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光纖
光纖
是光導纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃或塑料制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料護套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常，光纖的一端的發射裝置使用發光二極管（light emitting diode,LED）或一束激光將光脈沖傳送至，的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。
在日常生活中，由于光在光導纖維的傳導損耗比電在電線傳導的損耗低得多，被用作長距離的信息傳遞。
通常與光纜兩個名詞會被混淆.多數在使用前必須由幾層保護結構包覆,包覆后的纜線即被稱為光纜.外層的保護結構可防止周遭環境對的傷害,如水,火,電擊等.光纜分為:,緩沖層及披覆.和同軸電纜相似，只是沒有網狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。在多模中，芯的直徑是15μm~50μm， 大致與人的頭發的粗細相當。而單模芯的直徑為8μm~10μm。芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套， 以使保持在芯內。再外面的是一層薄的塑料外套，用來保護封套。通常被扎成束，外面有外殼保護。 纖芯通常是由石英玻璃制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。
1870年的一天，英國物理學家丁達爾到*學會的演講廳講光的全反射原理，他做了一個簡單的實驗：在裝滿水的木桶上鉆個孔，然后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。這是為什么呢？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，發現這是全反射的作用，即光從水中射向空氣，當入射角大于某一角度時，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。實際上，在彎曲的水流里，光仍沿直線傳播，只不過在內表面上發生了多次全反射，光線經過多次全反射向前傳播。
后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。由于這種纖維能夠用來傳輸光線，所以稱它為光導纖維。
光導纖維可以用在通信技術里。1979年9月，一條3．
利用光導纖維進行的通信叫通信。一對金屬線至多只能同時傳送一千多路，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！鋪設
另外，利用光導纖維制成的內窺鏡，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里。光導纖維把胃里的圖像傳出來，醫生就可以窺見胃里的情形，然后根據情況進行診斷和治療。
多股光導纖維做成的光纜可用于通信，它的傳導性能良好，傳輸信息容量大，一條通路可同時容納十億人通話。可以同時傳送千套電視節目，供自由選看。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。用光導纖維連接的激光手術刀已在臨床應用，并可用作光敏法治癌。
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,則可以做成各種傳感器,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應用。
高分子光導纖維開發之初，僅用于汽車照明燈的控制和裝飾。現在主要用于醫學、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，高分子光導纖維的應用日益增多，工業上用于光導向器、顯示盤、標識、開關類照明調節、光學傳感器等，同時也用在裝飾顯示、廣告顯示。
1880-AlexandraGrahamBell發明光束通話傳輸
1960-電射及之發明
1966-華裔科學家“之父”高錕 預言將用于通信。
1970-美國康寧公司成功研制成傳輸損耗只有20dm/km的。
1977-實際安裝網路
1978-FORT在法國安裝其生產之電
1979-趙梓森拉制出我國自主研發的*根實用，被譽為“中國之父”
1990-區域網路及其他短距離傳輸應用之
2000-到屋邊=>到桌邊
2005 FTTH（Fiber To The Home）直接到家庭
按材質分,有無機光導纖維和高分子光導纖維，目前在工業上大量應用的是前者。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、釩等過渡金屬離子雜質含量低于10ppb。除此之外,OH-離子要求低于10ppb。石英纖維已被廣泛使用。多組分的原料較多，主要有二氧化硅、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制得的光導纖維，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制得的纖維，外層為含氟聚合物或有機硅聚合物等。
光導通信的研究和實用化，與光導纖維的低損耗密切相關。光能的損耗可否大大降低，關鍵在于材料純度的提高。玻璃材料中的雜質產生的光吸收，造成了zui大的光損耗，其中過渡金屬離子特別有害。目前，由于玻璃材料的高純度化，這些雜質對光導纖維的損耗影響已很小。
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14μm附近），損耗只有1dB/km，在1.55μm處zui低，只有0.2dB/km。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，便于使用，成本低廉。但光損耗大，只能短距離應用。光損耗在10～100dB/km的光導纖維，可傳輸幾百米。
主要分以下兩大類:
1）傳輸點模數類
傳輸點模數類分單模（Single Mode Fiber）和多模（Multi Mode Fiber）。單模的纖芯直徑很小, 在給定的工作波長上只能以單一模式傳輸,傳輸頻帶寬,傳輸容量大。多模是在給定的工作波長上,能以多個模式同時傳輸的。 與單模相比,多模的傳輸性能較差。
2）折射率分布類
折射率分布類可分為跳變式和漸變式。跳變式纖芯的折射率和保護層的折射率都是一個常數。 在纖芯和保護層的交界面,折射率呈階梯型變化。漸變式纖芯的折射率隨著半徑的增加按一定規律減小, 在纖芯與保護層交界處減小為保護層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線。
光及其特性：
1.光是一種電磁波
可見光部分波長范圍是：390~760nm（毫微米）。大于760nm部分是紅外光，小于390nm部分是紫外光。中應用的是：850，1300，1550三種。
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。通訊就是基于以上原理而形成的。
1.結構：
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 間為低折射率硅玻璃包層（直徑一般為125μm），zui外是加強用的樹脂涂層。
2.數值孔徑：
