圖片來源：L-com

進(jìn)入21世紀(jì)以來，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人類逐漸進(jìn)入了真正的信息化時代。在這個信息爆炸的時代里，我們每天的生活都會產(chǎn)生、傳輸大量的數(shù)據(jù)和信息，傳統(tǒng)的電纜通信無論從帶寬、損耗和抗干擾能力都是無法承載這樣的負(fù)荷的。

幸而，人類發(fā)明了光纖，并隨之開啟了光通信的時代，打破了時代的瓶頸和壁壘。所以，如果羅列20世紀(jì)最重要的發(fā)明，光纖必然會有一席之地。當(dāng)然，科學(xué)之路永遠(yuǎn)是崎嶇艱辛的，從發(fā)現(xiàn)其物理現(xiàn)象到真正的廣泛應(yīng)用，光纖的發(fā)展亦輾轉(zhuǎn)了一百多年的時間。

早在1840年，瑞士科學(xué)家丹尼爾·科拉登和法國科學(xué)家雅克·巴比內(nèi)特向人們展示了光可以順著彎曲的水流在其中傳播的現(xiàn)象。

三十年后，英國著名科學(xué)家丁達(dá)爾將其總結(jié)為光的全反射原理——光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，當(dāng)入射角超過某一角度C（臨界角）時，光線不再發(fā)生介質(zhì)間的折射，而是全部反射回去。這就是光纖的理論基礎(chǔ)。

隨后的幾十年中，人們嘗試把玻璃作為光導(dǎo)介質(zhì)，將其拉成長長的玻璃纖維，并在其外層附上包層防止光泄露，形成了光纖的基本形態(tài)?？茖W(xué)家開展各種實(shí)驗(yàn)用光纖傳遞圖像、聲音。

然而這些實(shí)驗(yàn)雖然不斷向前推進(jìn)，也在醫(yī)學(xué)內(nèi)窺鏡等領(lǐng)域開始應(yīng)用，但始終都只能在短距離內(nèi)進(jìn)行。究其原因，光在當(dāng)時的光纖中的衰減速度太快，這一度讓人類幾乎放棄了光纖通信的研究。

1966年7月，出生于上海的英藉華裔物理學(xué)家高錕發(fā)表了一篇著名的論文，從理論上分析了用光纖作為傳輸媒介實(shí)現(xiàn)光通信的可能性，并提出通過原材料的提純，光纖傳輸損耗將大大降低。這一里程碑式的發(fā)現(xiàn)，開啟了光通信的大門，同時也讓高錕在2009年獲得了諾貝爾物理獎。

在高錕的理論影響下，各國傾注了大量人力物力的投入，也讓光纖技術(shù)得到了爆炸性的發(fā)展。60年代，光纖的傳輸損耗高達(dá)1000dB/km，而在高錕的論文發(fā)布的四年后，這一數(shù)據(jù)狂降至20dB/km。

到了80年代，人類更是把損耗控制在0.2dB/km以內(nèi)，已經(jīng)接近光纖的理論衰耗極限值。這標(biāo)志著長距離光纖通信成為可能，時代的大門已經(jīng)緩緩打開。

巧的是，幾乎在同一時代，光源也取得了齊頭并進(jìn)的巨大突破。1960年美國人梅曼發(fā)明了紅寶石激光器，產(chǎn)生了單色相干光，亮度高，方向性好，讓光的長距離傳輸有了可能性。

1970年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一只在室溫下連續(xù)工作幾個小時的砷化鎵鋁半導(dǎo)體激光器。如今，激光器的使用壽命已在10萬小時以上。

解決了損耗和光源這兩個關(guān)鍵性技術(shù)，光纖走出了實(shí)驗(yàn)室逐漸開始得到廣泛應(yīng)用。相比傳統(tǒng)的金屬電纜，光纖重量更輕直徑更小，傳輸速率和帶寬更大，傳輸損耗和所需能量更少，同時還不受電磁和射頻干擾，保密性強(qiáng)，原材料資源還特別豐富。

這些優(yōu)點(diǎn)讓光纖幾乎碾壓性地?fù)魯×藗鹘y(tǒng)電纜，成為了互聯(lián)網(wǎng)時代信息傳輸?shù)摹爸鹘恰薄?/span>

光纖的結(jié)構(gòu) 

站在時代舞臺的最中央，光纖也不再是當(dāng)年那根“裸奔”的玻璃絲了。經(jīng)過多年的改進(jìn)和發(fā)展，科學(xué)家和工程師給它穿上了一層有一層的衣服，大大提升了其強(qiáng)度和性能。讓我們來看看現(xiàn)代光纖的基本結(jié)構(gòu)吧！

光纖最內(nèi)部的結(jié)構(gòu)包括高折射率玻璃纖芯和低折射率包層，光在纖芯和包層之間發(fā)生全反射，保證光信號一直在纖芯內(nèi)部傳輸。

在包層之外通常還有涂覆層、芳綸（Kevlar）和外層保護(hù)套，這些都起到保護(hù)作用，防止信號溢出增加線纜的強(qiáng)度和柔韌性，畢竟玻璃纖維是非常脆弱的。

光纖的規(guī)格和類型 

作為一個聯(lián)通全世界的重要工具，人們自然需要給光纖建立全世界通用的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格。

現(xiàn)在光纖規(guī)格一般使用“纖芯直徑/包層直徑”來標(biāo)注，目前大多數(shù)的光纖包層直徑均為125微米。根據(jù)纖芯直徑的粗細(xì)，我們又把光纖分為多模光纖和單模光纖。多模光纖的纖芯直徑一般為62.5或者50微米，而單模光纖的直徑一般為9微米。

