基本介紹
- 中文名：光纖材料
- 外文名：fiber material
- 性質：通信術語
- 分類：單模光纖、多模光纖、特種光纖
- 優點：頻寬寬、無串音、抗核輻射等
- 作用：光纖通信
套用背景,發展歷史,材料分類,單模光纖,多模光纖,特種光纖,優點,頻寬較寬,損耗低中繼距離長,抗電磁干擾,無串音,抗核輻射,重量輕易攜帶,性能指標,
套用背景
由於現代網路技術的普遍套用與發展，大眾對數據信息的個性化需求日益增長。隨著人們交流溝通的日漸頻繁和生活節奏的不斷加快，人們越來越期望及時、方便、快捷地獲取海量信息，這就讓信息的傳輸變得更為重要，對承載信息傳輸功能的通訊網路的傳輸能力提出了更高的要求。光纖作為一種優良的通信傳輸的傳輸介質，具有信息傳輸速度快、數據信息的存儲容量大等特點，越來越受到人們的青睞，並逐漸成為信息傳輸的主要手段現在，它不僅是網路通信的媒介，同時也是我國工業生產領域中數據傳輸的重要載體。光纖、光纜己經滲透到了生活的方方面面，對國民生產生活產生越來越重要的影響。
發展歷史
光纖通信從理論提出到技術實現，再到之後的高速發展，只經過了短短几十年的時間。美國學者高錕在上世紀六十年代中期發表了一篇論文，文章中提出了光纖作為通信介質的理念，並提出當在石英玻璃纖維外覆蓋其它材料時，通過光的全反射原理可充分保證光可以在石英玻璃纖維的表面進行全反射傳播。這篇學術論文在當時掀起了關於光的反射研究的熱潮，同時也開啟了光纖作為數據信息傳輸載體的先河，揭開了光纖通信大幕的一角，從此光纖通信激起了人們極大的研究興趣。
但是光纖通信早期發展較慢，主要是因為當時研製的光纖損耗較高（高達400dB/km）。但隨著研究的不斷深入，研究方法的不斷改進，光纖損耗逐漸降低（日本緊接著研製出損耗為100dB/km的通信光纖）。之後，英國標準電信研究所提出，光纖損耗理論上能夠降低至20dB/km。在上個世紀七十年代，美國內的一家公司運用粉末法研製出了一種低於標準損耗的石英光纖，將光纖通信的實現成為可能，開啟了光纖通信的新時代。之後又出現了摻鍺元素的石英光纖，這種類型光纖的損耗已經降低到了0.2dB/km，該數據是我國石英光纖歷史上損耗的最小值。光纖技術的研發和該技術的普遍套用是全球範圍內數據信息通信歷史上的重要突破。光纖通信技術從概念的設計到現階段社會生產與生活領域的普遍套用經歷了較長的發展時間，特別是在過去的20年裡，光纖通信的新技術不斷被發掘，通信能力極大增強（光纖通信系統的傳輸容量增加了近萬倍，傳輸速度提高了約100倍），這使得光纖通信技術在更大的範圍內得到了迅速的發展。光纖已經不僅僅是信息傳輸的重要載體，同時在感測技術領域、臨床醫學領域、金屬檢測以及地質勘探等領域也發揮中巨大的作用。根據光纖通信技術的發展歷史可以將其具體劃分為幾個不同的時期，主要包括從850nm多模光波時期到1310nm時期，從1310nm單模光線時期到1550nm時期，最後發展成長距離傳輸的光纖通信技術。
材料分類
光纖從套用功能的角度進行分析可以劃分為通信光纖和特種光纖兩類。從光纖傳輸信息的角度進行分析與研究，光纖可以具體劃分為兩種類別，即多模光纖與單模光纖。在光纖發展的初期，光纖主要包括三種不同規格的傳輸視窗——850、1310、1550nm，經過一段時間的套用與發展，人們不斷進行修改與升級，全波視窗的套用比較普遍。現階段，人們對光纖系統進行系統化的改良與升級之後，出現了單模光纖、多模光纖、全波光纖、特種光纖等，不同種類的光波本身具備不同的屬性。
