光纖

光纖

光纖,是光導纖維的簡寫,是一種利用光在玻璃或塑膠製成的纖維中的全反射原理而達成的光傳導工具。光導纖維由前香港中文大學校長高錕發明。微細的光纖封裝在塑膠護套中,使得它能夠彎曲而不至於斷裂。通常,光纖的一端的發射裝置使用發光二極體(light emitting diode,LED)或一束雷射將光脈衝傳送至光纖,光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈衝。在日常生活中,由於光在光導纖維的傳導損耗比電在電線傳導的損耗低得多,光纖被用作長距離的信息傳遞。

基本信息

定義

微細的光纖封裝在塑膠護套中,使得它能夠彎曲而不至於斷裂。通常,光纖的一端的發射裝置使用發光二極體(lightemittingdiode,LED)或一束雷射將光脈衝傳送至光纖,光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈衝。

在日常生活中,由於光在光導纖維的傳導損耗比電在電線傳導的損耗低得多,光纖被用作長距離的信息傳遞。

通常光纖與光纜兩個名詞會被混淆。多數光纖在使用前必須由幾層保護結構包覆,包覆後的纜線即被稱為光纜。光纖外層的保護層和絕緣層可防止周圍環境對光纖的傷害,如、電擊等。光纜分為:纜皮、芳綸絲、緩衝層和光纖。光纖和同軸電纜相似,只是沒有網狀禁止層。中心是光傳播的玻璃芯。

在多模光纖中,芯的直徑是50μm和62.5μm兩種,大致與人的頭髮的粗細相當。而單模光纖芯的直徑為8μm~10μm,常用的是9/125μm。芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套,俗稱包層,包層使得光線保持在芯內。再外面的是一層薄的塑膠外套,即塗覆層,用來保護包層。光纖通常被紮成束,外面有外殼保護。纖芯通常是由石英玻璃製成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體,它質地脆,易斷裂,因此需要外加一保護層。

說明:9/125μm指光纖的纖核為9μm,包層為125μm,9/125μm是單模光纖的一個重要的特徵,50/125μm指指光纖的纖核為50μm,包層為125μm,50/125μm是多模光纖的一個重要的特徵。

其中金磚國家光纜計畫是直接連通5個金磚國家的海底光纜項目,將於2014年初開工,2015年中啟用。該項目總長3.4萬千米,其中直接連通5個金磚國家的海底光纜長約2.4萬千米。

2013年,全球100G光纖的收入預計將首次超過10億美元。該公司分析了2013年一季度全球光網路市場的財務結果,發現了一些趨勢,包括一個令人失望的趨勢,即市場的總體增長仍然是困難的,只有日本的富士公司利潤逐年增長。
雖然光纖市場在第一季度出現衰退的情況並不少見,但這次下降令人擔憂是因為這已經是連續第五個季度市場有所下降,並且季度收入達到六年來的最低值。

100G光纖的情況較為樂觀,不管環比、同比都表現出強勁增長。2013年一季度,100G光纖的出貨量較2012年四季度增長了41%,收入較2012年四季度增長了24%。以此計算,年收入有望首次超過10億美元。2013年一季度,有20家供應商出售100G光纖,將有更多的廠商加入市場競爭。供應商持謹慎樂觀的態度,短期訂單量看漲,長期訂單量並不樂觀。

發展歷史

發明

1870年的一天,英國物理學家丁達爾到皇家學會的演講廳講光的全反射原理,他做了一個簡單的實驗:在裝滿水的木桶上鑽個孔,然後用燈從桶上邊把水照亮。結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。

人們曾經發現,光能沿著從酒桶中噴出的細酒流傳輸;人們還發現,光能順著彎曲的玻璃棒前進。這是為什麼呢?難道光線不再直進了嗎?這些現象引起了丁達爾的注意,經過他的研究,發現這是

的作用,由於水等介質密度由於比周圍的物質(如空氣)大,即光從水中射向空氣,當入射角大於某一角度時,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。

後來人們造出一種透明度很高、粗細像蜘蛛絲一樣的玻璃絲──玻璃纖維,當光線以合適的角度射入玻璃纖維時,光就沿著彎彎曲曲的玻璃纖維前進。由於這種纖維能夠用來傳輸光線,所以稱它為光導纖維。

大事記

1880-AlexandraGrahamBell發明光束通話傳輸

光纖光纖

1960-電射及光纖之發明

1960-玻璃纖維的傳輸損耗大於1000dB/km,其他材料包括光圈波導、氣體透鏡波導、空心金屬波導管等

1966-七月,英籍、華裔學者高錕博士(K.C.Kao)在PIEE 雜誌上發表論文《光頻率的介質纖維表面波導》,從理論上分析證明了用光纖作為傳輸媒體以實現光通信的可能性,並預言了製造通信用的超低耗光纖的可能性

1970-美國康寧公司三名科研人員馬瑞爾、卡普隆、凱克用改進型化學相沉積法(MCVD 法)成功研製成傳輸損耗只有20dB/km的低損耗石英光纖。

1970-美國貝爾實驗室研製出世界上第一隻在室溫下連續波工作的砷化鎵鋁半導體雷射器

1972-傳輸損耗降低至4dB/km

1973-我國郵電部武漢郵電科學研究院開始研究光纖通信

1974-美國貝爾研究所發明了低損耗光纖製作法――CVD法(汽相沉積法),使光纖傳輸損耗降低到1.1dB/km。

1976-美國在亞特蘭大的貝爾實驗室地下管道開通了世界上第一條光纖通信系統的試驗線路。採用一條擁有144個光纖的光纜以44.736Mbps的速率傳輸信號,中繼距離為10 km。採用的是多模光纖,光源用的是發光管LED,波長是0.85微米的紅外光。

1976-傳輸損耗降低至0.5dB/km

1977-貝爾研究所和日本電報電話公司幾乎同時研製成功壽命達100萬小時(實用中10年左右)的半導體雷射器

1977-世界上第一條光纖通信系統在美國芝加哥市投入商用,速率為45Mb/s

1977-首次實際安裝電話光纖網路

1978-FORT在法國首次安裝其生產之光纖電

1979-趙梓森拉制出我國自主研發的第一根實用光纖,被譽為“中國光纖之父”

1979-傳輸損耗降低至0.2dB/km

1980-多模光纖通信系統商用化(140Mb/s),並著手單模光纖通信系統的現場試驗工作

1982-我國郵電部重點科研工程“.八二工程”在武漢開通

1990-單模光纖通信系統進入商用化階段(565Mb/s),並著手進行零色散移位光纖和波分復用及相干通信的現場試驗,而且陸續制定數字同步體系(SDH)的技術標準

1990-傳輸損耗降低至0.14dB/km,已經接近石英光纖的理論衰耗極限值0.1dB/km

1990-區域網路及其他短距離傳輸套用之光纖

1992-貝爾實驗室與日本合作夥伴成功地試驗了可以無錯誤傳輸9000公里的光放大器,其最初速率為5Gbps,隨後增加到10Gbps

1993-SDH產品開始商用化(622Mb/s 以下)

