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一、光纖的分類(lèi)
根據(jù)不同光纖的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的分類(lèi)方法，同一根光纖將會(huì)有不同的名稱(chēng) 。
⒈ 按光纖的材料分
可以將光纖的種類(lèi)分為石英光纖和全塑光纖。
石英光纖一般是指由摻雜石英芯和摻雜石英包層組成的光纖。這種光纖有很低的損耗和中等程度的色散。目前通信用光纖絕大多數(shù)是石英光纖。
全塑光纖是一種通信用新型光纖，尚在研制、試用階段。全塑光纖具有損耗大、纖芯粗(直徑100～600μm)、數(shù)值孔徑大(一般為0.3～0.5 ，可與光斑較大的光源耦合使用)及制造成本較低等特點(diǎn) 。目前，全塑光纖適合于較短長(zhǎng)度的應(yīng)用，如室內(nèi)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和船舶內(nèi)的通信等。
⒉ 按光纖剖面折射率分布分
可以將光纖的種類(lèi)分為階躍型光纖和漸變型光纖。
⒊ 按傳輸模式分
可以將光纖的種類(lèi)分為多模光纖和單模光纖。
單模光纖是只能傳輸一種模式的光纖。單模光纖只能傳輸基模(最低階模)，不存在模間時(shí)延差，具有比多模光纖大得多的帶寬，這對(duì)于高碼速傳輸是非常重要的。單模光纖的模場(chǎng)直徑僅幾微米，其帶寬一般比漸變型多模光纖的帶寬高一兩個(gè)數(shù)量級(jí) 。因此，它適用于大容量、長(zhǎng)距離通信。
⒋ 按材質(zhì)分
有無(wú)機(jī)光導(dǎo)纖維和高分子光導(dǎo)纖維，目前在工業(yè)上大量應(yīng)用的是前者。
無(wú)機(jī)光導(dǎo)纖維材料又分為單組分和多組分兩類(lèi) 。單組分即石英，主要原料為四氯化硅、三氯氧磷和三溴化硼等。其純度要求銅、鐵、鈷、鎳、錳、鉻、釩等過(guò)渡金屬離子雜質(zhì)含量低于10ppb 。除此之外,OH-離子要求低于10ppb 。多組分的原料較多，主要有二氧化硅、三氧化二硼、硝酸鈉、氧化鉈等。
高分子光導(dǎo)纖維是以透明聚合物制得的光導(dǎo)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制得的纖維，外層為含氟聚合物或有機(jī)硅聚合物等。
高分子光導(dǎo)纖維的光損耗較高，但高分子光導(dǎo)纖維的特點(diǎn)是能制大尺寸，大數(shù)值孔徑的光導(dǎo)纖維，光源耦合效率高，撓曲性好，微彎曲不影響導(dǎo)光能力，配列、粘接容易，便于使用，成本低廉。但光損耗大，只能短距離應(yīng)用。光損耗在10～100dB/km的光導(dǎo)纖維，可傳輸幾百米。
二、光纖的種類(lèi)
⒈ 石英光纖
是以二氧化硅（SiO2）為主要原料，并按不同的摻雜量，來(lái)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、寬帶的特點(diǎn)，當(dāng)光波長(zhǎng)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 。
石英玻璃光導(dǎo)纖維還具有從紫外線光到近紅外線光的透光光譜，除有線電視和通信用途之外，還可用于導(dǎo)光和圖像傳導(dǎo)等領(lǐng)域。
⒉ 摻氟光纖
摻氟光纖的纖芯，大多使用SiO2，而在包層中卻是摻入氟素的。由于瑞利散射損耗是因折射率的變動(dòng)而引起的光散射現(xiàn)象。所以，希望形成折射率變動(dòng)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。因而常用于包層的摻雜。
⒊ 紅外光纖
紅外光纖主要用于光能傳送。例如有：溫度計(jì)量、熱圖像傳輸、激光手術(shù)刀醫(yī)療、熱能加工等等，普及率尚低。
⒋ 復(fù)合光纖
【成員眾多的光纖家族】是在SiO2原料中，再適當(dāng)混合諸如氧化鈉（Na2O）、氧化硼（B2O3）、氧化鉀（K2O）等氧化物制作成多組分玻璃光纖，特點(diǎn)是多組分玻璃比石英玻璃的軟化點(diǎn)低且纖芯與包層的折射率差很大。主要用在醫(yī)療業(yè)務(wù)的光纖內(nèi)窺鏡。
⒌ 氟氯化物光纖
