1、 前言現代這個通訊信息發達的時代，品種繁多的光纖層出不窮，不僅在光通信 和光傳感中占據著越來越重要的地位，而且在工業、電力、軍事、航空航天、生 物醫學等方面也發揮著越來越重要的作用。隨著3G網絡的大規模建設、IPv6的 試用和建設、 光進銅退戰略進一步實施，國內外對常規通信光纖的需求進一步 高漲，光纖成為通信市場最為緊俏的商品之一。因此，我們需要改進工藝，降低 光纖成本，使光纖到戶可以盡快的在廣大家庭中得到應用。第一章 光纖的分類光纖是光導纖維（OF： Optical Fiber）的簡稱。但光通信系統中常常將Opti cal Fibe （光纖）又簡化為Fiber，例如：光纖放大器（Fiber

2、Amplifier）或 光纖干線（Fiber Backbone）等等。有人忽略了 Fiber雖有纖維的含義，但在 光系統中卻是指光纖而言的。因此，有些光產品的說明中，把fiber直譯成“纖 維”，顯然是不可取的。光纖實際是指由透明材料作成的纖芯和在它周圍采用比纖芯的折射率稍低 的材料作成的包層所被覆，并將射入纖芯的光信號，經包層界面反射，使光信號 在纖芯中傳播前進的媒體。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。但對于有線電視和通信用的光纖，其設計和制造的原則基本相同， 諸如：損耗小；有一定帶寬且色散??；接線容易；易于成統；可靠性 高；制造比較簡單；價廉等。光纖的分類主要是

3、從工作波長、折射率分布、傳輸模式、原材料和制造方法 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（ 0.85pm、 1.3pm、1.55pm）。（2）折射率分布：階躍（SI）型、近階躍型、漸變（GI）型、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：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、復合材料（如塑料包層、液 體纖芯等）、紅外材料等。按被覆材料還可分為無機材料（碳等）、金屬材料（銅、 鎳等）和塑料等。（5）制造方法：預塑有汽相軸向沉積（VAD）、化學汽相沉積（CVD）等， 拉

4、絲法有管律法（Rod intube）和雙坩鍋法等。第二章 光纖通信技術中光纖應用的現狀普通單模光纖傳統的普通單模光纖(G.652光纖)在1310nm波長窗口色散為0,但是損耗 較大(0.35dB/km)，在1550nm波長窗口損耗小(0.2dB/km)，但是色散較大 (20ps/nmkm)。為了利用光纖的1550nm長窗口的低損耗特性和成熟的光放大技 術(EDFA),而又想具有低色散，可以對光纖的結構進行設計，從而使零色散波長 產生位移，設計出了色散位移光纖，即G.653光纖。G.653光纖在1550nm波長 窗口的低損耗和低色散特性非常適合光纖孤子通信的需要，在高速光纖孤子通信 系統中得到了

5、大量應用，但是它1550rim處的色散為零，在進行WDM時會產生嚴 重的 FWM 效應，不適應波分復用系統的需要。高強度耐彎單模光纖在光通信領域中，高強度耐彎單模光纖是企業最具競爭力的一種光纖，主 要是因為在光纖網建設重點由骨干網向城域網、用戶接入網發展，高強度耐彎單 模光纖主導的全業務接入網正在成為光纜市場的主要拉動力，其中最具代表性的 就是正在迅速發展的 FTTH 網絡，高強度耐彎單模光纖特點就是光纖可以沿著建 筑拐角施工，從而降低網絡布線的成本。無水峰光纖與傳統的單模光纖相比，無水峰光纖具有下列優勢：其一，在全部可用波長 范圍內比常規光纖增加了約一半，可復用的波長數大大增加，可實現超大容

6、量傳 輸；其二，可用波長范圍大大擴展后，可以采用稀疏波分復用(CWDM)方案，使用 波長間隔較寬、波長精度和穩定度要求較低的元件，使元器件特別是無源器件的 成本大幅度下降；其三，13501450nm波長窗口的光纖色散僅為1550nm波長區 的一半，容易實現高比特率長距離傳輸。大有效面積光纖超高速系統的主要性能限制是色散和非線性。通常線性色散可以用色散補償 的方法來消除，而非線性的影響卻不能用簡單的線性補償的方法來消除，光纖的 有效面積是決定光纖非線性的主要因素。為了適應超大容量長距離密集波分復用 系統的應用，大有效面積光纖已經問世。在c波段，由大有效面積光纖構成的以 10Gbit/s 為基礎的