單模光纖
單模光纖是目前通信光纖中套用最廣泛，技術最為成熟的一類。隨著光纖通信技術的飛快發展和新技術的不斷出現，特別是波分復用、密集波分復用技術的套用，通過改變折射率或折射率分布，光纖又出現了許多種新的類型。如G652型細化成了G65型和B型兩種。
多模光纖
多模光纖的誕生相對來講比較早，同時也是最早投入到商業運營的光纖產品，根據對光纖的折射率分布的不同，可以將其劃分為兩種類型的光纖，即漸變光纖和階躍光纖。這種類型的光纖主要分布在波長標準為85m或131m的信息傳輸系統中，在某種情況下也會分布在波長為632.8nm視窗中。多模光纖的優勢主要包括兩方面內容：
（1）多模光纖材料的數值孔徑是常規光纖材料的兩倍到三倍，這種類型的光纖耦合機率較高；
（2）在數據信息的傳輸過程中光纖的通光面積較大，同時接受大功率的數據信息傳輸與整合，在這種過程中並不會出現一定的非線性現象。
多模光纖的弊端主要包括兩方面內容：
（1）光纖系統在數據信息的傳輸過程中的損耗較大，有效傳輸距離比較短；
（2）在數據信息的傳播過程中經常會出現色散現象，所以對於頻寬具有一定的局限性。現階段，由於現代化網路技術的普遍套用與發展，光纖通信技術的套用領域在不斷的擴大，多模纖維的功能也在不斷的升級，目前高新技術的出現也大幅度增加了光纖市場的占有份額。總體來講，多模光纖的套用領域會隨著社會生產水平與生產力的發展而不斷擴大。
特種光纖
特種光纖種類很多，典型的特種光纖有以下幾類。
（1）偏振保持光纖（簡稱保偏光纖）偏振保持光纖根據外形的不同具體分為熊貓型光纖、橢圓型光纖、領結型光纖等。現階段，在我國工業領域中套用比較普遍的就是熊貓型的偏振光纖。上述不同種類光纖的主要優勢就是在數據的傳輸過程中可以保證傳輸的穩定性與可靠性。
（2）有源光纖內部摻稀土元素，如餌、鐿等。
（3）光子晶體光纖光子晶體光纖是一種新型光纖產品，這種類別的光纖產品本身具有比較明顯的優勢。光子晶體可以隨機改變內部的結構，組成結構的不同，光纖產品的基本屬性也存在差異。目前，這種光纖在我國社會生產與生活領域中套用比較廣泛的光纖產品。光纖在數據信息的通信過程中的穩定性、可靠性以及在其他領域中套用的範圍不斷的擴展，光纖本身同時具備頻帶較寬、抗腐蝕性強、重量小、抗輻射和抗干擾性較強等優勢，讓西方國家產生了濃厚興趣要將光纖套用于軍事領域。這種運用的發展極為迅速，並得到各國軍方的大力資助，以至於近些年來特種光纖的研製發展領先於常規通信光纖的發展。
優點
光纖通信是一種以高頻光波為載波，以光纖為傳輸介質，將信息進行點點傳送的現代通信形式，優點很多。與傳統的通訊傳輸方式相比，光纖傳輸的優點體現在以下方面：
頻寬較寬
數據信息的存儲容量大光纖數據信息的頻頻寬度較大，相比於常規的銅線以及其他類型的電纜，頻頻寬度較大，光纖在數據信息傳輸過程中具有較高的光源調節性能、多樣化的調節方法以及光纖本身具有將強的色散性能等。從單一波長的光纖通信的角度出發，儘管終端設備中存在的電子瓶頸會對光纖的套用功能造成一定的消極影響，可是在數據信息的傳輸過程中可以運用其他網路技術適當的增加數據信息的存儲容量。光纖通信系統光源的調製特性、調製方式和光纖的色散特性也由於銅線或電纜。