由氟化物玻璃作成的光纖。這種光纖原料又簡(jiǎn)稱(chēng) ZBLAN（即將氟化誥（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(jiǎn)化成的縮語(yǔ) 。主要工作在2～10μm波長(zhǎng)的光傳輸業(yè)務(wù) 。由于ZBLAN具有超低損耗光纖的可能性，正在進(jìn)行著用于長(zhǎng)距離通信光纖的可行性開(kāi)發(fā) 。
⒍ 塑包光纖
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硅膠等塑料作為包層的階躍型光纖。它與石英光纖相比較，具有纖芯租、數(shù)值孔徑高的特點(diǎn) 。因此，易與發(fā)光二極管LED光源結(jié)合，損耗也較小。所以，非常適用于局域網(wǎng)（LAN）和近距離通信。
⒎ 塑料光纖
纖芯和包層都用塑料做成的光纖。早期產(chǎn)品主要用于裝飾和導(dǎo)光照明及近距離光鍵路的光通信中。原料主要是有機(jī)玻璃、聚苯乙烯和聚碳酸酯。損耗受到塑料固有的C－H結(jié)合結(jié)構(gòu)制約，一般每km可達(dá)幾十dB 。由于塑料光纖的纖芯直徑為1000μm ，比單模石英光纖大100倍，接續(xù)簡(jiǎn)單，而且易于彎曲施工容易。
⒏ 單模光纖
指在工作波長(zhǎng)中，只能傳輸一個(gè)傳播模式的光纖，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為單模光纖。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10μm）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。另外光纖交換機(jī)刪除zone命令，SMF沒(méi)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)色散的相加抵消光纖交換機(jī)刪除zone命令，其合成特性恰好形成零色散的特性，使傳輸頻帶更加拓寬。
⒐ 多模光纖

文章插圖

文章插圖
將光纖按工作波長(zhǎng)以其傳播可能的模式為多個(gè)模式的光纖稱(chēng)作多模光纖。纖芯直徑為50μm，傳輸模式可達(dá)幾百個(gè) 。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(shì) 。所以，在短距離通信領(lǐng)域中MMF仍在重新受到重視。
⒑ 色散位移光纖
單模光纖的工作波長(zhǎng)在1.3Pm時(shí)，模場(chǎng)直徑約9Pm，其傳輸損耗約0.3dB/km 。此時(shí)，零色散波長(zhǎng)恰好在1.3pm處。由于現(xiàn)在已經(jīng)使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(shí)現(xiàn)零色散，就更有利于應(yīng)用1.55Pm波段的長(zhǎng)距離傳輸。于是，巧妙地利用光纖材料中的石英材料色散與纖芯結(jié)構(gòu)色散的合成抵消特性，就可使原在1.3Pm波段的零色散，移位到1.55pm段也構(gòu)成零色散。因此，被命名為色散位移光纖。在光通信的長(zhǎng)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(xù)容易、成纜化或工作中的特性變化?。ò?ㄍ淝?⒗?旌突肪潮浠?跋歟?。
⒒ 色散平坦光纖
色散平坦光纖是將從1.3Pm到1.55pm的較寬波段的色散，都能做到很低，幾乎達(dá)到零色散的光纖稱(chēng)作DFF 。由于DFF要做到1.3pm～1.55pm范圍的色散都減少。就需要對(duì)光纖的折射率分布進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì) 。不過(guò)這種光纖對(duì)于波分復(fù)用（WDM）的線路卻是很適宜的。
⒓ 色散補(bǔ)償光纖
對(duì)于采用單模光纖的干線系統(tǒng)，由于多數(shù)是利用1.3pm波段色散為零的光纖構(gòu)成的 ?？墒?nbsp;，現(xiàn)在損耗最小的1.55pm，如果能在1.3pm零色散的光纖上也能令1.55pm波長(zhǎng)工作，將是非常有益的。因?yàn)樵?.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(hào)相反的光纖，就可使整個(gè)光線路的色散為零。為此目的所用的光纖則稱(chēng)作色散補(bǔ)償光纖。DCF與標(biāo)準(zhǔn)的1.3pm零色散光纖相比，纖芯直徑更細(xì) ，而且折射率差也較大。DCF也是WDM光線路的重要組成部分。
