光纤基础知识一、定义光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。

传输原理是‘光的全反射’。

前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham 首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。

二、基础知识简介微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。

通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管（light emitting diode,LED）或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。

在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。

光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为50或62.5μm），中间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125μm），最外是加强用的树脂涂层。

光线在纤芯传送，当光纤射到纤芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，会全部反射回来，继续在纤芯内向前传送，而包层主要起到保护的作用。

入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。

这个角度就称为光纤的数值孔径。

光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。

不同厂家生产的光纤的数值孔径不同（AT&T CORNING）。

通常光纤与光缆两个名词会被混淆。

多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。

光纤外层的保护层和绝缘层可防止周围环境对光纤的伤害，如水、火、电击等。

光缆分为：缆皮、芳纶丝、缓冲层和光纤。

光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。

中心是光传播的玻璃芯。

在多模光纤中，芯的直径是50μm和62.5μm两种，大致与人的头发的粗细相当。

而单模光纤芯的直径为8μm~10μm，常用的是9/125μm。

芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，俗称包层，包层使得光线保持在芯内。

再外面的是一层薄的塑料外套，即涂覆层，用来保护包层。

光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。

纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆，易断裂，因此需要外加一保护层。

说明：9/125μm指光纤的纤核为9μm，包层为125μm，9/125μm是单模光纤的一个重要的特征，50/125μm指指光纤的纤核为50μm，包层为125μm，50/125μm 是多模光纤的一个重要的特征。

三、发展历史1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。

结果使观众们大吃一惊。

人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。

人们曾经发现，光能沿着从酒桶中喷出的细酒流传输；人们还发现，光能顺着弯曲的玻璃棒前进。

这是为什么呢？难道光线不再直进了吗？这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是[1] 的作用，由于水等介质密度由于比周围的物质（如空气）大，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。

表面上看，光好像在水流中弯曲前进。

后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。

由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。

四、大事记1880-AlexandraGrahamBell发明光束通话传输1960-电射及光纤之发明1960-玻璃纤维的传输损耗大于1000dB/km，其他材料包括光圈波导、气体透镜波导、空心金属波导管等1966-七月，英籍、华裔学者高锟博士（K.C.Kao）在PIEE 杂志上发表论文《光频率的介质纤维表面波导》，从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，并预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性1970-美国康宁公司三名科研人员马瑞尔、卡普隆、凯克用改进型化学相沉积法（MCVD 法）成功研制成传输损耗只有20dB/km的低损耗石英光纤。

1970-美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝半导体激光器1972-传输损耗降低至4dB/km1973-我国邮电部武汉邮电科学研究院开始研究光纤通信1974-美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法――CVD法（汽相沉积法），使光纤传输损耗降低到1.1dB/km。

1976-美国在亚特兰大的贝尔实验室地下管道开通了世界上第一条光纤通信系统的试验线路。

采用一条拥有144个光纤的光缆以44.736Mbps的速率传输信号，中继距离为10 km。

采用的是多模光纤，光源用的是发光管LED，波长是0.85微米的红外光。

1976-传输损耗降低至0.5dB/km1977-贝尔研究所和日本电报电话公司几乎同时研制成功寿命达100万小时（实用中10年左右）的半导体激光器1977-世界上第一条光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用，速率为45Mb/s 1977-首次实际安装电话光纤网路1978-FORT在法国首次安装其生产之光纤电1979-赵梓森拉制出我国自主研发的第一根实用光纤，被誉为“中国光纤之父”1979-传输损耗降低至0.2dB/km1980-多模光纤通信系统商用化（140Mb/s），并着手单模光纤通信系统的现场试验工作1982-我国邮电部重点科研工程“.八二工程”在武汉开通1990-单模光纤通信系统进入商用化阶段（565Mb/s），并着手进行零色散移位光纤和波分复用及相干通信的现场试验，而且陆续制定数字同步体系（SDH）的技术标准1990-传输损耗降低至0.14dB/km，已经接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1dB/km1990-区域网络及其他短距离传输应用之光纤1992-贝尔实验室与日本合作伙伴成功地试验了可以无错误传输9000公里的光放大器，其最初速率为5Gbps，随后增加到10Gbps1993-SDH产品开始商用化（622Mb/s 以下）1995-2.5Gb/s 的SDH产品进入商用化阶段1996-10Gb/s 的SDH产品进入商用化阶段1997-采用波分复用技术（WDM）的20Gb/s 和40Gb/s 的SDH产品试验取得重大突破1999-中国生产的8×2.5Gb/sWDM系统首次在青岛至大连开通，沈阳至大连的32×2.5Gb/sWDM光纤通信系统开通2000-到屋边光纤=>到桌边光纤2005-3.2Tbps超大容量的光纤通信系统在上海至杭州开通2005 FTTH(Fiber To The Home)光纤直接到家庭2012年，中国的光纤产能已达到1亿2千万芯公里，预计到2013年将达到1亿8千万芯公里。