損耗低中繼距離長
現階段，石英光纖的損耗標準為20dB/km，該項數據指標是光纖套用歷史上數據信息傳輸損耗的最低標準；從光纖的製作材料上看，在未來某個階段，光纖會用其他的材料進行製作，同時該系統的標準還會大幅度降低；其實光纖通信系統的主要優勢就是在長途的數據信息傳輸中，中繼站的數量相對較少，從而大幅度降低了光纖通信系統的複雜性，提高了光纖系統在數據信息傳輸過程中的穩定性與可靠性，基於這種現狀，在光纖系統構建過程中所投入的生產成本也在逐漸減少。
抗電磁干擾
目前，光纖系統的原材料主要是石英纖維，非金屬材質，本身具有較強的抗電磁干擾性，對於自然狀態下的雷電、電離層的變化以及太陽黑子和耀斑活動都不會干擾光纖通信系統。
無串音
光纖通信系統在運行過程中不會出現串音現象。在電磁波的傳輸過程中，常規材料製作而成的通信設備在數據信息的傳輸過程中會受到電磁波的干擾，從而在數據信息的傳輸過程中並穩定，同時還伴隨一些串音現象的出現。但是光線通信設備則不會出現這種現象，即使系統內部出現了光波泄露的情況，也會被處於外部的表層吸收。即使在受到彎曲或者處於比較惡劣的自然環境中，也會保證數據信息傳輸的穩定性。
抗核輻射
光纖的基底材料是二氧化矽，屬於無機物，抗核輻射能力非常好，可以在極其惡劣的核環境下（如核電站、核試驗基地）工作。
重量輕易攜帶
光纖的密度與銅線和其他的材料的密度相比較低，從而大幅度降了材料本身的重量。同軸電纜的直徑是為10mm，帶塗敷層的光纖外徑僅有250微米，所以光纖的寬度與其材料相比較細。
性能指標
隨著光纖通信的不斷發展，光纖進入了我們生產生活的方方面面。森林、湖泊、高山、海底都出現了光纖和光纜的身影。在沙漠和熱帶地區工作的光纖要求能承受高溫的考驗；在雨林、濕地工作的光纖要求能抵禦潮濕空氣的侵襲；在微風拂面的海邊，需要光纖能抵擋鹽霧的襲擾；在被二氧化硫、硫化氫污染的空氣中，要求光纖能經受硫化的侵蝕。所以光纖應該要在各種環境下均能保證正常通信，不發生斷裂，所以研究各種環境下光纖的機械強度變得十分重要。這些形形色色的不同環境，可以用常溫、高溫高濕、鹽霧、硫化等典型環境來模擬。因此，研宄光纖在常溫和經過高溫高濕、鹽霧、硫化處理後的機械性能，對保證光纖使用的可靠性和傳輸的穩定性具有十分重要的意義。光纖在敷設及安裝及使用過程中總難免會出現彎曲。光纖在敷設過程中難免會發生彎曲。光纖彎曲的出現，使得傳導模變為輻射模，產生光損耗，影響信息傳輸的質量和效率。因此，研究光纖的彎曲損耗變得非常重要。
彎曲損耗，就損耗機理而言分為兩種——宏彎損耗和微彎損耗。宏彎損耗指的是由於光纖巨觀彎曲，光在光纖中傳輸不滿足全反射定律，導致一部分光從光纖中逸出，傳導模變為輻射模，產生光損耗。微彎損耗指的是纖芯和包層的藉口在幾何上的不完善造成微觀凸起或凹陷，使光在光纖中傳輸不滿足全反射定律，一部分光逸出，產生光損耗。我們研宄光纖的宏彎損耗的場合較多。有些場所（如接線盒處、光纜連線處）要求光纖的彎曲半徑儘可能小，因此研宄光纖的彎曲半徑最小到多少損耗可以忽略不計，即確定光纖臨界彎曲半徑也勢在必行。
