光纖材料

光纖從應(yīng)用功能的角度進(jìn)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(jìn)行分析與研宄，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(fā)展的初期，光纖主要包括三種不同規(guī)格的傳輸窗口——850、1310、1550nm，經(jīng)過一段時(shí)間的應(yīng)用與發(fā)展，人們不斷進(jìn)行修改與升級(jí)，全波窗口的應(yīng)用比較普遍。現(xiàn)階段，人們對光纖系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)化的改良與升級(jí)之后，出現(xiàn)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。

光纖材料單模光纖

單模光纖是目前通信光纖中應(yīng)用最廣泛，技術(shù)最為成熟的一類。隨著光纖通信技術(shù)的飛快發(fā)展和新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，特別是波分復(fù)用、密集波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用，通過改變折射率或折射率分布，光纖又出現(xiàn)了許多種新的類型。如G652型細(xì)化成了G65型和B型兩種。

光纖材料多模光纖

多模光纖的誕生相對來講比較早，同時(shí)也是最早投入到商業(yè)運(yùn)營的光纖產(chǎn)品，根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)為85m或131m的信息傳輸系統(tǒng)中，在某種情況下也會(huì)分布在波長為632.8nm窗口中。多模光纖的優(yōu)勢主要包括兩方面內(nèi)容：

（1）多模光纖材料的數(shù)值孔徑是常規(guī)光纖材料的兩倍到三倍，這種類型的光纖耦合概率較高；

（2）在數(shù)據(jù)信息的傳輸過程中光纖的通光面積較大，同時(shí)接受大功率的數(shù)據(jù)信息傳輸與整合，在這種過程中并不會(huì)出現(xiàn)一定的非線性現(xiàn)象。

多模光纖的弊端主要包括兩方面內(nèi)容：

（1）光纖系統(tǒng)在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信息的傳播過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)色散現(xiàn)象，所以對于頻寬具有一定的局限性?，F(xiàn)階段，由于現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普遍應(yīng)用與發(fā)展，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的擴(kuò)大，多模纖維的功能也在不斷的升級(jí)，目前高新技術(shù)的出現(xiàn)也大幅度增加了光纖市場的占有份額?？傮w來講，多模光纖的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)隨著社會(huì)生產(chǎn)水平與生產(chǎn)力的發(fā)展而不斷擴(kuò)大。

光纖材料特種光纖

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(jù)外形的不同具體分為熊貓型光纖、橢圓型光纖、領(lǐng)結(jié)型光纖等?，F(xiàn)階段，在我國工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)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(yōu)勢就是在數(shù)據(jù)的傳輸過程中可以保證傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性。

（2）有源光纖內(nèi)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(chǎn)品，這種類別的光纖產(chǎn)品本身具有比較明顯的優(yōu)勢。光子晶體可以隨機(jī)改變內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，組成結(jié)構(gòu)的不同，光纖產(chǎn)品的基本屬性也存在差異。目前，這種光纖在我國社會(huì)生產(chǎn)與生活領(lǐng)域中應(yīng)用比較廣泛的光纖產(chǎn)品。光纖在數(shù)據(jù)信息的通信過程中的穩(wěn)定性、可靠性以及在其他領(lǐng)域中應(yīng)用的范圍不斷的擴(kuò)展，光纖本身同時(shí)具備頻帶較寬、抗腐蝕性強(qiáng)、重量小、抗輻射和抗干擾性較強(qiáng)等優(yōu)勢，讓西方國家產(chǎn)生了濃厚興趣要將光纖應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。這種運(yùn)用的發(fā)展極為迅速，并得到各國軍方的大力資助，以至于近些年來特種光纖的研制發(fā)展領(lǐng)先于常規(guī)通信光纖的發(fā)展。

光纖通信是一種以高頻光波為載波，以光纖為傳輸介質(zhì)，將信息進(jìn)行點(diǎn)點(diǎn)發(fā)送的現(xiàn)代通信形式，優(yōu)點(diǎn)很多。與傳統(tǒng)的通訊傳輸方式相比，光纖傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面：

光纖材料帶寬較寬

數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)容量大光纖數(shù)據(jù)信息的頻帶寬度較大，相比于常規(guī)的銅線以及其他類型的電纜，頻帶寬度較大，光纖在數(shù)據(jù)信息傳輸過程中具有較高的光源調(diào)節(jié)性能、多樣化的調(diào)節(jié)方法以及光纖本身具有將強(qiáng)的色散性能等。從單一波長的光纖通信的角度出發(fā)，盡管終端設(shè)備中存在的電子瓶頸會(huì)對光纖的應(yīng)用功能造成一定的消極影響，可是在數(shù)據(jù)信息的傳輸過程中可以運(yùn)用其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)適當(dāng)?shù)脑黾訑?shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)容量。光纖通信系統(tǒng)光源的調(diào)制特性、調(diào)制方式和光纖的色散特性也由于銅線或電纜。