7、高密集 WDM 系統信噪比較高，誤碼率較低，光放大器的間隔 較長，因而得到了廣泛的應用。寬帶光傳輸用非零色散光纖寬帶非零色散平坦光纖以 G.656 光纖為例，其特點是在工作波長范圍內色 散應大于所要求的非零值，有效面積合適，色散斜率基本為零。因此，應用 G.656 光纖既可顯著降低系統的色散補償成本，又可進一步發掘石英玻璃光纖潛在的巨 大帶寬。使用G.656光纖時，可保證通道間隔100GHz、40Gbit/s系統至少傳輸 400km。第三章 光纖通信技術中光纖的發展光子晶體光纖與常規光纖不同，光子晶體光纖(PCF)是由石英玻璃一空氣孔微小結構組成 的光纖，其又可以分為實芯光纖和空芯光纖，即前者

8、是由石英玻璃棒和石英玻璃 毛細管加熱拉制成的，而后者則是由石英玻璃管和石英玻璃毛細管加熱拉制成 的。在PCF的拉制過程中，改變拉制溫度和速度就可以調整PCF的結構和性能， 使得PCF作為光傳輸介質和光器件具有許多誘人之處，實際上，人們是通過調整 纖芯直徑、包層空氣孔直徑、包層空氣孔之間距離方式來達到分別制造出具有低 衰減、高色散、非線性效應小(大模場直徑或者大有效面積)、保偏和小彎曲損耗 等性能的PCF的目的。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)。目前，在有線電視和光通信中，是應用最廣泛的 光纖。由于，光纖的

9、纖芯很細(約10pm)而且折射率呈階躍狀分布，當歸一化 頻率V參數V2.4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 同與制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。另外，有匹 配型包層光纖，其包層折射率呈均勻分布。多模光纖將光纖按工作彼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）

10、。纖芯直徑為50pm,由于傳輸模式可達幾百個，與 SMF相比傳輸帶寬主要受模式色散支配。在歷史上曾用于有線電視和通信系統的 短距離傳輸。自從出現 SMF 光纖后，似乎形成歷史產品。但實際上，由于 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。從幾何光學角度來看，在纖芯中前進的光束呈現以蛇行狀傳播。由于， 光的各個路徑所需時間大致相同。所以，傳輸容量較SI型大。SI型MMF光纖的 折射

11、率分布，纖芯折射率的分布是相同的，但與包層的界面呈階梯狀。由于 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。其結果是傳輸帶寬變窄，目前SI型MMF應用較少。色散使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）。由于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，就更有利于應用1.55Pm 波段的長距離傳輸。于是，巧妙地利用光纖材料中

12、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： DispersionShiftedFiber）。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?。ò◤澢⒗旌铜h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于1.55pm波段的光纖。而 色散平坦光纖（DFF： Dispersion Flatte

13、ned 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。由于DFF 要作到1.3pm1.55pm范圍的色散都減少。就需要對光纖的折射率分布進行復雜 的設計。不過這種光纖對于波分復用（WDM）的線路卻是很適宜的。由于DFF光 纖的工藝比較復雜，費用較貴。今后隨著產量的增加，價格也會降低。色散補償光纖對于采用單模光纖的干線系統，由于多數是利用1.3pm波段色散為零的光纖 構成的?？墒?，現在損耗最小的1.55pm,由于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

14、 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-nsationFiber）。 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。3.7色散控制光纖（DMF）DWDM （密集波分復用）系統要求色散控制，使系統的色散特性既能足以抑制 FWM（四波混頻），又要使總色散為零。過去用交替連接正/負色散的光纖或色散 沿光纖長度漸變的光纖進行。在OFC99會議

15、上，NTTdocomo的40kmDMF,其色散 符號周期性變化是每20km為1周期。在1550nm的平均色散為-0.06ps/nm,色散 斜率0.064ps/nm,衰減系數0.2dB/km,兩端的截止波長分別為1.05nm和l.llMm。 NTTdocomo 是通過在拉絲過程中控制拉絲速度、改變包層直徑，實際上是改變了 芯徑，而芯徑影響色散的方式來實現其色散符號周期性變化的。用于局域網的新型多模光纖局域網和用戶駐地網的高速發展，大量的綜合布線系統也采用了多模光纖 來代替數字電纜，因此多模光纖的市場份額會逐漸加大。之所以選用多模光纖， 是因為局域網傳輸距離較短，雖然多模光纖比單模光纖價格貴50%100%，但 是它所配套的光器件可選用發光二極管價格則比激光管便宜很多，而且多模光纖 有較大的芯徑與數值孔徑容易連接與耦合，相應的連接器、耦合器等元器件價格 也低得多?？招竟饫w美國一些公司及大學研究所正在開發一種新的空芯光纖，即光是在光纖的 空氣中傳輸。從理論上講，這種光纖沒有纖芯，減小了衰耗。增長了通信距離， 防止了色散導致的干擾現象，可以支持更多的波段，并且它允許較強的光功率注 入，預計其通信能力可達到目前光纖的 10