1995-2.5Gb/s 的SDH產品進入商用化階段

1996-10Gb/s 的SDH產品進入商用化階段

1997-採用波分復用技術(WDM)的20Gb/s 和40Gb/s 的SDH產品試驗取得重大突破

1999-中國生產的8×2.5Gb/sWDM系統首次在青島至大連開通,瀋陽至大連的32×2.5Gb/sWDM光纖通信系統開通

2000-到屋邊光纖=>到桌邊光纖

2005-3.2Tbps超大容量的光纖通信系統在上海至杭州開通

2005 FTTH(Fiber To The Home)光纖直接到家庭

2012年,中國的光纖產能已達到1億2千萬芯公里,預計到2013年將達到1億8千萬芯公里。

原理種類

光及其特性:

1.光是一種電磁波

可見光部分波長範圍是:390~760nm(納米)。大於760nm部分是紅外光,小於390nm部分是紫外光。光纖中套用的是:850nm,1310nm,1550nm三種。

2.光的折射,反射和全反射。

因光在不同物質中的傳播速度是不同的,所以光從一種物質射向另一種物質時,在兩種物質的交界面處會產生折射和反射。而且,折射光的角度會隨入射光的角度變化而變化。當入射光的角度達到或超過某一角度時,折射光會消失,入射光全部被反射回來,這就是光的全反射。不同的物質對相同波長光的折射角度是不同的(即不同的物質有不同的光折射率),相同的物質對不同波長光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基於以上原理而形成的。

光纖

1.光纖裸纖一般分為三層:中心高折射率玻璃芯(芯徑一般為50或62.5μm),中間為低折射率矽玻璃包層(直徑一般為125μm),最外是加強用的樹脂塗層。光線在纖芯傳送,當光纖射到纖芯和外層界面的角度大於產生全反射的臨界角時,光線透不過界面,會全部反射回來,繼續在纖芯內向前傳送,而包層主要起到保護的作用 。

光纖光纖

2.數值孔徑:

入射到光纖端面的光並不能全部被光纖所傳輸,只是在某個角度範圍內的入射光才可以。這個角度就稱為光纖的數值孔徑。光纖的數值孔徑大些對於光纖的對接是有利的。不同廠家生產的光纖的數值孔徑不同(AT&T CORNING)。

3.光纖的種類:

光纖的種類很多,根據用途不同,所需要的功能和性能也有所差異。但對於有線電視和通信用的光纖,其設計和製造的原則基本相同,諸如:①損耗小;②有一定頻寬且色散小;③接線容易;④易於成統;⑤可靠性高;⑥製造比較簡單;⑦價廉等。光纖的分類主要是從工作波長、折射率分布、傳輸模式、原材料和製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)型光纖、近階躍型光纖、漸變(GI)型光纖、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:石英光纖、多成分玻璃光纖、塑膠光纖、複合材料光纖(如塑膠包層、液體纖芯等)、紅外材料等。按被復材料還可分為無機材料(碳等)、金屬材料(銅、鎳等)和塑膠等。

(5)製造方法:預塑有汽相軸向沉積(VAD)、化學汽相沉積(CVD)等,拉絲法有管律法(Rod intube)和雙坩鍋法等。

(6)按照國際標準規定分類(按照ITU-T建議分類
為了使光纖具有統一的國際標準,國際電信聯盟(ITU-T)制定了統一的光纖標準(G標準)。按照ITU-T關於光纖的建議,可以將光纖的種類分為:G.651光纖(50/125μm多模漸變型折射率光纖)、G.652光纖(非色散位移光纖)、G.653光纖(色散位移光纖DSF)、G.654光纖(截止波長位移光纖)、G.655光纖(非零色散位移光纖)。
為了適應新技術的發展需要,目前G.652類光纖已進一步分為了G.652A、G.652B、G.652C三個子類,G.655類光纖也進一步分為了G.655A、G.655B兩個子類。按照IEC標準分類,IEC標準將光纖的種類分為:
A類多模光纖:A1a多模光纖(50/125μm型多模光纖)、A1b多模光纖(62.5/125μm型多模光纖)、A1d多模光纖(100/140μm型多模光纖)
B類單模光纖:、B1.1對應於G652光纖,增加了B1.3光纖以對應於G652C光纖、B1.2對應於G654光纖、B2光纖對應於G.653光纖、B4光纖對應於G.655光纖

石英光纖

石英光纖(Silica Fiber)是以二氧化矽(SiO2)為主要原料,並按不同的摻雜量,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、寬頻的特點,已廣泛套用於有線電視和通信系統。

石英玻璃光導纖維的優點是損耗低,當光波長為1.0~1.7μm(約1.4μm附近),損耗只有1dB/km,在1.55μm處最低,只有0.2dB/km。

摻氟光纖

摻氟光纖(Fluorine Doped Fiber)為石英光纖的典型產品之一。通常,作為1.3μm波域的通信用光纖中,控制纖芯的摻雜物為二氧化鍺(GeO2),包層是用SiO2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。由於,瑞利散射損耗是因折射率的變動而引起的光散射現象。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,常用於包層的摻雜。

石英光纖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,還可用於導光和圖像傳導等領域。

紅外光纖

作為光通信領域所開發的石英系列光纖的工作波長,儘管用在較短的傳輸距離,也只能用於2μm。為此,能在更長的紅外波長領域工作,所開發的光纖稱為紅外光纖。紅外光纖(Infrared Optical Fiber)主要用於光能傳送。例如有:溫度計量、熱圖像傳輸、雷射手術刀醫療、熱能加工等等,普及率尚低。

複合光纖

複合光纖(Compound Fiber)是在SiO2原料中,再適當混合諸如氧化鈉(Na2O)、氧化硼(B2O3)、氧化鉀(K2O)等氧化物製作成多組分玻璃光纖,特點是多組分玻璃比石英玻璃的軟化點低且纖芯與包層的折射率差很大。主要用在醫療業務的光纖內窺鏡。

氟氯化物光纖

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(即將氟化鋯(ZrF2)、氟化鋇(BaF2)、氟化鑭(LaF3)、氟化鋁(AlF3)、氟化鈉(NaF)等氯化物玻璃原料簡化成的縮語。主要工作在2~10μm波長的光傳輸業務。由於ZBLAN具有超低損耗光纖的可能性,正在進行著用於長距離通信光纖的可行性開發,例如:其理論上的最低損耗,在3μm波長時可達10-2~10-3dB/km,而石英光纖在1.55μm時卻在0.15-0.16dB/Km之間。ZBLAN光纖由於難於降低散射損耗,只能用在2.4~2.7μm的溫敏器和熱圖像傳輸,尚未廣泛實用。最近,為了利用ZBLAN進行長距離傳輸,正在研製1.3μm的摻鐠光纖放大器(PDFA)。

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矽膠等塑膠作為包層的階躍型光纖。它與石英光纖相比較,具有纖芯粗、數值孔徑(NA)高的特點。因此,易與發光二極體LED光源結合,損耗也較小。所以,非常適用於區域網路(LAN)和近距離通信。