由于多模光纖和單模光纖纖芯直徑的不同，光在其中的傳播路徑形態(tài)也不同（如下圖所示），它們的性能和應(yīng)用場景也有所不同。

多模光纖由于纖芯直徑大，支持多種光傳播模式，射線在光纖內(nèi)同時傳播 。但是多個模的光信號由于角度不同會有不同的路徑長度，易發(fā)生干涉造成色散現(xiàn)象，在數(shù)百米之后信號質(zhì)量會顯著下降。

單模光纖直徑更細(xì)，通常只傳輸一個模的光信號，傳播路徑也更接近直線，從而大大降低了色散效應(yīng)和信號損耗，不僅數(shù)據(jù)帶寬更寬，傳輸距離更大大增加至數(shù)十公里。同時，單模光纖本身的價格也更低。

然而，多模光纖與單模光纖相比具有更強(qiáng)的”聚光”能力。較大尺寸的纖芯簡化了連接，并可采用比較便宜的發(fā)光二極管作為光源。單模光纖則必須使用昂貴的激光發(fā)生器作為光源，所以在多模光纖的有效工作距離中，依然有其應(yīng)用范疇。

特別要注意的是，在搭建網(wǎng)絡(luò)的過程中，這兩種模式的光纖與相應(yīng)的光模塊（收發(fā)器）必須匹配，不能混用，否則對網(wǎng)絡(luò)的性能會有較大影響。

當(dāng)然，多模光纖和單模光纖只是光纖的結(jié)構(gòu)性分類，實(shí)際上這兩種光纖都有著不同性能的更豐富的型號，他們的帶寬和傳輸距離如下圖所示：

值得一提的是，在實(shí)際應(yīng)用中單模光纖通常為亮黃色，OM1/OM2多模光纖通常為灰色和橙色，OM3/OM4多模光纖為藍(lán)色或紫紅色，而最新的OM5多模光纖則為淺綠色。

OM5多模光纖由最高質(zhì)量的石英制成，支持850到953nm波長的超寬帶傳輸，也稱為WBMMF，其芯徑也是50um。它支持采用短波長SWDM復(fù)用技術(shù)（850nm、880nm、910nm和940nm）在一根光纖內(nèi)來實(shí)現(xiàn)100G傳輸速率，大幅節(jié)省系統(tǒng)整體成本。

此外，在實(shí)際應(yīng)用場景中，在更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中常常需要多條信號傳輸路徑，于是人們把不同數(shù)量的光纖組合在一起形成了不同的產(chǎn)品。比如，知名有線和無線連接產(chǎn)品生產(chǎn)商L-com的光纖產(chǎn)品就分為單芯光纖、雙芯光纖和多芯光纖，來應(yīng)對不同的使用場景。

同時為了增加光纖的強(qiáng)度，光纖還被增加了各種保護(hù)層，制成光纖線纜。L-com產(chǎn)品線根據(jù)光纖數(shù)量和排列形式分為單芯光纜、雙芯緊套光纜、可分支光纜和層絞式光纜。

其中可分支光纜硬度最高，每一條光纖都有獨(dú)立的保護(hù)層，擁有極高的強(qiáng)度。而層絞式光纜更側(cè)重于緊湊的結(jié)構(gòu)，每條光纖外層僅有900微米的緩沖層保護(hù)，但是線纜的柔性就非常好。

光接口 

光纖開啟自己的時代也需要解決與“舊時代”無縫銜接的問題。我們的電子設(shè)備內(nèi)部都使用電信號傳遞信息，所以在光纖通信時，需要先用光模塊把電信號形式的信息轉(zhuǎn)化為光信號，長距離傳輸后再轉(zhuǎn)換回電信號，這就是光纖通信系統(tǒng)的基本模式。

光纖與光模塊或者光纖之間的連接需要物理接口，在早期不同的廠家開發(fā)了不同的接口，它們適用也因?yàn)楦髯缘奶匦赃m用于不同的場景。L-com產(chǎn)品線中也提供了不同的連接器接口，在選擇時要根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的接口。

值得注意的是，當(dāng)光信號傳輸至一條光纖的末端，光信號會在端面產(chǎn)生一定的反射造成信號的損失，這一參數(shù)叫做回波損耗。

對于本身對信號要求較高的單模光纖來說，控制回波損耗十分重要。為了減少反射，控制回波損耗，光纖的端面被制作成特殊的形狀。下面三種端面的回波損耗方面PC > UPC > APC，L-com單模光纖標(biāo)配PC和APC面，也提供UPC面的訂制規(guī)格。

值得注意的是，當(dāng)光信號傳輸至一條光纖的末端，光信號會在端面產(chǎn)生一定的反射造成信號的損失，這一參數(shù)叫做回波損耗。對于本身對信號要求較高的單模光纖來說，控制回波損耗十分重要。

為了減少反射，控制回波損耗，光纖的端面被制作成特殊的形狀。下面三種端面的回波損耗方面PC > UPC > APC，L-com單模光纖標(biāo)配PC和APC面，也提供UPC面的訂制規(guī)格。

好了，相信看了這篇文章，你對光纖有了比較全面的理解，也看到了光纖科技發(fā)展的迅猛。

它變得越來越多樣化，適應(yīng)各種復(fù)雜的應(yīng)用場景。相信隨著光纖的進(jìn)一步優(yōu)化升級，我們的世界在未來必將發(fā)生更加翻天覆地的變化！

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引用自: www.cechina.cn

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