五、原理种类1、光是一种电磁波可见光部分波长范围是：390~760nm(纳米)。

大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。

光纤中应用的是：850nm，1310nm，1550nm三种。

2、光的折射，反射和全反射。

因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。

而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。

当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。

不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。

光纤通讯就是基于以上原理而形成的。

3、光纤的种类光纤的种类很多，根据用途不同，所需要的功能和性能也有所差异。

但对于有线电视和通信用的光纤，其设计和制造的原则基本相同，诸如：（1）损耗小；（2）有一定带宽且色散小；（3）接线容易；（4）易于成统；（5）可靠性高；（6）制造比较简单；（7）价廉等。

光纤的分类主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法上作一归纳的，兹将各种分类举例如下。

（1）工作波长：紫外光纤、可观光纤、近红外光纤、红外光纤（0.85μm、1.3μm、1.55μm）。

（2）折射率分布：阶跃（SI）型光纤、近阶跃型光纤、渐变（GI）型光纤、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。

（3）传输模式：单模光纤（含偏振保持光纤、非偏振保持光纤）、多模光纤。

（4）原材料：石英光纤、多成分玻璃光纤、塑料光纤、复合材料光纤（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等。

按被覆材料还可分为无机材料（碳等）、金属材料（铜、镍等）和塑料等。

（5）制造方法：预塑有汽相轴向沉积（V AD）、化学汽相沉积（CVD）等，拉丝法有管律法（Rod intube）和双坩锅法等。

六、传输优点1、频带宽频带的宽窄代表传输容量的大小。

载波的频率越高，可以传输信号的频带宽度就越大。

在VHF频段，载波频率为48.5MHz～300Mhz。

带宽约250MHz，只能传输27套电视和几十套调频广播。

可见光的频率达100000GHz，比VHF频段高出一百多万倍。

尽管由于光纤对不同频率的光有不同的损耗，使频带宽度受到影响，但在最低损耗区的频带宽度也可达30000GHz。

目前单个光源的带宽只占了其中很小的一部分(多模光纤的频带约几百兆赫，好的单模光纤可达10GHz 以上)，采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围内安排2000个光载波，进行波分复用，可以容纳上百万个频道。

2、损耗低在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时，每公里的损耗都在40dB以上。

相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输1.31μm的光，每公里损耗在0．35dB以下若传输1.55μm的光，每公里损耗更小，可达0．2dB 以下。

这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远得多。

此外，光纤传输损耗还有两个特点，一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗，不需要像电缆干线那样必须引入均衡器进行均衡；二是其损耗几乎不随温度而变，不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。

3、重量轻因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般为4μm～10μm，外径也只有125μm，加上防水层、加强筋、护套等，用4～48根光纤组成的光缆直径还不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm要小得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便。

4、抗干扰能力强因为光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。

也正因为如此，在光纤中传输的信号不易被窃听，因而利于保密。

5、保真度高因为光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引入新的非线性失真。

只要激光器的线性好，就可高保真地传输电视信号。

实际测试表明，好的调幅光纤系统的载波组合三次差拍比C/CTB在70dB以上，交调指标cM也在60dB以上，远高于一般电缆干线系统的非线性失真指标。