入射到端面的光并不能全部被所傳輸，只是在某個角度范圍內的入射光才可以。這個角度就稱為的數值孔徑。的數值孔徑大些對于的對接是有利的。不同廠家生產的的數值孔徑不同（AT&T CORNING）。
3.的種類：
A.按光在中的傳輸模式可分為：單摸和多模。
多模：中心玻璃芯較粗（50或62.5μm），可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。例如：600MB/KM的在
單模（Single-mode Fiber）：一般跳纖用黃色表示，接頭和保護套為藍色；傳輸距離較長。
多模（Multi-mode Fiber）：一般跳纖用橙色表示，也有的用灰色表示，接頭和保護套用米色或者黑色；傳輸距離較短。
B.按*傳輸頻率窗口分：常規型單模和色散位移型單模。
常規型：生產廠家將傳輸頻率*化在單一波長的光上，如1300nm。
色散位移型：生產長家將傳輸頻率*化在兩個波長的光上，如：1300nm和1550nm。
C.按折射率分布情況分：突變型和漸變型。
突變型：中心芯到玻璃包層的折射率是突變的。其成本低，模間色散高。適用于短途低速通訊，如：工控。但單模由于模間色散很小，所以單模都采用突變型。
漸變型：中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高模光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現在的多模多為漸變型。
4.常用規格：
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，醫療和低速網絡：100/140μm，200/230μm
塑料：98/1000μm，用于汽車控制
造成衰減的主要因素有：本征，彎曲，擠壓，雜質，不均勻和對接等。
本征：是的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
彎曲：彎曲時部分內的光會因散射而損失掉，造成的損耗。
擠壓：受到擠壓時產生微小的彎曲而造成的損耗。
雜質：內雜質吸收和散射在中傳播的光，造成的損失。
不均勻：材料的折射率不均勻造成的損耗。
對接：對接時產生的損耗，如：不同軸（單模同軸度要求小于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。
直到1960年，美國科學家Maiman發明了世界上*臺激光器后，為光通訊提供了良好的光源。隨后二十多年，人們對光傳輸介質進行了攻關，終于制成了低損耗，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。
傳輸有許多突出的優點：
1。頻帶寬
頻帶的寬窄代表傳輸容量的大小。載波的頻率越高，可以傳輸信號的頻帶寬度就越大。在VHF頻段，載波頻率為48．5MHz～300Mhz。帶寬約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。盡管由于對不同頻率的光有不同的損耗，使頻帶寬度受到影響，但在zui低損耗區的頻帶寬度也可達30000GHz。目前單個光源的帶寬只占了其中很小的一部分（多模的頻帶約幾百兆赫，好的單模可達10GHz以上），采用*的相干光通信可以在30000GHz范圍內安排2000個光載波，進行波分復用，可以容納上百萬個頻道。
2．損耗低
在同軸電纜組成的系統中，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，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，不需要像電纜干線那樣必須引人均衡器進行均衡；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干線電平的波動。
3．重量輕
因為非常細，單模芯線直徑一般為4um～10um，外徑也只有125um，加上防水層、加強筋、護套等，用4～48根組成的光纜直徑還不到
4．抗干擾能力強
因為的基本成分是石英，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，故傳輸對電磁干擾、工業干擾有很強的抵御能力。也正因為如此，在中傳輸的信號不易被竊聽，因而利于保密。
5．保真度高
因為傳輸一般不需要中繼放大，不會因為放大引人新的非線性失真。只要激光器的線性好，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，遠高于一般電纜干線系統的非線性失真指標。
6．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，加上設備的壽命都很長，*工作時間達50萬～75萬小時，其中壽命zui短的是光發射機中的激光器，zui低壽命也在10萬小時以上。故一個設計良好、正確安裝調試的系統的工作性能是非常可靠的。
7．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（Optical Law）。該定律指出，傳輸信息的帶寬，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寬帶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采用傳輸方式掃清了zui后一個障礙。由于制作的材料（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，今后傳輸將占優勢，成為建立全省、以至全國有線電視網的zui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
①管棒法：將內芯玻璃棒插入外層玻璃管中（盡量緊密），熔融拉絲；
②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；
③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，它的工藝比較復雜。在光導纖維通信中還可用內外氣相沉積法等，以保證能制造出光損耗率低的光導纖維。光導纖維應用時還要做成光纜，它是由數根光導纖維合并先組成光導纖維芯線，外面被覆塑料皮，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，zui大的達到4000根
光網絡的基本結構類型有星形、總線形（含環形）和樹形等3種，可組合成各種復雜的網絡結構。光網絡可橫向分割為核心網、城域／本地網和接入網。核心網傾向于采用網狀結構，城域／本地網多采用環形結構，接入網將是環形和星形相結合的復合結構。光網絡可縱向分層為客戶層、光通道層（OCH）、光復用段層（OMS）和光傳送段層（OTS）等層。兩個相鄰層之間構成客戶／服務層關系。
客戶層：由各種不同格式的客戶信號（如SDH、PDH、ATM、IP等）組成.
光通道層：為透明傳送各種不同格式的客戶層信號提供端到端的光通路聯網功能，這一層也產生和插入有關光通道配置的開銷，如波長標記、端口連接性、載荷標志（速率、格式、線路碼）以及波長保護能力等，此層包含OXC和OADM相關功能.
光復用段層：為多波長光信號提供聯網功能，包括插入確保信號完整性的各種段層開銷，并提供復用段層的生存性，波長復用器和交叉連接器屬于此層.
光傳送段層：為光信號在各種不同的光媒體（如G．652、G.653、G.655）上提供傳輸功能，光放大器所提供的功能屬于此層。
從應用領域來看，光網絡將沿著"干線網→本地網→城域網→接入網→用戶駐地網"的次序逐步滲透。