光纤及其制造技术
光纤知识
关于光纤，看完了，就懂了光纤是一种纤细的、柔软的固态玻璃物质，它由纤芯、包层、涂覆层三部分组成，可作为光传导工具。
光纤的纤芯主要采用高纯度的二氧化硅(SiO2)，并掺有少量的掺杂剂，提高纤芯的光折射率n1；包层也是高纯度的二氧化(SiO2)，也掺有一些的掺杂剂，以降低包层的光折射率n2，n1＞n2，发生全反射；涂覆层采用丙烯酸酯、硅橡胶、尼龙，增加机械强度和可弯曲性。
光纤传输原理全反射原理：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。
按照几何光学全反射原理，射线在纤芯和包层的交界面产生全反射，并形成把光闭锁在光纤芯内部向前传播的必要条件，即使经过弯曲的路由光线也不射出光纤之外。
光纤技术的起源与发展1966年，美籍华人高锟和霍克哈姆发表论文，光纤的概念由此产生。
1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB/km的光纤，光纤通信时代由此开始。
1977年美国在芝加哥首次用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。
当时8.5微米波段的多模光波为第一代光纤通信系统。
随即在1981年、1984年以及19世纪80年代中后期，光纤通信系统迅速发展到第四代。
第五代光纤通信系统达到了应用的标准，实现了光波的长距离传输。
光纤通信的发展阶段第一阶段：1966-1976年，是从基础研究到商业应用的开发时期。
在这一阶段，实现了短波长0.85μm低速率45或34Mb/s多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。
第二阶段：1976-1986年，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。
光纤技术基础(单模光纤)
5G/6G移动通信
单模光纤作为5G/6G移动通信网络的重要传输媒介，可实现低时延、 高可靠性的通信服务。
传感领域的应用
光纤传感器
利用单模光纤的传光性能和抗干扰能力，可制成高灵敏度、高精度的光纤传感器，应用于温度、压力、应变等物 理量的测量。
光信号的传输质量产生影响。
03 单模光纤的制造工艺
预制棒制备
气相沉积法
利用高温将四氯化硅等原料气体在纯 净的石英管内进行化学反应，生成一 层层的玻璃微粒，逐渐形成透明的石 英玻璃棒。
溶液法
将高纯度的石英砂溶解在特定的溶剂 中，通过控制温度和压力等条件，使 溶液中的石英析出并沉积在石英管内 壁上，形成预制棒。
使用近场扫描显微镜或远场扫描显微 镜进行测试。
其他测试方法
还包括偏振模色散（PMD）测试、 回波损耗（RL）测试等，用于全面 评估单模光纤的性能指标。
05 单模光纤的应用及市场前 景
通信领域的应用
长距离通信
单模光纤具有低损耗、高带宽的特性，适用于长距离的光纤通信， 如跨洋光缆、城际光缆等。
高速数据传输
故障排查与维护保养
故障定位与排查
利用光时域反射仪（OTDR）等测试设备对光纤进行故障定位和 排查。
清洁与保养
定期对光纤连接器和端面进行清洁，保持干燥、无尘的环境。
备份与替换
对于关键部位的光纤，建议备份并标记好替换光纤，以便在故障时 及时更换。
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绿色环保成为重要发展方向
环保意识的提高将促使单模光纤产业 向更加环保的方向发展，如无卤素光 纤、生物降解光纤等。
塑料光纤的发展制作和应用前景
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光纤传感器（OFS）相对于传统传感器有很多 优点：如抗电磁干扰能力强，无需外加电源， 对电绝缘，体积小（可形成分布式传感结构） 等。引入POF作为光纤传感器的材料，则为光 纤传感领域带来了很多独特的优点；相对于石 英光纤，POF可以有许多种不同尺寸；可挠性 好；还可以掺入不同的材料以改变材料的结构， 从而达到各种传感要求。
