区域起作用，尽管损失较低，但由于分散较大，它仍然会对高速光学通信系统产生严重影响。因此，这种光纤仍然不是理想的变速箱介质。

为了使光纤在1.55μm中更好地工作，设计了一种新的光纤，称为色散位移纤维（DSF）。这种光纤可以补偿色散，因此光纤的零色散点可以从1.31μm移动到约1.55μm。该光纤也被称为1.55μm零分散的单模光纤，代号为G653。

G653纤维是单渠道，超高速变速器的出色变速箱。这种光纤已用于通信躯干网络中，尤其是用于海底电缆通信的超高速度，长期纤维通信系统。

尽管色散位移纤维是单渠道和超高速传输的理想变速器介质，但是当它用于波长的多路复用多路通道传输时，它会干扰由于光纤的非线性效应而导致的传输信号。尤其是在零分散体的接近波长附近，干扰特别严重。为此，人们已经开发了非零色散位移光纤，即G655光纤，以将光纤的零色散点移至1.60μm在1.55μm工作区域外或1.53μm之前，但仍保持1.555μm的分布在1.53μm之前，但仍保持非常低的分布。这种非零的分散位移光纤不仅可用于当前的单个通道和超高速传输，而且还可以适应未来的波长层多路复用，以扩大容量。这是一种理想的传输媒介，可满足当前需求并考虑到将来的发展。

还有单个模式光纤，该光纤是平面型单模式光纤。该纤维在1.31μm至1.55μm的整个带上的分散非常平坦，接近零。但是，这种光纤的损失很难减少，这并不能反映减少色散的优势，因此尚未进入实际阶段。

根据折射率分布

根据折射率分布，将其分为步长和梯度纤维。

步骤类型：纤维芯的折射率高于覆层折射率，因此输入光能在核心层层层的界面处连续产生总反射和进步。该纤维芯的折射率是均匀的，覆层的折射率略低。从纤维的中心核心到玻璃覆层的折射率突然出现，仅一步，因此被称为步骤型折射率多模纤维，缩写为继型纤维，也称为突变纤维。这种光纤有许多传输模式，各种模式的传输路径不同，并且在传输后达到终点的时间也不同，这会产生时间延迟差并扩大光脉冲。因此，该光纤的模式间分散率很高，传输频带不宽，并且传输速率不能太高。它不是通信的理想选择，仅适用于短途低速通信，例如工业控制。但是，由于模式之间的色散非常小，因此单模纤维都采用突变的变体。这是最初开发并已逐渐消除的光纤。

为了解决步骤纤维的缺点，人们已经开发并开发了梯度折射率多模式纤维，简称为梯度纤维。

梯度纤维：从纤维的中心核心到玻璃覆层的折射率逐渐减小，这可以使高阶模式的光在正弦形式中传播，从而可以减少模式之间的分散，增加纤维带宽，并增加传输距离，但成本较高。大多数多模式光纤都是梯度纤维。梯度纤维的覆层折射率分布与踏板纤维的折射率分布相同，并且是均匀的。梯度纤维的核心折射率的中心是最大的，并且沿着核心半径逐渐减小。由于在高阶模式和低阶模式下的光分别根据不同折射率层的界面的折射法分别折射，并进入低阶索引层，因此由光纤维的方向和光纤轴的方向形成的角度逐渐变小。相同的过程一直持续到光线在某个折射率层中产生总反射，从而导致光改变方向并朝中心的较高折射率层传播。此时，在每个折射率层中，光纤维轴的行进方向和光纤轴的方向形成的角度最终达到了中央折射率最大的位置。之后。与上述完全相同的过程是连续重复的，从而实现了光波的传输。可以看出，光线会有意识地在梯度纤维中调整以最终到达目的地，这称为自我关注。

通过工作波长

由光纤的工作波长分类，有短波长纤维，长波长纤维和超长波长纤维。

常用的纤维规格

单模式：8/125μm，9/125μm，10/125μm

多模：50/125μm欧洲标准62.5/125μm美国标准

工业，医疗和低速网络：100/140μm，200/230μm

塑料纤维：98/1000μm用于汽车控制。

光纤制造

当前，通信中使用的光纤通常是石英纤维。石英的化学名称是二氧化硅（SIO2），它与我们用来在日常生活中建造房屋的主要组成部分相同。但是，由普通石英材料制成的光纤不能用于通信。通信纤维必须由极高的纯度材料组成；但是，将痕量的掺杂剂添加到主要材料中可以略有不同的核心和覆层折射率，这有利于通信。