塑膠光纖

這是將纖芯和包層都用塑膠(聚合物)作成的光纖。早期產品主要用於裝飾和導光照明及近距離光鍵路的光通信中。原料主要是有機玻璃(PMMA)、聚苯乙稀(PS)和聚碳酸酯(PC)。損耗受到塑膠固有的C-H結合結構制約,一般每km可達幾十dB。為了降低損耗正在開發套用氟索系列塑膠。由於塑膠光纖(Plastic Optical fiber)的纖芯直徑為1000μm,比單模石英光纖大100倍,接續簡單,而且易於彎曲施工容易。近年來,加上寬頻化的進度,作為漸變型(GI)折射率的多模塑膠光纖的發展受到了社會的重視。最近,在汽車內部LAN中套用較快,未來在家庭LAN中也可能得到套用。

單模光纖

單模光纖這是指在工作波長中,只能傳輸一個傳播模式的光纖,通常簡稱為單模光纖(SMF:Single ModeFiber)。單模光纖的中心玻璃芯很細(芯徑一般為9或10),只能傳一種模式的光纖。因此,其模間色散很小,適用於遠程通訊。目前,在有線電視和光通信中,是套用最廣泛的光纖。由於,光纖的纖芯很細(約10μm)而且折射率呈階躍狀分布,當歸一化頻率V參數<2.4時,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的材料色散和結構色散的相加抵消,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,因摻雜物不同與製造方式的差別有許多類型。凹陷型包層光纖(DePr-essed Clad Fiber),其包層形成兩重結構,鄰近纖芯的包層,較外倒包層的折射率還低。套用:有單模光纖跳線等。

單模光纖跳線飛速光纖—單模光纖跳線

多模光纖

多模光纖將光纖按工作波長以其傳播可能的模式為多個模式的光纖稱作多模光纖(MMF:MUlti ModeFiber)。纖芯直徑為50μm,由於傳輸模式可達幾百個,與SMF相比傳輸頻寬主要受模式色散支配。在歷史上曾用於有線電視和通信系統的短距離傳輸。自從出現SMF光纖後,似乎形成歷史產品。但實際上,由於MMF較SMF的芯徑大且與LED等光源結合容易,在眾多LAN中更有優勢。所以,在短距離通信領域中MMF仍在重新受到重視。MMF按折射率分布進行分類時,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。由於SI型光波在光纖中的反射前進過程中,產生各個光路徑的時差,致使射出光波失真,色激較大。其結果是傳輸頻寬變窄,目前SI型MMF套用較少。套用:多模光模組等。

多模光模組飛速光纖—多模光模組

色散位移光纖

單模光纖的工作波長在1.3Pm時,模場直徑約9Pm,其傳輸損耗約0.3dB/km。此時,零色散波長恰好在1.3pm處。石英光纖中,從原材料上看1.55pm段的傳輸損耗最小(約0.2dB/km)。由於現在已經實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現零色散,就更有利於套用1.55Pm波段的長距離傳輸。於是,巧妙地利用光纖材料中的石英材料色散與纖芯結構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段也構成零色散。因此,被命名為色散位移光纖(DSF:DispersionShifted Fiber)。加大結構色散的方法,主要是在纖芯的折射率分布性能進行改善。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、接續容易、成纜化或工作中的特性變化小(包括彎曲、拉伸和環境變化影響)。DSF就是在設計中,綜合考慮這些因素。

色散平坦光纖

色散移位光纖(DSF)是將單模光纖設計零色散位於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,幾乎達到零色散的光纖稱作DFF。由於DFF要作到1.3pm~1.55pm範圍的色散都減少。就需要對光纖的折射率分布進行複雜的設計。不過這種光纖對於波分復用(WDM)的線路卻是很適宜的。由於DFF光纖的工藝比較複雜,費用較貴。今後隨著產量的增加,價格也會降低。

色散補償光纖

對於採用單模光纖的幹線系統,由於多數是利用1.3pm波段色散為零的光纖構成的。可是,現在損耗最小的1.55pm,由於EDFA的實用化,如果能在1.3pm零色散的光纖上也能令1.55pm波長工作,將是非常有益的。因為,在1.3Pm零色散的光纖中,1.55Pm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,就可使整個光線路的色散為零。為此目的所用的是光纖則稱作色散補償光纖(DCF:DisPersion Compe-nsation Fiber)。DCF與標準的1.3pm零色散光纖相比,纖芯直徑更細,而且折射率差也較大。DCF也是WDM光線路的重要組成部分。

偏振保持光纖

在光纖中傳播的光波,因為具有電磁波的性質,所以,除了基本的光波單一模式之外,實質上還存在著電磁場(TE、TM)分布的兩個正交模式。通常,由於光纖截面的結構是圓對稱的,這兩個偏振模式的傳播常數相等,兩束偏振光互不干涉,但實際上,光纖不是完全地圓對稱,例如有著彎曲部分,就會出現兩個偏振模式之間的結合因素,在光軸上呈不規則分布。偏振光的這種變化造成的色散,稱之偏振模式色散(PMD)。對於現在以分配圖像為主的有線電視,影響尚不太大,但對於一些未來超寬頻有特殊要求的業務,如:

①相干通信中採用外差檢波,要求光波偏振更穩定時;

②光機器等對輸入輸出特性要求與偏振相關時;

③在製作偏振保持光耦合器和偏振器或去偏振器等時;

④製作利用光干涉的光纖敏感器等,

凡要求偏振波保持恆定的情況下,對光纖經過改進使偏振狀態不變的光纖稱作偏振保持光纖(PMF:Polarization Maintaining fiber),或稱其為固定偏振光纖。

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固有偏振模式的光纖。折射率隨偏振方向變異的現象稱為雙折射。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,設定熱膨脹係數大、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,其結果在纖芯y方向產生拉伸,同時又在x方向呈現壓縮應力。致使纖材出現光彈性效應,使折射率在X方向和y方向出現差異。依此原理達到偏振保持恆定的效果。

抗惡環境光纖

通信用光纖通常的工作環境溫度可在-40~+60℃之間,設計時也是以不受大量輻射線照射為前提的。相比之下,對於更低溫或更高溫以及能在遭受高壓或外力影響、曝曬輻射線的惡劣環境下,也能工作的光纖則稱作抗惡環境光纖(Hard Condition Resistant Fiber)。一般為了對光纖表面進行機械保護,多塗復一層塑膠。可是隨著溫度升高,塑膠保護功能有所下降,致使使用溫度也有所限制。如果改用抗熱性塑膠,如聚四氟乙稀(Teflon)等樹脂,即可工作在300℃環境。也有在石英玻璃表面塗復鎳(Ni)和鋁(Al)等金屬的。這種光纖則稱為耐熱光纖(Heat Resistant Fiber)。另外,當光纖受到輻射線的照射時,光損耗會增加。這是因為石英玻璃遇到輻射線照射時,玻璃中會出現結構缺陷(也稱作色心:Colour Center),尤在0.4~0.7pm波長時損耗增大。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),多用於核發電站的監測用光纖維鏡等。