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一开始，只是将两种不同活性和折射率的单
体经光共聚法形成预制棒，拉丝后制成损耗 为4~5dB/m的GIPOF。随后发明了“界面凝 胶聚合”技术，显著降低了GIPOF的损耗 （在688nm波长处降至56dB/km）。经过各 国政府以及企业对塑料光纤工艺的重视和应
用，使之得以得到长久的发展。迄今为止， 应用前景最好的是全氟POF，其传输速度高， 可以达到10Gb/s，并且柔软性好，容易连接， 其连接时间仅为石英光纤的1/10，可直接使 用与现有的局域网设备。
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涂覆法 将挤出的纤芯通过鞘料的溶液，将溶剂去除后，鞘
层包裹于芯层而成光纤的方法，其工艺流程见下图。
1、芯材流道； 2、鞘材流道； 3、分流锥； 4、复合腔。 d1:芯材复合前直径； d2:分流锥末端外径； D0：复合腔直径；
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共挤法
在拉制 P O F过程中使用两台挤出机：一 台挤出芯材、另一台挤出鞘材， 两台挤出
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2、电光塑料光纤是在纤芯中掺杂有很高的
特 3光、学微非结线构性塑并料且光响纤应是速近度年非来常人快们的研有究机的物， 殊 一 1使、种 得闪新 塑烁型 料塑的 光料特纤光殊具纤塑备是料很有光高源纤的材，光料它学如是非荧在 线光纤 性芯 。很多 的 中 材 有分 料 机布 、 物有 激 都规光具律染备的料光空掺学气杂非孔的线，塑性具料高备光和新 纤 响的 ， 应传 主 速输 度快的 塑 特 要性 用 点。 在 ，这 高 特些能别新辐是的射塑传的料输测光特量纤性。有包闪相括烁对宽 塑 较波 料 低长 光 的范 加工制 料 围 纤 造的 温现单 度在模 ，已工这经作使实，得际具有应有很用大在的范核有围物效的理纤 功中芯 能监和 材测模 料可以 光 面 核 掺积 辐 人， 射 塑在 和 料空跟光气踪纤中带当而电中不高。是能电在粒光光子塑纤。料材 光料 纤中 在导 电压和 纤 光 电等 场。 传这 感些器新方的面传具输有特巨性大对的于、光 潜纤 在传 的感 应用前
光纤光缆头制作工法
光纤光缆头制作工法前言随着光纤技术的不断发展与完善，光纤光缆已伸入到电力控制领域。
它具有传输损耗低，抗电磁干扰，防雷电且资源丰富（ＳｉＯ ２）等传统的金属电缆所无法取代的优势。
因此，具有广泛的发展前途，而光纤光缆的施工技术，在化工建筑行业还是一项空白。
它施工设备先进，自动化程度高，需要培训合格的专业操作、测试人员。
光纤是光缆的核心。
光纤光缆的接续分为终端接续和线路接续，接续的方式又分为永久性固定连接和活动连接，本工法所介绍的熔接法工艺是固定连接法的一种。
一、特点设备先进，数量少，操作灵活，接续损耗低，成功率高。
二、适用范围在电讯和电力控制信号传输线路中，凡属采用了光纤光缆，均可用该工法制作接头和端头。
三、工艺原理熔接法制作光缆终端头，就是将光缆中的光纤芯端与带活动连接端子的尾纤芯端，进行端面处理后，对准，用激光束产生一个可使石英玻璃熔化的适当温度，从而把光纤熔接到一起，经测试接续损耗达到规定要求后，置于终端分线盒中进行保护即可，光缆终端连接如图一：单芯光纤保护管接续点分线盒单芯尾纤光缆终端端机部分 图一光缆端头连接四、工艺流程及操作要点（一）工艺流程光纤光缆的接续操作与一般电缆的接续操作大不相同，它需要较好的操作器材和较高的操作技术，否则就会影响光纤光缆的传输质量，熔接法制作光缆端头工艺流程如图二：接 续 环 境的 选 定 与 准 备 →接 续 器材 、 工 具 的 准 备 →光 缆 端 头 处 理尾纤 处理→检 测 光 缆 传 输 特 性 是 否 合 格→光纤接续→穿放热缩管 光纤涂覆层剥除 清洗光纤 制备光纤端面 光纤熔接 传输损耗测试 加封热缩管→余纤处理→封盒 固定图二工艺流程图（二）操作要点１ 接续环境的选定与准备接续操作环境要求无风尘，设备放置稳固不易碰撞，各种工具器材摆放整齐有序，要有可靠的供电措施。