光纖材料損耗低中繼距離長

現(xiàn)階段，石英光纖的損耗標(biāo)準(zhǔn)為20dB/km，該項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)是光纖應(yīng)用歷史上數(shù)據(jù)信息傳輸損耗的最低標(biāo)準(zhǔn)；從光纖的制作材料上看，在未來某個(gè)階段，光纖會(huì)用其他的材料進(jìn)行制作，同時(shí)該系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)還會(huì)大幅度降低；其實(shí)光纖通信系統(tǒng)的主要優(yōu)勢就是在長途的數(shù)據(jù)信息傳輸中，中繼站的數(shù)量相對較少，從而大幅度降低了光纖通信系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了光纖系統(tǒng)在數(shù)據(jù)信息傳輸過程中的穩(wěn)定性與可靠性，基于這種現(xiàn)狀，在光纖系統(tǒng)構(gòu)建過程中所投入的生產(chǎn)成本也在逐漸減少。

光纖材料抗電磁干擾

目前，光纖系統(tǒng)的原材料主要是石英纖維，非金屬材質(zhì)，本身具有較強(qiáng)的抗電磁干擾性，對于自然狀態(tài)下的雷電、電離層的變化以及太陽黑子和耀斑活動(dòng)都不會(huì)干擾光纖通信系統(tǒng)。

光纖材料無串音

光纖通信系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不會(huì)出現(xiàn)串音現(xiàn)象。在電磁波的傳輸過程中，常規(guī)材料制作而成的通信設(shè)備在數(shù)據(jù)信息的傳輸過程中會(huì)受到電磁波的干擾，從而在數(shù)據(jù)信息的傳輸過程中并穩(wěn)定，同時(shí)還伴隨一些串音現(xiàn)象的出現(xiàn)。但是光線通信設(shè)備則不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，即使系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)了光波泄露的情況，也會(huì)被處于外部的表層吸收。即使在受到彎曲或者處于比較惡劣的自然環(huán)境中，也會(huì)保證數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

光纖材料抗核輻射

光纖的基底材料是二氧化硅，屬于無機(jī)物，抗核輻射能力非常好，可以在極其惡劣的核環(huán)境下（如核電站、核試驗(yàn)基地）工作。

光纖材料重量輕易攜帶

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，帶涂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(xì)。

由于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普遍應(yīng)用與發(fā)展，大眾對數(shù)據(jù)信息的個(gè)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(jié)奏的不斷加快，人們越來越期望及時(shí)、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(wǎng)絡(luò)的傳輸能力提出了更高的要求。光纖作為一種優(yōu)良的通信傳輸?shù)膫鬏斀橘|(zhì)，具有信息傳輸速度快、數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)容量大等特點(diǎn)，越來越受到人們的青睞，并逐漸成為信息傳輸?shù)闹饕侄维F(xiàn)在，它不僅是網(wǎng)絡(luò)通信的媒介，同時(shí)也是我國工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾d體。光纖、光纜己經(jīng)滲透到了生活的方方面面，對國民生產(chǎn)生活產(chǎn)生越來越重要的影響。