密封塗層光纖

為了保持光纖的機械強度和損耗的長時間穩定,而在玻璃表面塗裝碳化矽(SiC)、碳化鈦(TiC)、碳(C)等無機材料,用來防止從外部來的水和氫的擴散所製造的光纖(HCFHermeticallyCoated Fiber)。目前,通用的是在化學氣相沉積(CVD)法生產過程中,用碳層高速堆積來實現充分密封效應。這種 碳塗復光纖(CCF)能有效地截斷光纖與外界氫分子的侵入。據報導它在室溫的氫氣環境中可維持20年不增加損耗。當然,它在防止水分侵入,延緩機械強度的疲勞進程中,其疲勞係數(Fatigue Parameter)可達200以上。所以,HCF被套用於嚴酷環境中要求可靠性高的系統,例如海底光纜就是一例。

碳塗層光纖

在石英光纖的表面塗敷碳膜的光纖,稱之碳塗層光纖(CCF:Carbon CoatedFiber)。其機理是利用碳素的緻密膜層,使光纖表面與外界隔離,以改善光纖的機械疲勞損耗和氫分子的損耗增加。CCF是密封塗層光纖(HCF)的一種。

金屬塗層光纖

金屬塗層光纖(Metal Coated Fiber)是在光纖的表面塗布Ni、Cu、Al等金屬層的光纖。也有再在金屬層外被復塑膠的,目的在於提高抗熱性和可供通電及焊接。它是抗惡環境性光纖之一,也可作為電子電路的部件用。 早期產品是在拉絲過程中,塗布熔解的金屬作成的。由於此法因被玻璃與金屬的膨脹係數差異太大,會增微小彎曲損耗,實用化率不高。近期,由於在玻璃光纖的表面採用低損耗的非電解鍍膜法的成功,使性能大有改善。

摻稀土光纖

在光纖的纖芯中,摻雜如鉺(Er)、欽(Nd)、鐠(Pr)等稀土族元素的光纖。1985年英國的索斯安普頓(Sourthampton)大學的佩思(Payne)等首先發現摻雜稀土元素的光纖(Rare Earth DoPed Fiber)有雷射振盪和光放大的現象。於是,從此揭開了慘餌等光放大的面紗,現在已經實用的1.55pmEDFA就是利用摻餌的單模光纖,利用1.47pm的雷射進行激勵,得到1.55pm光信號放大的。另外,摻鐠的氟化物光纖放大器(PDFA)正在開發中。

喇曼光纖

喇曼效應是指往某物質中射人頻率f的單色光時,在散射光中會出現頻率f之外的f±fR, f±2fR等頻率的散射光,對此現象稱喇曼效應。由於它是物質的分子運動與格子運動之間的能量交換所產生的。當物質吸收能量時,光的振動數變小,對此散射光稱斯托克斯(stokes)線。反之,從物質得到能量,而振動數變大的散射光,則稱反斯托克斯線。於是振動數的偏差FR,反映了能級,可顯示物質中固有的數值。 利用這種非線性媒體做成的光纖,稱作喇曼光纖(RF:Raman Fiber)。為了將光封閉在細小的纖芯中,進行長距離傳播,就會出現光與物質的相互作用效應,能使信號波形不畸變,實現長距離傳輸。 當輸入光增強時,就會獲得相干的感應散射光。套用感應喇曼散射光的設備有喇曼光纖雷射器,可供作分光測量電源和光纖色散測試用電源。另外,感應喇曼散射,在光纖的長距離通信中,正在研討作為光放大器的套用。

偏心光纖

標準光纖的纖芯是設定在包層中心的,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,作成不同狀態或將包層穿孔形成異型結構的。相對於標準光纖,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。其纖芯設定在偏離中心且接近包層外線的偏心位置。由於纖芯靠近外表,部分光場會溢出包層傳播(稱此為漸消彼,Evanescent Wave)。利用這一現象,就可檢測有無附著物質以及折射率的變化。 偏心光纖(ECF)主要用作檢測物質的光纖敏感器。與光時域反射計(OTDR)的測試法組合一起,還可作分布敏感器用。

發光光纖

採用含有螢光物質製造的光纖。它是在受到輻射線、紫外線等光波照射時,產生的螢光一部分,可經光纖閉合進行傳輸的光纖。 發光光纖(Luminescent Fiber)可以用於檢測輻射線和紫外線,以及進行波長變換,或用作溫度敏感器、化學敏感器。在輻射線的檢測中也稱作閃光光纖(Scintillation Fiber)。 發光光纖從螢光材料和摻雜的角度上,正在開發著塑膠光纖。

多芯光纖

通常的光纖是由一個纖芯區和圍繞它的包層區構成的。但多芯光纖(Multi Core Fiber)卻是一個共同的包層區中存在多個纖芯的。由於纖芯的相互接近程度,可有兩種功能。 其一是纖芯間隔大,即不產生光耦會的結構。這種光纖,由於能提高傳輸線路的單位面積的集成密度。在光通信中,可以作成具有多個纖芯的帶狀光纜,而在非通信領域,作為光纖傳像束,有將纖芯作成成千上萬個的。 其二是使纖芯之間的距離靠近,能產生光波耦合作用。利用此原理正在開發雙纖芯的敏感器或光迴路器件。常見的套用有多芯光纖跳線

多芯光纖跳線多芯光纖跳線

空心光纖

將光纖作成空心,形成圓筒狀空間,用於光傳輸的光纖,稱作空心光纖(Hollow Fiber)。 空心光纖主要用於能量傳送,可供X射線、紫外線和遠紅外線光能傳輸。空心光纖結構有兩種: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。由於,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,有在簡內設定電介質,使工作波長段損耗減少的。例如可以作到波長10.6pm損耗達幾dB/m的。

高分子光導纖維

按材質分,有無機光導纖維和高分子光導纖維,目前在工業上大量套用的是前者。無機光導纖維材料又分為單組分和多組分兩類。單組分即石英,主要原料為四氯化矽、三氯氧磷和三溴化硼等。其純度要求銅、鐵、鈷、鎳、錳、鉻、釩等過渡金屬離子雜質含量低於10ppb。除此之外,OH-離子要求低於10ppb。石英纖維已被廣泛使用。多組分的原料較多,主要有二氧化矽、三氧化二硼、硝酸鈉、氧化鉈等。這種材料尚未普及。高分子光導纖維是以透明聚合物製得的光導纖維,由纖維芯材和包皮鞘材組成。芯材為高純度高透光性的聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯抽絲製得的纖維,外層為含氟聚合物或有機矽聚合物等。

高分子光導纖維的光損耗較高,1982年,日本電信電報公司利用氘化甲基丙烯酸甲酯聚合抽絲作芯材,光損耗率降低到20dB/km。但高分子光導纖維的特點是能制大尺寸,大數值孔徑的光導纖維,光源耦合效率高,撓曲性好,微彎曲不影響導光能力,配列、粘接容易,便於使用,成本低廉。但光損耗大,只能短距離套用。光損耗在10~100dB/km的光導纖維,可傳輸幾百米。