２ 接续器材、工具的准备施工前应仔细清点各种专用和通用的全部工具，注意检查有无损坏或遗漏。
光缆生产 技术介绍-长飞上海2010
2.5 PCVD 工艺的优势
工艺的优势-2 PCVD 工艺的优势 -2
生产出世界一流水平的高带宽多模光纤， 生产出世界一流水平的高带宽多模光纤 ， 可良好地对各类光纤的色散进行控制 特别适合生产复杂结构的单模光纤 掺杂， 不需 P 2O5 掺杂 ， 有利于 1550 nm 的衰减 对氢损的影响不敏感
YOFC（SH）长飞（上海） YOFC（SH）长飞（上海）
YANGTZE OPTICAL FIBRE AND CABLE （SH）
三 光纤生产工艺 3.1 PCVD 沉积
* 反应机理
SiCl4+O2 GeCl4+O2 SiO2+2Cl2 GeO2+2Cl2
* 优点
* * * * 沉积层非常薄 工艺控制性强 折射率剖面精确 原材料利用率高
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YOFC（SH）长飞（上海） YOFC（SH）长飞（上海）
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3.3 芯棒测试与套棒
• 芯棒测试: 芯棒测试: • 套棒: 套棒: 熔缩好的芯棒放入套管中做为成 品预制棒以备拉丝。
一、光纤的组成结构
芯层: 芯层: SiO2+Ge+F 包层: 包层: SiO2+F 内涂覆层: 内涂覆层:丙烯酸树脂 外涂敷层: 外涂敷层:丙烯酸树脂
YOFC（SH）长飞（上海） YOFC（SH）长飞（上海）
YANGTZE OPTICAL2.1光纤与预制棒制造工艺
生产工艺
制造商
PCVD
POF, YOFC
MCVD
Lucent
OVD
Corning
光纤制造过程
光纤的制造过程主要包括以下步骤：
1. 预制棒的制造：预制棒的制造是光纤制造的核心环节，主要包括沉积和加工两个过程。
沉积过程是在高纯度气体中，通过汽相沉积技术，形成透明材料。
然后进行加工，使这个材料成为特定尺寸和形状的预制棒。
2. 拉丝：将预制棒放入拉丝塔中，在高温下将其拉制成细丝。
这个过程需要精确控制温度和速度，以确保光纤的直径和强度。
3. 涂覆：拉制出的光纤非常细，容易断裂，因此需要在其表面涂覆一层保护层，以增加其机械强度。
涂覆材料通常是塑料或树脂。
4. 测试：完成涂覆后，需要对光纤进行一系列测试，以确保其性能符合标准。
包括折射率测试、强度测试和衰减测试等。
5. 包装：通过包装工序，光纤被封装成可以在实际使用中安装和使用的光缆。
这个过程需要考虑保护光纤、方便运输和使用等因素。
总的来说，光纤的制造是一个高技术含量的过程，需要精确控制各种参数，以确保最终产品的性能和质量。
同时，制造过程中的每一步都需要经过严格的质量控制，以保证最终产品的可靠性和一致性。
光缆生产、加工及制造工艺
光缆生产、加工及制造工艺重点内容:原料提纯工艺、预制棒汽相沉积工艺、拉丝工艺、套塑工艺、余长形成、松套水冷、绞合工艺、层绞工艺难点:汽相沉积工艺参数确定、拉丝环境保护、余长的控制、梯度水冷的控制、绞合参数的选择主要内容:通信用光纤是由高纯度SiO2与少量高折射率掺杂剂GeO2、TiO2、Al2O3、ZrO2和低折射率掺杂剂SiF4(F)或B2O3或P2O5等玻璃材料经涂覆高分子材料制成的具有一定机械强度的涂覆光纤。
而通信用光缆是将若干根（1～2160根）上述的成品光纤经套塑、绞合、挤护套、装铠等工序工艺加工制造而成的实用型的线缆产品。
在光纤光缆制造过程中，要求严格控制并保证光纤原料的纯度，这样才能生产出性能优良的光纤光缆产品，同时，合理的选择生产工艺也是非常重要的。
目前，世界上将光纤光缆的制造技术分成三大工艺.光纤制造工艺的技术要点:1.光纤的质量在很大程度上取决于原材料的纯度，用作原料的化学试剂需严格提纯，其金属杂质含量应小于几个ppb，含氢化合物的含量应小于1ppm，参与反应的氧气和其他气体的纯度应为6个9（99.9999％）以上，干燥度应达－80℃露点。