⒔ 偏振保持光纖
凡要求偏振波保持恒定的情況下，對(duì)光纖經(jīng)過(guò)改進(jìn)使偏振狀態(tài)不變的光纖稱(chēng)作偏振保持光纖，或稱(chēng)其為固定偏振光纖。
在光纖中傳播的光波，因?yàn)榫哂须姶挪ǖ男再|(zhì)，所以，除了基本的光波單一模式之外，實(shí)質(zhì)上還存在著電磁?。═E、TM）分布的兩個(gè)正交模式。通常，由于光纖截面的結(jié)構(gòu)是圓對(duì)稱(chēng)的，這兩個(gè)偏振模式的傳播常數(shù)相等，兩束偏振光互不干涉，但實(shí)際上，光纖不是完全的圓對(duì)稱(chēng)，例如有著彎曲部分，就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)偏振模式之間的結(jié)合因素，在光軸上呈不規(guī)則分布。偏振光的這種變化造成的色散，稱(chēng)之偏振模式色散（PMD）。對(duì)于現(xiàn)在以分配圖像為主的有線電視，影響尚不太大。
⒕ 雙折射光纖
指在單模光纖中，可以傳輸相互正交的兩個(gè)固有偏振模式的光纖。折射率隨偏報(bào)方向變異的現(xiàn)象稱(chēng)為雙折射，即偏振保持與吸收減少光纖。它是在纖芯的橫向兩則，設(shè)置熱膨脹系數(shù)大、截面是圓形的玻璃部分。在高溫的光纖拉絲過(guò)程中，這些部分收縮，其結(jié)果在纖芯y方向產(chǎn)生拉伸，同時(shí)又在x方向呈現(xiàn)壓縮應(yīng)力。致使纖材出現(xiàn)光彈性效應(yīng)，使折射率在X方向和y方向出現(xiàn)差異。依此原理達(dá)到偏振保持恒定的效果。
⒖ 抗惡環(huán)境光纖
通信用光纖通常的工作環(huán)境溫度可在-40～+60℃之間，設(shè)計(jì)時(shí)也是以不受大量輻射線照射為前提的。相比之下，對(duì)于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(huán)境下，也能工作的光纖則稱(chēng)作抗惡環(huán)境光纖。如果改用抗熱性塑料，如聚四氟乙?。ǎ┑仁髦? ，即可工作在300℃環(huán)境。也有在石英玻璃表面涂覆鎳（Ni）和鋁（Al）等金屬的。這種光纖則稱(chēng)為耐熱光纖。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(chēng)作抗輻射光纖，多用于核發(fā)電站的監(jiān)測(cè)用光纖維鏡等。
⒗ 密封涂層光纖
為了保持光纖的機(jī)械強(qiáng)度和損耗的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，而在玻璃表面涂裝碳化硅（SiC）、碳化鈦（TiC）、碳（C）等無(wú)機(jī)材料，用來(lái)防止從外部來(lái)的水和氫的擴(kuò)散所制造的光纖。這種碳涂覆光纖（CCF）能有效地截?cái)喙饫w與外界氫分子的侵入。它在室溫的氫氣環(huán)境中可維持20年不增加損耗。當(dāng)然，它在防止水分侵入，延緩機(jī)械強(qiáng)度的疲勞進(jìn)程中，其疲勞系數(shù)可達(dá)200以上。所以，HCF被應(yīng)用于嚴(yán)酷環(huán)境中要求可靠性高的系統(tǒng)，例如海底光纜就是一例。
⒘ 碳涂層光纖
在石英光纖的表面涂敷碳膜的光纖，稱(chēng)之為碳涂層光纖。其機(jī)理是利用碳素的致密膜層，使光纖表面與外界隔離，以改善光纖的機(jī)械疲勞損耗和氫分子的損耗增加。CCF是密封涂層光纖（HCF）的一種。
⒙ 金屬涂層光纖
金屬涂層光纖是在光纖的表面涂布Ni、Cu、Al等金屬層的光纖。也有再在金屬層外被覆塑料的，目的在于提高抗熱性和可供通電及焊接。它是抗惡環(huán)境性光纖之一，也可作為電子電路的部件用。由于此法因玻璃與金屬的膨脹系數(shù)差異太大，會(huì)增微小彎曲損耗，實(shí)用化率不高。近期，由于在玻璃光纖的表面采用低損耗的非電解鍍膜法的成功，使性能大有改善。
⒚ 摻稀土光纖
在光纖的纖芯中，摻雜如何（Er）、欽（Nd）、譜（Pr）等稀土族元素的光纖。1985年英國(guó)的索斯安普頓大學(xué)的佩思（Payne）等首先發(fā)現(xiàn)摻雜稀土元素的光纖有激光振蕩和光放大的現(xiàn)象。于是，從此揭開(kāi)了慘餌等光放大的面紗，現(xiàn)在已經(jīng)使用的1.就是利用摻餌的單模光纖，利用1.47pm的激光進(jìn)行激勵(lì)，得到1.55pm光信號(hào)放大的。