保偏光纖

保偏光纖:保偏光纖傳輸線偏振光,廣泛用於航天、航空、航海、工業製造技術及通信等國民經濟的各個領域。在以光學相干檢測為基礎的干涉型光纖感測器中,使用保偏光纖能夠保證線偏振方向不變,提高相干信躁比,以實現對物理量的高精度測量。保偏光纖作為一種特種光纖,主要套用於光纖陀螺,光纖水聽器等感測器和DWDM、EDFA等光纖通信系統。由於光纖陀螺及光纖水聽器等可用於軍用慣導和聲吶,屬於高新科技產品,而保偏光纖又是其核心部件,因而保偏光纖一直被西方已開發國家列入對我禁運的清單。保偏光纖在拉制過程中,由於光纖內部產生的結構缺陷會造成保偏性能的下降,即當線偏振光沿光纖的一個特徵軸傳輸時,部分光信號會耦合進入另一個與之垂直的特徵軸,最終造成出射偏振光信號偏振消光比的下降. 這種缺陷就是影響光纖內的雙折射效應. 保偏光纖中,雙折射效應越強,波長越短,保持傳輸光偏振態越好。應有產品有保偏PLC光分路器

飛度光纖—保偏PLC光分路器保偏PLC光分路器

保偏光纖的套用及未來發展方向

保偏光纖在今後幾年內將有較大的市場需求。隨著世界新技術的飛速發展和新產品的不斷開發 ,保偏光纖將沿著以下幾個方向發展:

(1)採用光子晶體光纖新技術製造新型的高性能保偏光纖 ;

(2)開發溫度適應性保偏光纖 ,以適應航空航天等領域環境的要求;

(3)開發出各種摻稀土保偏光纖 ,滿足光放大器等器件套用的需求;

(4)開發氟化物保偏光纖 ,促進纖維光學干涉技術在紅外天文學技術領域的發展;

(5)低衰減保偏光纖 :隨著單模光纖技術的不斷完善 ,損耗、 材料色散和波導 色散已經不再是影響光纖通信的主要因素 ,單模光纖的偏振模色散( PMD) 逐漸成為限制光纖通信質量的最嚴重的瓶頸 ,在10 Gbit / s及以上的高 速光纖通信系統中表現尤為突出。

(6)利用克爾效應和法拉第鏇光效應製造偏振光器件。

另外根據光纖頭不一樣還有:C-Lens. G-Lens.格林透鏡

4.常用光纖規格:

單模:8/125μm,9/125μm,10/125μm

多模:50/125μm,歐洲標準

62.5/125μm,美國標準

工業,醫療和低速網路:100/140μm,200/230μm

塑膠:98/1000μm,用於汽車控制

傳輸優點

直到1960年,美國科學家Maiman發明了世界上第一台雷射器後,為光通訊提供了良好的光源。隨後二十多年,人們對光傳輸介質進行了攻關,終於製成了低損耗光纖,從而奠定了光通訊的基石。從此,光通訊進入了飛速發展的階段。
光纖傳輸有許多突出的優點:

頻頻寬

頻帶的寬窄代表傳輸容量的大小。載波的頻率越高,可以傳輸信號的頻頻寬度就越大。在VHF頻段,載波頻率為48.5MHz~300Mhz。頻寬約250MHz,只能傳輸27套電視和幾十套調頻廣播。可見光的頻率達100000GHz,比VHF頻段高出一百多萬倍。儘管由於光纖對不同頻率的光有不同的損耗,使頻頻寬度受到影響,但在最低損耗區的頻頻寬度也可達30000GHz。目前單個光源的頻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10GHz以上),採用先進的相干光通信可以在30000GHz範圍內安排2000個光載波,進行波分復用,可以容納上百萬個頻道。
損耗低
在同軸電纜組成的系統中,最好的電纜在傳輸800MHz信號時,每公里的損耗都在40dB以上。相比之下,光導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,使其能傳輸的距離要遠得多。此外,光纖傳輸損耗還有兩個特點,一是在全部有線電視頻道內具有相同的損耗,不需要像電纜幹線那樣必須引入均衡器進行均衡;二是其損耗幾乎不隨溫度而變,不用擔心因環境溫度變化而造成幹線電平的波動。
重量輕
因為光纖非常細,單模光纖芯線直徑一般為4um~10um,外徑也只有125um,加上防水層、加強筋、護套等,用4~48根光纖組成的光纜直徑還不到13mm,比標準同軸電纜的直徑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,安裝十分方便。
抗干擾能力強
因為光纖的基本成分是石英,只傳光,不導電,不受電磁場的作用,在其中傳輸的光信號不受電磁場的影響,故光纖傳輸對電磁干擾、工業干擾有很強的抵禦能力。也正因為如此,在光纖中傳輸的信號不易被竊聽,因而利於保密。
保真度高
因為光纖傳輸一般不需要中繼放大,不會因為放大引入新的非線性失真。只要雷射器的線性好,就可高保真地傳輸電視信號。實際測試表明,好的調幅光纖系統的載波組合三次差拍比C/CTB在70dB以上,交調指標cM也在60dB以上,遠高於一般電纜幹線系統的非線性失真指標。
工作性能可靠
我們知道,一個系統的可靠性與組成該系統的設備數量有關。設備越多,發生故障的機會越大。因為光纖系統包含的設備數量少(不像電纜系統那樣需要幾十個放大器),可靠性自然也就高,加上光纖設備的壽命都很長,無故障工作時間達50萬~75萬小時,其中壽命最短的是光發射機中的雷射器,最低壽命也在10萬小時以上。故一個設計良好、正確安裝調試的光纖系統的工作性能是非常可靠的。
成本不斷下降
目前,有人提出了新摩爾定律,也叫做光學定律(OpticalLaw)。該定律指出,光纖傳輸信息的頻寬,每6個月增加1倍,而價格降低1倍。光通信技術的發展,為Internet寬頻技術的發展奠定了非常好的基礎。這就為大型有線電視系統採用光纖傳輸方式掃清了最後一個障礙。由於製作光纖的材料(石英)來源十分豐富,隨著技術的進步,成本還會進一步降低;而電纜所需的銅原料有限,價格會越來越高。顯然,今後光纖傳輸將占絕對優勢,成為建立全省、以至全國有線電視網的最主要傳輸手段。

結構原理

光導纖維是由兩層折射率不同的玻璃組成。內層為光內芯,直徑在幾微米至幾十微米,外層的直徑0.1~0.2mm。一般內芯玻璃的折射率比外層玻璃大1%。根據光的折射和全反射原理,當光線射到內芯和外層界面的角度大於產生全反射的臨界角時,光線透不過界面,全部反射。