有许多用于制造光纤的方法，目前主要包括：管子内CVD（化学蒸气沉积）方法，内存CVD方法，PCVD（血浆化学蒸气沉积）方法和VAD（轴向蒸气沉积）方法。但是，无论使用哪种方法，您都必须在高温下进行预成型，然后在高温炉中加热并将其软化，将其拉入灯丝中，然后涂上并挤压它成为光纤芯线。光纤的制造要求每个过程都非常精确，并由计算机控制。在制造光纤的过程中，请注意：

①光纤原材料的纯度必须很高。

②有必要防止杂质污染和混合气泡进入光纤。

③正确控制折射率的分布；

④正确控制光纤的结构尺寸；

⑤最大程度地减少对纤维表面的损害，并改善纤维的机械强度。

光电缆的优势

光纤是传播光束的微妙而柔性的介质。光纤电缆由一束光纤组成，称为光电缆。光线电缆是数据传输中最有效的传输介质。它的优势与光纤的优势相似。它主要具有以下方面：

（1）频带宽。

（2）良好的电磁绝缘性能。光纤电缆会发出光束。由于光束不受外部电磁干扰和影响的影响，并且不会向外辐射信号，因此它适用于长距离信息传输和高安全性场合。当然，窃听困难本质上是困难的，因为切割的光线电缆需要再生和重新信号。

（3）小衰减。可以说，该信号在较长距离和范围内是一个常数。

（4）中继器的间隔很大，因此可以减少整个通道中的中继器数量，并可以降低成本。根据贝尔实验室的测试，当数据传输速率为119公里并且距离为119公里时，位错误率为，传输质量非常好。同轴电缆和扭曲的对需要每隔几公里的中继器。

如何安装

在使用光电电缆互连多个微型计算机的应用中，必须考虑光纤的单向特性。如果要进行双向通信，应使用双链纤维。由于需要进行多种频率和多路复用的光线，因此在通信设备市场中出现了光学多递送器。

在普通计算机网络中安装光电缆始于用户设备。因为光电缆只能在一个方向上传输。为了实现双向通信，必须成对出现光电缆，一个用于输入，一个用于输出。光电缆连接到光学接口的两端。

安装光电缆时需要谨慎。连接每条光线电缆时，必须通过电烧烤或化学氯过程将末端抛光并连接到光学界面，以确保光通道不会阻塞。纤维不能太紧，也不能形成直角。

常用的光电缆

光纤的类型由模具材料（玻璃或塑料纤维）以及芯和外层的大小确定，芯的大小决定了光的传输质量。常用的光电缆是：

·8.3μm芯，125μm外层，单模式。

·62.5μm芯，125μm外层，多模。

·50μm芯，125μm外层，多模。

·100μm芯，140μm外层，多模。

铺设方法

自1970年代的应用以来，沟通光电电缆现已发展成为长途行李线，城市电话继电器，水下和潜艇通信以及局部网络，专用网络等的骨干，并开始发展为用户访问网络，从光纤网络，从光纤到路边，（FTTC），Fiber（FTTC），Fiber到Fiber（fttb）等（FTTB）等（FTTH（FTTB）等）对于各种应用和环境条件，通信光电缆包括开销，直接埋葬，管道，底部，室内铺设方法。

高架光线电缆

高架光电缆是用于悬挂在电线杆上的光电缆。这种铺设方法可以使用原始的高架开放式杆路来节省施工成本并缩短建筑周期。高架光电缆悬挂在电线杆上，必须能够适应各种自然环境。高架光电电缆容易受到诸如台风，冰和洪水等自然灾害的影响，并且也容易受到外部力量的影响和机械强度的削弱。因此，高架光电电缆的故障率高于直接埋入和管道型光纤电缆的故障率。它通常用于长距离的第二级或低于线路，适用于专用的网络光线电缆线或某些本地特殊区域。

有两种铺设上空光电缆的方法：

1。提起线类型：首先，将杆子用悬挂的线固定，然后用钩子将光学电缆悬挂在吊带上。光线电缆的负载由提升箱线承载。

2。自支撑类型：使用具有自支撑结构的自支撑光电缆。光线电缆的形状为“ 8”形，上部是一条自支撑线。光线电缆的负载由自支撑线承载。

直接掩埋的光线电缆

这款光学电缆的外部有钢带或电线，它们直接埋在地下，需要抵抗外部机械损伤和土壤腐蚀。应根据不同的使用环境和条件选择不同的保护结构。例如，在患有昆虫和大鼠损害的区域，应选择具有防止昆虫和大鼠咬伤的保护层的光电缆。