2.光纤制造应在净化恒温的环境中进行，光纤预制棒、拉丝、测量等工序均应在10000级以上洁净度的净化车间中进行。
在光纤拉丝炉光纤成形部位应达100级以上。
光纤预制棒的沉积区应在密封环境中进行。
光纤制造设备上所有气体管道在工作间歇期间，均应充氮气保护，避免空气中潮气进入管道，影响光纤性能。
3.光纤质量的稳定取决于加工工艺参数的稳定。
光纤的制备不仅需要一整套精密的生产设备和控制系统，尤其重要的是要长期保持加工工艺参数的稳定，必须配备一整套的用来检测和校正光纤加工设备各部件的运行参数的设施和装置。
以MCVD工艺为例：要对用来控制反应气体流量的质量流量控制器（MFC）定期进行在线或不在线的检验校正，以保证其控制流量的精度；需对测量反应温度的红外高温测量仪定期用黑体辐射系统进行检验校正，以保证测量温度的精度；要对玻璃车床的每一个运转部件进行定期校验，保证其运行参数的稳定；甚至要对用于控制工艺过程的计算机本身的运行参数要定期校验等。
光纤通信技术介绍
光纤通信技术介绍光纤通信技术是一种利用光纤作为传输介质的通信方式，它利用光的传输速度快、带宽大、抗干扰性强等优势，已经成为现代通信领域的主流技术之一。
本文将从光纤通信的基本原理、光纤的结构与制造、光纤通信的应用以及未来发展趋势等方面进行介绍。
光纤通信的基本原理是利用光的全内反射特性传输信号。
光纤由一个或多个纤芯（Core）和包围纤芯的光纤包层（Cladding）组成，纤芯与光纤包层之间的折射率差使得从纤芯内部发出的光线在光纤内部一直发生全内反射，从而实现信号的传输。
光纤通信的信号调制方法主要有直接调制和外调制两种方式，其中外调制方式一般应用于长距离通信。
光纤的结构与制造也是光纤通信技术的重要组成部分。
光纤由石英玻璃或塑料等材料制成，具有高抗拉强度和抗腐蚀性。
制造光纤的过程主要包括拉制、拉伸和涂覆等步骤，其中拉制是将纤芯和光纤包层的材料加热并拉伸成细丝的过程，拉伸则是将细丝拉长并形成光纤的过程，涂覆是在光纤表面覆盖保护层以提高光纤的强度和耐用性。
光纤通信技术在各个领域都有广泛的应用。
在长距离通信方面，光纤通信已经取代了传统的铜缆通信，成为主要的通信手段。
光纤通信具有传输速度快、带宽大、抗干扰性强等优势，可以实现高清视频、高清音频等大容量数据的传输。
此外，光纤通信还广泛应用于计算机网络、有线电视、移动通信等领域，为人们的生活带来了便利。
光纤通信技术在未来的发展中有着广阔的前景。
随着信息化时代的到来，对通信速度和带宽的需求将越来越大，而光纤通信技术的高速传输能力正好满足了这一需求。
未来的发展趋势可能包括光纤通信技术的更高速度、更大容量的传输能力，以及更加灵活和智能的网络架构。
同时，光纤通信技术也将与其他技术相结合，如5G通信、物联网等，共同推动信息社会的发展。
总结而言，光纤通信技术是一种利用光纤作为传输介质的高速通信方式。
通过光纤的全内反射特性，光纤通信实现了信号的传输。
光纤通信具有传输速度快、带宽大、抗干扰性强等优势，被广泛应用于各个领域。
第二章 光纤与光缆
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波动方程的求解
运用分离变量法求解波动方程经过一系列数学处 理，可得
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1 r
dEz dr
(n2k2 0
2
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0
d 2Hz dr 2
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0
上式是贝塞尔方程，式中m是贝塞尔函数的阶数，称为方 位角模数，它表示纤芯沿方位角 绕一圈场变化的周期数。
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光缆结构示意图
层绞式
中心束管式
带状式
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2.2 光纤传输原理