光纖衰減

造成光纖衰減的主要因素有:本徵,彎曲,擠壓,雜質,不均勻和對接等。

本徵

是光纖的固有損耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。

彎曲

光纖彎曲時部分光纖內的光會因散射而損失掉,造成的損耗。

擠壓

光纖受到擠壓時產生微小的彎曲而造成的損耗。

雜質

光纖內雜質吸收和散射在光纖中傳播的光,造成的損失。

不均勻

光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。

對接

光纖對接時產生的損耗,如:不同軸(單模光纖同軸度要求小於0.8μm),端面與軸心不垂直,端面不平,對接心徑不匹配和熔接質量差等。

人為衰減

在實際的工作中,有時也有必要進行人為的光纖衰減,如用於光通信系統當中的調試光功率性能、調試光纖儀表的定標校正,光纖信號衰減的光纖衰減器。

生產方法

目前通信中所用的光纖一般是石英光纖。石英的化學名稱叫二氧化矽(SiO2),它和我們日常用來建房子所用的砂子的主要成分是相同的。但是普通的石英材料製成的光纖是不能用於通信的。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,這是有利於通信的。

製造光纖的方法很多,目前主要有:管內CVD(化學汽相沉積)法,棒內CVD法,PCVD(電漿化學汽相沉積)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製棒,然後在高溫爐中加溫軟化,拉成長絲,再進行塗復、套塑,成為光纖芯線。光纖的製造要求每道工序都要相稱精密,由計算機控制。在製造光纖的過程中,要注重:

①光纖原材料的純度必須很高。

②必須防止雜質污染,以及氣泡混入光纖。

③要準確控制折射率的分布;

④正確控制光纖的結構尺寸;

⑤儘量減小光纖表面的傷痕損害,提高光纖機械強度。

管棒法

將內芯玻璃棒插入外層玻璃管中(儘量緊密),熔融拉絲;

雙坩堝法

在兩個同心鉑坩堝內,將內芯和外層玻璃料分別放入內、外坩堝中;

分子填充法

將微孔石英玻璃棒浸入高折射率的添加劑溶液中,得所需折射率分布的斷面結構,再進行拉絲操作,它的工藝比較複雜。在光導纖維通信中還可用內外氣相沉積法等,以保證能製造出光損耗率低的光導纖維。

氣相沉積法
對象 芯棒 外包層
方法 外部化學氣相沉積法 (OVD) 改進的化學氣相沉積法/管內化學氣相沉積法 (MCVD) 軸向化學氣相沉積法 (VAD) 等離子化學氣相沉積法 (PCVD) 套管法 粉末法 等離子噴塗法 溶膠-凝膠
反應 機理 火焰水解 高溫氧化 火焰水解 低溫氧化 VAD制芯棒 OVD沉積外包層
熱源 甲烷或氫氧焰 氫氧焰 氫氧焰 電漿
沉積 方向 靶棒外徑向 管內表面 靶同軸向 管內表面
沉積 速率
沉積 工藝 間歇 間歇 連續 間歇
預製棒 尺寸
折射率 分布 控制 容易 容易 單模:容易 多模:較難 極易
原料 純度 要求 不嚴格 嚴格 不嚴格 嚴格
研發 企業 1974年美國康寧公司開發 1980年全面投入使用 1974年美國阿爾卡特公司開發 1977年日本NTT公司開發 荷蘭飛利浦公司開發 1995年美國Spectram開發
使用 廠家 (代表) 美國康寧公司 日本西谷公司 中國富通公司 美國阿爾卡特公司 天津46所 日本住友、古河等公司 荷蘭飛利浦公司、中國武漢長飛公司
OVD工藝示意圖OVD工藝示意圖

光導纖維套用時還要做成光纜,它是由數根光導纖維合併先組成光導纖維芯線,外面被復塑膠皮,再把光導纖維芯線組合成光纜,其中光導纖維的數目可以從幾十到幾百根,最大的達到4000根

太空融拉法

將光纖的拉絲裝置放到太空的微重力環境下去拉制,可以獲得地球上無法得到的超長的高質量導光纖維。

施工方法

在實際套用中,光纖與光纖的連線,一般採用熱熔接和冷接兩種方法來進行施工。

熱熔接法

使用光纖熔接機的高壓電弧將兩根光纖熔化後連線起來,這種方法早期一般用於長距離通訊施工,不過隨著國民對網速需求的提高和光纖入戶的興起,熱熔接法也用於短距離光纖鋪設施工(如小區寬頻網和光纖入戶等),已成為國際上主流的光纖施工方法。

冷接法

冷接法是相對於熱熔接法而言的,指不需要高壓電弧放電來融化光纖,而使用光纖冷接子來將光纖連線起來或將光纖接入到光通訊設備中。

系統運用

高分子光導纖維開發之初,僅用於汽車照明燈的控制和裝飾。現在主要用於醫學、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,高分子光導纖維的套用日益增多,工業上用於光導向器、顯示盤、標識、開關類照明調節、光學感測器等。

通信套用

光纖光纖

光導纖維可以用在通信技術里。1979年9月,一條3.3公里的120路光纜通信系統在北京建成,幾年後上海、天津、武漢等地也相繼鋪設了光纜線路,利用光導纖維進行通信。

多模光導纖維做成的光纜可用於通信,它的傳導性能良好,傳輸信息容量大,一條通路可同時容納數十人通話。可以同時傳送數十套電視節目,供自由選看。

利用光導纖維進行的通信叫光纖通信。一對金屬電話線至多只能同時傳送一千多路電話,而根據理論計算,一對細如蛛絲的光導纖維可以同時通一百億路電話!鋪設1000公里的同軸電纜大約需要500噸銅,改用光纖通信只需幾公斤石英就可以了。沙石中就含有石英,幾乎是取之不盡的。

醫學套用

光導纖維內窺鏡可導入心臟和腦室,測量心臟中的血壓、血液中氧的飽和度、體溫等。用光導纖維連線的雷射手術刀已在臨床套用,並可用作光敏法治癌。

另外,利用光導纖維製成的內窺鏡,可以幫助醫生檢查胃、食道、十二指腸等的疾病。光導纖維胃鏡是由上千根玻璃纖維組成的軟管,它有輸送光線、傳導圖像的本領,又有柔軟、靈活,可以任意彎曲等優點,可以通過食道插入胃裡。光導纖維把胃裡的圖像傳出來,醫生就可以窺見胃裡的情形,然後根據情況進行診斷和治療。

感測器套用

光導纖維可以把陽光送到各個角落,還可以進行機械加工。計算機、機器人、汽車配電盤等也已成功地用光導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,則可以做成各種感測器,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套用。

藝術套用

由於光纖的良好的物理特性,光纖照明和LED照明已越來越成為藝術裝修美化的用途。套用如下:

光纖藝術光纖藝術

門頭店名(標設)和LOGO採用粗光纖製作光暈照明。

門頭的局部輪廓採用Φ18(Φ14)的側光纖進行照明。

場所外立面局部採用光纖三維鏡。

採用藝術分布的光纖點陣,配置光纖照明YY-S150光纖掃描機。

在草坪上布置光纖地燈。

光纖藝術光纖藝術

光纖瀑布、光纖立體球等藝術造型。

同時也用在裝飾顯示、廣告顯示。

光纖也可以用作各種視覺藝術的展示等,光纖的特性得到充分的套用,如圖所示:

光纖成為裝飾品:利用光纖發光的特性,可以做成各種色彩的螢光光纖,滿天星光纖花瓶,做禮品晚會用,還是室內裝飾都很漂亮: 如下圖:

井下探測技術

過去,石油工業只能利用現有的技術開採油氣儲量,常常無法滿足快速投資回收和最大化油氣採收率的需求,並導致原油採收率平均只有35%左右。井下系統供應商預測,通過利用智慧型井技術可以使原油採收率提高到50%~60%。

在開發井中感測器之前,收集井下信息的唯一方法是測井。測井方法雖然能提供有價值的數據,但作業成本高,並有可能對井產生損害。因此,需要更好的井下技術提高無干擾流動監測和控制。

可以共同提高採收率的技術有:

·電子井下感測器,提供定點溫度和壓力監測;

·流量和含水量感測器;

·井下電-液壓操控流動控制系統;

·基於實時油藏動態數據;

·最佳化油藏模擬;

·高溫光纖井下感測器;

·電子與光纖井口濕式連線系統。

過去幾年,感測器技術愈來愈多地從其它行業轉向海上和井下,特別是光纖感測器技術,光纖感測器極大地提高了高溫系統的可靠性。近期,大型井下設備供應商經常與光纖探測技術專業公司合作或收購這類公司,充分證實了這項技術的潛力。

光纖感測器系列包括3項被證實的核心技術和1項待開發的技術:

·分散式溫度探測(DTS)。該項技術憑藉一定長度的光纖監測不同位置上溫度的變化。其溫度解析度為0.1oC,位置解析度為1m(光纖長度大於10000m)。

·光纖還可以作為直接讀值的機械點源感測器。最簡單的形式,可能只是一個空腔,隨外部壓力改變長度,入射到空腔的光信號強度隨空腔長度而下降。光纖傳送設備允許在一根光纖上組合多個感測器,測量不同物理變數。

·化學探測。專業光纖的開發與工業套用正在增長,它們對化學物質的存在和豐度比較敏感。這種技術還不太先進,但很有發展潛力。

光纖收發器

光纖收發器是一種將短距離的雙絞線電信號和長距離的光信號進行互換的乙太網傳輸媒體轉換單元,在很多地方也被稱之為光電轉換器。產品一般套用在乙太網電纜無法復蓋、必須使用光纖來延長傳輸距離的實際網路環境中,且通常定位於寬頻城域網的接入層套用;同時在幫助把光纖最後一公里線路連線到城域網和更外層的網路上也發揮了巨大的作用。

企業在進行信息化基礎建設時,通常更多地關注路由器、交換機乃至網卡等用於節點數據交換的網路設備,卻往往忽略介質轉換這種非網路核心必不可少的設備。特別是在一些要求信息化程度高、數據流量較大的政府機構和企業,網路建設時需要直接上連到以光纖為傳輸介質的骨幹網,而企業內部區域網路的傳輸介質一般為銅線,確保數據包在不同網路間順暢傳輸的介質轉換設備成為必需品。

收發器分類

目前國外和國內生產光纖收發器的廠商很多,產品線也極為豐富。為了保證與其他廠家的網卡、中繼器、集線器和交換機等網路設備的完全兼容,光纖收發器產品必須嚴格符合10Base-T、100Base-TX、100Base-FX、IEEE802.3和IEEE802.3u等乙太網標準,除此之外,在EMC防電磁輻射方面應符合FCC Part15。時下由於國內各大運營商正在大力建設小區網、校園網和企業網,因此光纖收發器產品的用量也在不斷提高,以更好地滿足接入網的建設需要。

隨著光纖收發器產品的多樣化發展,其分類方法也各異,但各種分類方法之間又有著一定的關聯。

按光纖性質分類

單模光纖收發器:傳輸距離20公里至120公里

多模光纖收發器:傳輸距離2公里到5公里

按光纖來分,可以分為多模光纖收發器和單模光纖收發器。由於使用的光纖不同,收發器所能傳輸的距離也不一樣,多模收發器一般的傳輸距離在2公里到5公里之間,而單模收發器復蓋的範圍可以從20公里至120公里。需要指出的是因傳輸距離的不同,光纖收發器本身的發射功率、接收靈敏度和使用波長也會不一樣。

如5公里光纖收發器的發射功率一般在-20~-14db之間,接收靈敏度為-30db,使用1310nm的波長;而120公里光纖收發器的發射功率多在-5~0dB之間,接收靈敏度為-38dB,使用1550nm的波長。

按所需光纖分類:

單纖光纖收發器:接收傳送的數據在一根光纖上傳輸

雙纖光纖收發器:接收傳送的數據在一對光纖上傳輸

顧名思義,單纖設備可以節省一半的光纖,即在一根光纖上實現數據的接收和傳送,在光纖資源緊張的地方十分適用。這類產品採用了波分復用的技術,使用的波長多為1310nm和1550nm。但由於單纖收發器產品沒有統一國際標準,因此不同廠商產品在互聯互通時可能會存在不兼容的情況。另外由於使用了波分復用,單纖收發器產品普遍存在信號衰耗大的特點。目前市面上的光纖收發器多為雙纖產品,此類產品較為成熟和穩定,但需要更多的光纖。

按工作層次/速率分類

100M乙太網光纖收發器:工作在物理層

10/100M乙太網光纖收發器:工作在數據鏈路層

按工作層次/速率來分,可以分為單10M、100M的光纖收發器、10/100M自適應的光纖收發器和1000M光纖收發器。其中單10M和100M的收發器產品工作在物理層,在這一層工作的收發器產品是按位來轉發數據。該轉發方式具有轉發速度快、通透率高、時延低等方面的優勢,適合套用於速率固定的鏈路上,同時由於此類設備在正常通信前沒有一個自協商的過程,因此在兼容性和穩定性方面做得更好。

而10/100M光纖收發器是工作在數據鏈路層,在這一層光纖收發器使用存儲轉發的機制,這樣轉發機制對接收到的每一個數據包都要讀取它的源MAC地址、目的MAC地址和數據淨荷,並在完成CRC循環冗餘校驗以後才將該數據包轉發出去。存儲轉發的好處一來可以防止一些錯誤的幀在網路中傳播,占用寶貴的網路資源,同時還可以很好地防止由於網路擁塞造成的數據包丟失,當數據鏈路飽和時存儲轉發可以將無法轉發的數據先放在收發器的快取中,等待網路空閒時再進行轉發。這樣既減少了數據衝突的可能又保證了數據傳輸的可靠性,因此10/100M的光纖收發器適合於工作在速率不固定的鏈路上。

C-LENS

G-LENS

格林透鏡

按結構分類

桌面式(獨立式)光纖收發器:獨立式用戶端設備

機架式(模組化)光纖收發器:安裝於十六槽機箱,採用集中供電方式

按結構來分,可以分為桌面式(獨立式)光纖收發器和機架式光纖收發器。桌面式光纖收發器適合於單個用戶使用,如滿足樓道中單台交換機的上聯。機架式(模組化)光纖收發器適用於多用戶的匯聚,如小區的中心機房必須滿足小區內所有交換機的上聯,使用機架便於實現對所有模組型光纖收發器的統一管理和統一供電,目前國內的機架多為16槽產品,即一個機架中最多可加插16個模組式光纖收發器。