⒛ 偏心光纖
標(biāo)準(zhǔn)光纖的纖芯是設(shè)置在包層中心的，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(tài)或?qū)鼘哟┛仔纬僧愋徒Y(jié)構(gòu)的。相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)光纖，稱(chēng)這些光纖叫異型光纖。偏心光纖，它是異型光纖的一種。其纖芯設(shè)置在偏離中心且接近包層外線的偏心位置。由于纖芯靠近外表，部分光場(chǎng)會(huì)溢出包層傳播（稱(chēng)此為漸消彼，利用這一現(xiàn)象，就可檢測(cè)有無(wú)附著物質(zhì)以及折射率的變化。偏心光纖（ECF）主要用作檢測(cè)物質(zhì)的光纖敏感器。與光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）的測(cè)試法組合一起，還可作分布敏感器用。
21.發(fā)光光纖
采用含有熒光物質(zhì)制造的光纖。它是在受到輻射線、紫外線等光波照射時(shí)，產(chǎn)生的熒光一部分，可經(jīng)光纖閉合進(jìn)行傳輸?shù)墓饫w 。發(fā)光光纖可以用于檢測(cè)輻射線和紫外線，以及進(jìn)行波長(zhǎng)變換，或用作溫度敏感器、化學(xué)敏感器。在輻射線的檢測(cè)中也稱(chēng)作閃光光纖。發(fā)光光纖從熒光材料和摻雜的角度上，正在開(kāi)發(fā)塑料光纖。
22.多芯光纖
通常的光纖是由一個(gè)纖芯區(qū)和圍繞它的包層區(qū)構(gòu)成的。但多芯光纖卻是一個(gè)共同的包層區(qū)中存在多個(gè)纖芯。由于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(chǎn)生光耦會(huì)的結(jié)構(gòu) 。這種光纖，由于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(gè)纖芯的帶狀光纜，而在非通信領(lǐng)域，作為光纖傳像束，有將纖芯作成成千上萬(wàn)個(gè)的。
其二是使纖芯之間的距離靠近，能產(chǎn)生光波耦合作用。利用此原理正在開(kāi)發(fā)雙纖芯的敏感器或光回路器件。
23.空心光纖
將光纖作成空心，形成圓筒狀空間，用于光傳輸?shù)墓饫w，稱(chēng)作空心光纖。空心光纖主要用于能量傳送，可供X射線、紫外線和遠(yuǎn)紅外線光能傳輸 ?？招墓饫w結(jié)構(gòu)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。由于光的大部分可在無(wú)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(nèi)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(jiǎn)內(nèi)設(shè)置電介質(zhì)，使工作波長(zhǎng)段損耗減少的。例如可以做到波長(zhǎng)10.6pm損耗達(dá)幾dB/m的。
24.保偏光纖
保偏光纖傳輸線偏振光，廣泛用于航天、航空、航海、工業(yè)制造技術(shù)及通信等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。在以光學(xué)相干檢測(cè)為基礎(chǔ)的干涉型光纖傳感器中，使用保偏光纖能夠保證線偏振方向不變，提高相干信噪比，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的高精度測(cè)量。保偏光纖作為一種特種光纖，主要應(yīng)用于光纖陀螺，光纖水聽(tīng)器等傳感器和DWDM、EDFA等光纖通信系統(tǒng) 。由于光纖陀螺及光纖水聽(tīng)器等可用于軍用慣導(dǎo)和聲吶，屬于高新科技產(chǎn)品，而保偏光纖又是其核心部件，因而保偏光纖一直被西方發(fā)達(dá)國(guó)家列入對(duì)我禁運(yùn)的清單。保偏光纖中，雙折射效應(yīng)越強(qiáng)，波長(zhǎng)越短，保持傳輸光偏振態(tài)越好。
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