2.2.1 射线光学分析方法 2.2.2 波动光学分析方法
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★光的传输理论
光纤的三个基本性能指标
（1）定义临界角θc的正弦为数值孔径 (Numerical
Aperture, NA)
物理意义：数值孔径反映了光纤的集光能力，值越 大，集光能力越强。
2.1.3 光纤制造工艺
改进的化学汽相沉积法(MCVD) 轴向汽相沉积法(VAD) 棒外化学汽相沉积法(OVD) 等离子体激活化学汽相沉积法(PCVD)
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光纤接续方法
□ 永久接续法 □ 连接器接续法
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2.1.4 光缆及其结构
光缆是以光纤为主要通信元件，通过加强件 和外护层组合成的整体。光缆是依靠其中的光纤 来完成传送信息的任务，因此光缆的结构设计必 须要保证其中的光纤具有稳定的传输特性。
单模光纤 多模光纤
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单模光纤---色散最小
r n2 n1
2a =8.3m 2 b =125m
n(r) 2a
光纤生产工艺流程介绍
光通信简介
电信（telecommunicaton）
• 借助某种设备在相隔一定距离的条件下进 行信息交换
信息 （语音、视频、数据）
发送器
链路
传输介质
接收器
信息 （语音、视频、数据）
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光纤基本知识
• 光纤的基本介绍
光纤——就是将信息以光的形式传输的一种 传输介质
光纤的材料：二氧化硅石英玻璃材料
（Dmax-Dmin）
• 不圆度=
D
×100%
平均直径D =
（Dmax+Dmin） 2
芯包同心度误差：纤芯和包层的几何中心的最大距离
模场直径MFD：单模光纤的模式是由光纤横截面上模场的分布决 定的，当光强度下降到它的峰值的1/e2横截面积尺寸。该参数依赖 于工作波长。
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光纤产品标准
• 光纤几何参数：
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光纤产品标准
• 光纤传输特性参数
1、衰减：0.344dB/km(1310nm) 0.204dB/km(1550nm)
2、截止波长：1180~1360nm 3、模场直径：9.2±0.4μm/1310nm
10.4±0.5μm/1550nm 4、零色散波长：1302~1322nm 5、色散斜率：0.09ps/(nm2•km) 6、色散系数：18ps/(nm•km)
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光物理学
光现象
从波的观点——电磁波 从几何光学的观点—— 光线或光束 从量子学的观点—— 光子流
1、电磁波
T E(V/m)
a
b
E(V/m)
λ
a b
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光物理学
• 波长：一个波的两个连续周期中两个相 同点（具有相同相位点）间的距离
周期：一个波中两个（具有相同相位点） 顺次通过同一空间位置所需要的时间
fiber optical,光纤技术简介
10G光网络以激光优化50 微米多模光纤（OM3）作为首选的传输介质，在数据中心和局域网中得以应用。
OM3光网络优化了光纤通信路由与空间利用率，简化了安装施工与系统测试，在降低能耗和制冷方面表现不俗，并且支持系统设备与配线面板的高密度部署。
事实上，2芯光纤串行传输已经成为以太网和光纤通道达到10G速率的传输方式。
而 OM3并行光学技术已成为支持未来在100米到300米短距离传输中达到32G到100G以及更高速率的传输方式。