按管理類型分類

非網管型收發器:即插即用,通過硬體撥碼開關設定電口工作模式

網管型收發器:支持電信級網路管理

按網管來分,可以分為網管型光纖收發器和非網管型光纖收發器。隨著網路向著可運營可管理的方向發展,大多數運營商都希望自己網路中的所有設備均能做到可遠程網管的程度,光纖收發器產品與交換機、路由器一樣也逐步向這個方向發展。對於可網管的光纖收發器還可以細分為局端可網管和用戶端可網管。局端可網管的光纖收發器主要是機架式產品,多採用主從式的管理結構,即一個主網管模組可串聯N個從網管模組,每個從網管模組定期輪詢它所在子架上所有光纖收發器的狀態信息,向主網管模組提交。主網管模組一方面需要輪詢自己機架上的網管信息,另一方面還需收集所有從子架上的信息,然後匯總並提交給網管伺服器。如武漢烽火網路所提供的OL200系列網管型光纖收發器產品支持1(主) 9(從)的網管結構,一次性最多可管理150個光纖收發器。

按電源分類

內置電源:內置開關電源為電信級電源

外置電源:外置變壓器電源多使用在民用設備上

按電源來分,可以分為內置電源和外置電源兩種。其中內置開關電源為電信級電源,而外置變壓器電源多使用在民用設備上。前者的優勢在於能支持超寬的電源電壓,更好地實現穩壓、濾波和設備電源保護,減少機械式接觸造成的外置故障點;後者的優勢在於設備體積小巧和價格便宜。

按工作方式分類

全雙工方式(full duplex)是指當數據的傳送和接收分流,分別由兩根不同的傳輸線傳送時,通信雙方都能在同一時刻進行傳送和接收操作,這樣的傳送方式就是全雙工制,如圖1所示。在全雙工方式下,通信系統的每一端都設定了傳送器和接收器,因此,能控制數據同時在兩個方向上傳送。全雙工方式無需進行方向的切換,因此,沒有切換操作所產生的時間延遲。

半雙式方式(half duplex)是指使用同一根傳輸線既作接收又作傳送,雖然數據可以在兩個方向上傳送,但通信雙方不能同時收發數據,這樣的傳送方式就是半雙工制。採用半雙工方式時,通信系統每一端的傳送器和接收器,通過收/發開關轉接到通信線上,進行方向的切換,因此,會產生時間延遲。目前市面上有些晶片,只能使用全雙工環境,無法支持半雙工,若接至其他品牌的交換機(N-Way Switch)或集線器(HUB),其又使用半雙工模式,則一定會造成嚴重的衝撞及丟包。

辨別方法

光纖光纖

顏色辨別

黃色的代表單模

橙色的代表多模

外套標識辨別

50/125, 62.5/125為多模,並且可能標有mm

9/125(g652)為單模,並且可能標有sm

光纖磨製端頭

在在放大鏡下可辨別,多模呈同心園

單模中間有一黑點

熔接機熔接時從屏上可辨別

多模纖中間沒白條

單模中間有一白條

同時,熔接機對多模光纜不做熔接損耗計算。再,單模與多模光纖熔接機不能熔接。

單模收發器可以用於多模光纜鏈路,但注意跳線要用多模的。

依據信號在光纖中傳輸的模式,主要分兩大類:單模和多模。模式通常是指光信號在光纖內的傳輸路徑,單模的傳輸路徑就是中心軸線;將光纖沿中軸線切出一個刨面,光信號在刨面上利用全反射進行傳輸。光纖可以擁有這種刨面無限多個,所以光信號的傳輸路徑就會有無限多條,即有無限多種模式,如此傳輸的光纖就被稱作多模光纖。

單模的纖芯尺寸一般是8~10um,在單模中信號沿直線進行傳播,也就是一種模式。多模的纖芯比較大,50um或是62.5um,可以同時進行多種模式的傳輸。

單模的傳輸頻寬高,傳輸距離遠,主要用於中長距離的信號傳輸系統,如光纖到戶、捷運和道路等長距離網路。但是,因為單模的纖芯比較小,與發射機連線時需要精確對接,從而耦合到較高的光源。這使得單模光纖網路系統的其他配件價格升高,單模光發射機的價格比多模的就貴不少。使用單模連線器進行端接時,要注意精確對接,不然會產生數值較高的插入損耗,降低光纖傳輸性能。

而多模能主要用於滿足短距離網路的傳輸。事實上,多模光纖能夠支持萬兆乙太網550米內的垂直子系統布線和短距離建築群子系統布線,以及40G/100G網路150米內的數據中心布線。並且,多模光纖系統的光電轉換元件比單模更便宜,現場安裝和端接也更簡單。

我國發展

光纖光纖

光纖作為寬頻接入一種主流的方式,有著通信容量大、中繼距離長、保密性能好、適應能力強、體積小重量輕、原材料來源廣價格低廉等的優點,未來在寬頻網際網路接入的套用可預料會非常廣泛。

根據市場研究與預測公司IDC預計2012年中國光纖接入用戶數將超過2660萬戶,未來5年保持56.4%的年複合增長率,而且中國已成為全球最大的光網路設備市場之一。截至2011年底,中國光纖接入連線埠數已超過1億個,同比增長超過100%;中國光纖接入用戶數已達1556萬戶,同比增長超過370%。比起中國1.58億的寬頻用戶數,光纖接入用戶數還將會有非常廣闊的上升空間。根據我國光纖寬頻發展計畫,到2015年全國網際網路出口頻寬達到5T,城市家庭頻寬接入能力基本達到20M以上,農村家庭頻寬能力基本達到4M以上;家庭光纖接入復蓋超過500萬戶;無線區域網路的公共運營熱點規模將超過15萬個;屆時將實現全市公益性機構光纖到達率100%,實現全部科技園區、工業園區、商務樓宇、賓館酒店等商務類場所的光纖到樓、到辦公室。

這些數據都表明,中國的寬頻市場蘊藏著巨大的潛力,必將是未來寬頻運營商對抗的主戰場之一。而光纖寬頻的普及也是大勢所趨。所以未來寬頻市場的鬥爭很大程度上是光纖寬頻的鬥爭。

中國電信集團副總工程師靳東濱表示,中國電信光纖寬頻用戶數量三年後將超過1億,達到世界領先水平。中國聯通也明確了2012年新增光纖到戶家庭1000萬。中國移動在2010年在三大運營商光纖光纜招標量達40%-50%。可以看出各大運營商對於光纖寬頻這項前景看好的業務都給予了很大的重視。

光纖之父

高錕製造出世界上第一根光導纖維。被譽為“光纖之父”

無機非金屬材料

材料與我們的生活息息相關,一般材料可以分為金屬材料、無機非金屬材料、有機材料和複合材料四大類,而無機非金屬材料更是在我們的生活中扮演著重要的角色。玻璃、水泥、陶瓷、耐火材料、半導體材料、絕緣材料……這些材料在建築、醫學、日常生活常常見到,還有一些新型無機非金屬材料也慢慢地滲入到方方面面。這此任務就是搜尋這些不同的無機非金屬材料。

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