根据土壤质量和环境，埋在地下的光线深度通常在80万至1.2m之间。在铺设过程中，还必须注意将纤维应变保持在允许的极限之内。

管道光线电缆

管道铺设通常在城市地区，管道铺设环境相对较好，因此没有特殊要求的光线鞘，也不需要装甲。

在铺设管道之前，必须选择铺设部分的长度和连接点的位置。铺设时，可以使用机械侧引导或手动牵引力。单个牵引力的牵引力不应超过光线电缆的允许张力。

可以根据地理，混凝土，石棉水泥，钢管，塑料管等选择用于制造管道的材料。

水下光线电缆

水下光电电缆是横穿河流，湖泊和海滩的水底部放置的光电缆。这种光电缆的铺设环境比铺设管道并直接铺设管道的条件要差得多。水下光电电缆必须由钢丝或钢铁甲式装甲结构制成，并且必须根据河流的水文地质条件进行全面考虑护套的结构。例如，在石头土壤和季节性河床中，当光电缆遭受磨损和重张力时，不仅需要用于装甲的厚钢丝，而且甚至需要双层装甲。还必须根据河流宽度，水深，流速，河床，流速，河床土壤质量等选择施工方法。

水下光电电缆的铺设环境条件比直接掩埋的光电电缆的铺设环境条件要严格得多，并且修复故障的技术和措施要困难得多，因此水光电缆的可靠性要求也比直接掩埋的光电缆的可靠性要求更高。

海底光电缆也是水下电缆，但是铺设环境条件比普通的水下电缆更严格，并且有更高的要求。海底光线系统及其组件的使用寿命超过25年。

海底光线：结构和开发

1988年，美国，英国和法国之间建立了跨海底光学电缆（TAT-8）系统，总长度为6,700公里。这款光学电缆包含3对光纤，每对的传输速率为280mb/s，继电器站距离为67公里。这是遍布大西洋的第一条通信潜艇光电电缆，标志着海底光电缆时代的到来。 1989年，整个太平洋的海底光线电缆（总共13,200公里）也成功地建造了。从那时起，海底光电电缆已取代了横跨海洋的洲际海底电缆场中的同轴电缆，海底电缆不再铺设在海洋和洲际跨大陆之间。

光纤具有较大的传输能力和接力站之间的长距离，这适用于海底的长距离通信。用于海底光电缆的光纤比在陆地光电缆中使用的光纤更高。它们需要低损失，高强度，长期制造长度和光电缆的长继电器距离，通常超过50公里，并且需要光纤的传输性能在25年内不变。就海底光电缆的结构而言：必须承受强大压力和张力，尤其是深海光电缆（光电缆（光电缆）在上海底部的水深下铺设的光电缆）。除了光线本身的重量外，还必须添加到光电缆中的动态应力。在如此大的载荷条件下，光电缆的应变必须限制为0.7-0.8％；海底光电缆的结构需要强大的材料，但是不能使用光金属铝，因为铝和海水会经历电化学反应以产生氢，并且氢分子会扩散到光纤的玻璃材料中，从而导致光纤损失增加。因此，海底光电缆不仅应防止在内部产生氢，而且还应防止氢从外部渗入光学电缆。为此，在1990年代初期，开发了涂有碳或钛的光纤，以防止氢渗透和化学腐蚀。光纤连接器也必须是高强度的，原始纤维的强度和原始纤维的表面也不会损坏。

根据上述要求和特征，海底光缆的基本结构是在中央加固成员（用钢丝制成）周围涂上一两个涂层后螺旋形纤维。光纤排列在螺旋u形凹槽塑料骨架中，凹槽充满糊状或弹性塑料体，形成核心。芯子用高强度的钢丝包裹。在绕组过程中，所有缝隙必须充满防水材料。然后，将一层铜带包裹在钢丝上，并焊接重叠的接缝以形成压缩和拉伸的组合。该铜管也是传输深远电流的导体。应在钢丝和铜管外添加一层聚乙烯鞘。如此紧密的多层结构是保护光纤，防止破裂并防止海水入侵，并在放置和回收过程中承受巨大的张力和压力。

即使有如此严格的保护，在1980年代后期，被鲨鱼咬伤并导致电源故障的聚乙烯绝缘子。海底电缆系统的远程电源非常重要。海底电缆的中继器必须由登录局远程供电。海底光电缆中使用的数字中继器具有许多功能，比海底电缆的模拟中继器几倍消耗功耗。电源需求高度可靠，无法中断。因此，在出现鲨鱼的区域，应在海底光缆外添加两层钢皮带包裹和一层聚乙烯外鞘。