光纖通信從理論提出到技術(shù)實(shí)現(xiàn)，再到之后的高速發(fā)展，只經(jīng)過了短短幾十年的時(shí)間。美國學(xué)者高錕在上世紀(jì)六十年代中期發(fā)表了一篇論文 ，文章中提出了光纖作為通信介質(zhì)的理念，并提出當(dāng)在石英玻璃纖維外覆蓋其它材料時(shí)，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(jìn)行全反射傳播。這篇學(xué)術(shù)論文在當(dāng)時(shí)掀起了關(guān)于光的反射研宄的熱潮，同時(shí)也開啟了光纖作為數(shù)據(jù)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(fā)展較慢，主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)研制的光纖損耗較高（高達(dá)400dB/km）。但隨著研宄的不斷深入，研宄方法的不斷改進(jìn)，光纖損耗逐漸降低（日本緊接著研制出損耗為100dB/km的通信光纖）。之后，英國標(biāo)準(zhǔn)電信研宄所提出，光纖損耗理論上能夠降低至20dB/km。在上個(gè)世紀(jì)七十年代，美國內(nèi)的一家公司運(yùn)用粉末法研制出了一種低于標(biāo)準(zhǔn)損耗的石英光纖，將光纖通信的實(shí)現(xiàn)成為可能，開啟了光纖通信的新時(shí)代。之后又出現(xiàn)了摻鍺元素的石英光纖，這種類型光纖的損耗已經(jīng)降低到了0.2dB/km，該數(shù)據(jù)是我國石英光纖歷史上損耗的最小值。光纖技術(shù)的研發(fā)和該技術(shù)的普遍應(yīng)用是全球范圍內(nèi)數(shù)據(jù)信息通信歷史上的重要突破。光纖通信技術(shù)從概念的設(shè)計(jì)到現(xiàn)階段社會(huì)生產(chǎn)與生活領(lǐng)域的普遍應(yīng)用經(jīng)歷了較長的發(fā)展時(shí)間，特別是在過去的20年里，光纖通信的新技術(shù)不斷被發(fā)掘，通信能力極大增強(qiáng)（光纖通信系統(tǒng)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(shù)在更大的范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展。光纖己經(jīng)不僅僅是信息傳輸?shù)闹匾d體，同時(shí)在傳感技術(shù)領(lǐng)域、臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、金屬檢測以及地質(zhì)勘探等領(lǐng)域也發(fā)揮中巨大的作用。根據(jù)光纖通信技術(shù)的發(fā)展歷史可以將其具體劃分為幾個(gè)不同的時(shí)期，主要包括從850nm多模光波時(shí)期到1310nm時(shí)期，從1310nm單模光線時(shí)期到1550nm時(shí)期，最后發(fā)展成長距離傳輸?shù)墓饫w通信技術(shù)。

隨著光纖通信的不斷發(fā)展，光纖進(jìn)入了我們生產(chǎn)生活的方方面面。森林、湖泊、高山、海底都出現(xiàn)了光纖和光纜的身影。在沙漠和熱帶地區(qū)工作的光纖要求能承受高溫的考驗(yàn)；在雨林、濕地工作的光纖要求能抵御潮濕空氣的侵襲；在微風(fēng)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(jīng)受硫化的侵蝕。所以光纖應(yīng)該要在各種環(huán)境下均能保證正常通信，不發(fā)生斷裂，所以研究各種環(huán)境下光纖的機(jī)械強(qiáng)度變得十分重要。這些形形色色的不同環(huán)境，可以用常溫、高溫高濕、鹽霧、硫化等典型環(huán)境來模擬。因此，研宄光纖在常溫和經(jīng)過高溫高濕、鹽霧、硫化處理后的機(jī)械性能，對保證光纖使用的可靠性和傳輸?shù)姆€(wěn)定性具有十分重要的意義。光纖在敷設(shè)及安裝及使用過程中總難免會(huì)出現(xiàn)彎曲。光纖在敷設(shè)過程中難免會(huì)發(fā)生彎曲。光纖彎曲的出現(xiàn)，使得傳導(dǎo)模變?yōu)檩椛淠＃a(chǎn)生光損耗，影響信息傳輸?shù)馁|(zhì)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(jī)理而言分為兩種一一宏彎損耗和微彎損耗。宏彎損耗指的是由于光纖宏觀彎曲，光在光纖中傳輸不滿足全反射定律，導(dǎo)致一部分光從光纖中逸出，傳導(dǎo)模變?yōu)檩椛淠?，產(chǎn)生光損耗。微彎損耗指的是纖芯和包層的借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(chǎn)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、光纜連接處）要求光纖的彎曲半徑盡可能小，因此研宄光纖的彎曲半徑最小到多少損耗可以忽略不計(jì)，即確定光纖臨界彎曲半徑也勢在必行。 2100433B

本書對光纖制造中使用的所有材料的特性、制備工藝和提純技術(shù)以及相關(guān)檢測技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)、全面的介紹。全書共有12章，第1章至第4章分別介紹光纖通信的基礎(chǔ)知識(shí)、光纖分類及性能要求、光纖設(shè)計(jì)與制造工藝以及光纖制造對材料的技術(shù)要求；第5章至第10章分別介紹光纖制造用石英材料、高純四氯化硅、高純四氯化鍺、各種高純氣體和光纖涂覆材料等從初始材料到高純材料的全流程制備技術(shù)以及儲(chǔ)運(yùn)要求；第11章專門介紹塑料光纖及其材料制備技術(shù)；第12章集中介紹光纖用材料性能檢測涉及的各種測試方法與技術(shù)。本書可作為技術(shù)資料用于指導(dǎo)光纖材料制造廠家生產(chǎn)，也可作為光纖制造行業(yè)管理人員和技術(shù)人員學(xué)習(xí)、培訓(xùn)用教材，還可作為大專院校學(xué)生專業(yè)課本和參考用書