在1990年代，海底光电缆和卫星通信已成为当代洲际通信的主要手段。自1989年至1998年底以来，我的国家参加了18张国际潜艇光电缆的建设和投资。中国土地陆地的第一个国际潜艇光学电缆系统是1993年12月建造的中国潜艇光学电缆系统。1996年2月，中国南韩国潜艇光学电缆完成并开放，降落在我的国家和我的国家和韩国泰国，总长度为549千摩米。 1997年11月，我的国家参加建筑的全球潜艇光电电缆系统（FLAG）已完成并投入运营。这是第一个在我国降落的洲际光电电缆系统。它降落在12个国家和地区，包括英国，埃及，印度，泰国，日本等，总长度超过27,000公里，其中中国的部分为622公里。 ;亚洲 - 欧洲潜艇光电电缆系统由新加坡和其他地方的电信公司共同启动，该扩展正在建设中。该系统将亚洲，欧洲和大洋洲连接到33个国家和地区，总长度为38,000公里。它是世界上最长的海底光电电缆。它采用高级8波长波长多路复用技术，主要路线的设计能力高达40GB/s。它将降落在我国上海和山图。预计将在1999年底完成并开放。

海底光电缆进行的洲际通信业务量逐年增加，超过了卫星通信的服务量，并成为现代洲际通信的主要力量。

最薄的纤维

来自英国巴斯大学的物理学家已经开发了世界上最薄的光学电缆进行通信。每根光缆长10公里，每个结都只有0.mm厚。

塑料光纤

人们已经考虑使用塑料很久以前就可以制作光纤，但是由于塑料纤维的衰减太大并且带宽太窄，因此不考虑进行通信。近年来，通过日本，美国和某些欧洲国家的研发，塑料光纤的衰减减少了，带宽已增加，这使得短途访问网络成为可能。

塑料光纤的主要优点是低成本，易于处理，重量轻，灵活性良好，核心直径和数值孔径，高耦合效率以及相对方便的建筑和维护。目前，大多数塑料光纤用于短波长和GI结构。据报道，日本和美国开发的塑料光纤可以在100m上达到千兆位。它的市场逐渐上升，年增长率约为20％，值得注意。

鹰球 - 导弹指导

有些人可能会使用光纤指导导弹感到困惑。光纤与蜘蛛丝一样薄。导弹会高速飞行光纤吗？这确实是光纤指导中的关键问题。在市场上出售的光纤的拉伸强度远远不能满足光纤指南的要求。用于纤维引导的光纤经历了特殊的处理。该光纤的外径仅约300微米，并且可以承受巨大的张力，这足以满足纤维引导的要求。

光纤指导就像驾驶风筝一样，可以从车辆和直升机发射导弹。操作员通过屏幕显示器观察导弹搜索设备的信号，就像用导弹飞向目标一样。当然，其命中精度要高得多。当导弹向前飞行时，从导弹的身体上拉出薄纤维。操作员通过此光纤向导弹发出控制命令。导弹像“眼睛”一样盯着目标，直到撞到目标。那么，为什么纤维引导的导弹可以追踪目标？事实证明，除了配备发动机，战斗零件和控制系统外，这种导弹还安装在导弹头上的“成像寻求者”，例如电视摄像头，红外成像传感器等。它们充当眼睛。实际上，导弹不是在目标上发射的，而是垂直发射的。当导弹飞到一定高度时，寻求者“看到”地面情况，首先将地面反射的光转换为电信号，然后将电信号转换为特定波长的光信号，然后通过光纤传输到传输设备，并在显示屏上显示图像。操纵器根据显示的图像选择目标，发出指令并通过光纤将其传输到导弹，将导弹引导到目标。

这种细长的光纤在导弹和发射设备之间的两个方向传输光学信号中都起着作用。那么，向上和向下的光学信号会引起干扰吗？如果向上和向下的光学信号使用相同的波长，则肯定会发生干扰。然而，光纤引导的下行链路信号是一种红外激光器，其波长为850纳米，燃烧砷激光器发射的850纳米，而上链路链路光信号是由 磷脂磷磷液发射的红外光，并发出的波长为1.06微孔。由于这两束光束的波长是不同的，因此光纤中的传播不会引起相互干扰，并且可以通过光纤两端的双向耦合器分离两者。

纤维指南技术由于光学信号在光纤中传播，因此不受大气的影响，具有强大的抗干扰能力和高精度。由于光纤指南使用了单个光纤，而红外线指导使用两根电线，它们的尺寸也很小，重量也很轻。这些优势为光纤指导带来了广泛的发展前景。

天使的新伴侣

光纤在医学中的应用自然是第一个建议胃镜检查。

自从1869年德国医生库什莫尔（）首次生产第一次胃镜以来，胃镜已经持续了100多年。从硬到半曲线，从金属到光纤胃镜检查。 The of fiber is to be an epoch- in the field of over the past 30 years. The and body, part, wider , and have the , and in the field of , thus to like ' of skin , which is clear, vivid and . is to a "" that can deep into the 's body. There are no blind spots for a . , the best tools for and -up . With the of CCTV and video , the image is very . Using can and , , and .