OM3光纤2002年3月份颁布了激光优化50微米多模光纤标准：TIA/EIA-492AAAC。
该光纤经850nm波长激光优化，包括最小2000MHz-km有效模式带宽。
采用850nm VCSEL（垂直腔表面发射激光器）传输系统，相对1300nm波长系统具有更为可观的经济价值。
OM3光纤最初在ISO/IEC-11801标准的第二版中命名，目前被TIA标准采用，可参阅TIA-568 Rev C。
除OM3光纤之外，OM1和OM2光纤被分别命名为标准的62.5微米和50微米多模光纤。
详见表一。
10G光学连接相比10GBASE-T六类和超六类铜缆连接的网络，以850nm的OM3光纤连接的10GBASE-SR网络可为数据中心提供更为可观的价值。
能够支持更远的传输距离OM3 光纤的有效模式带宽为2000MHz-km，可以支持10G速率传输300米，而10GBASE-T的超六类铜缆限定在100米以内。
按照行业专家的说法，OM3光纤可支持向诸如16G和32G光纤通道和100G以太网乃至更高速率的平滑演进，而六类和超六类铜缆无法超越10G速率。
能够支持更高密度的设备接口SFP+ 850nm光收发器可轻而易举支持交换机网卡高达48端口。
对UTP/STP铜缆而言，传输距离可达到100米的网口密度最大为8个端口。
当距离小于30 米，可建议16个端口。
铜缆系统中不断提高的工作频率和模拟数字信号的精确处理需要额外的电源来支持，过高的能耗决定了传统的铜缆端口密度不可能大。
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光纤及其制造技术的最新进展哈尔滨理工大学材料科学与工程学院 张显友陈伟周宏[摘 要]介绍了国内外新型光纤材料新型结构的光纤以及光纤预制棒的制造工艺的最新进展[关键词]光纤新材料新结构预制棒1前言光纤通信技术的飞速发展加快了光速经济的到来为了适应通信技术和Internet 的高速发展对超高妈速超宽带宽超大容量的通信系统的要求除了需要研制出更好的光纤无源器件和有源器件外还需要开发出超低损耗长波长工作窗口的新型光纤材料以及更合理的新型光纤结构和精良的制造工艺2光纤新材料以SiO2材料为主的光纤工作在0.8m-1.6m的近红外波段目前所能达到的最低理论损耗在1550nm波长处为0.16dB km已接近石英光纤理论上的最低损耗极限如果再将工作波长加大由于受到红外线吸收的影响衰减常数反而增大因此许多科学工作者一直在寻找超长波长2m以上窗口的光纤材料这种材料主要有两种即非石英的玻璃材料和结晶材料晶体光纤材料主要有AgC1AgBr KBr CsBr以及KRS-5等目前AgC1单晶光纤的最低损耗在10.6m波长处为0.1dB km因此需要寻求新型基体材料的光纤以满足超宽带宽超低损耗高码速通信的需要氟化物玻璃光纤是当前研究最多的超低损耗远红外光纤它是以ZrF4-BaF2HfF4-BaF2两系统为基体材料的多组分玻璃光纤其最低损耗在2.5m附近为110的负三次方dB km无中继距离可达到110的5次方km以上1989年日本NTT公司研制成功的2.5m氟化物玻璃光纤损耗只有0.01dB km目前ZrF4玻璃光纤在2.3m处的损耗达到外0.7dB km这离氟化物玻璃光纤的理论最低损耗110的负三次方dB km相距很远仍然有相当大的潜力可挖能否在该领域研制出更好的光纤对于开辟超长波长的通信窗口具有深远的意义硫化物玻璃光纤具有较宽的红外透明区域 1.2-12m有利于多信道的复用而且硫化物玻璃光纤具有较宽的光学间隙自由电子跃迁造成的能量吸收较少而且温度对损耗的影响较小其损耗水平在6m波长处为0.2dB km是非常有前途的光纤而且硫化物玻璃光纤具有很大的非线性系数用它制作的非线性器件可以有效地提高光开关的速率开关速率可以达到数百Gb s以上重金属氧化物玻璃光纤具有优良的化学稳定性和机械物理性能但红外性质不如卤化物玻璃好区域可透性差散射也大但若把卤化物玻璃与重金属氧化物玻璃的优点结合起来制造成性能优良的卤-重金属氧化物玻璃光纤具有重要的意义日本Furukawa电子公司用V AD工艺制得的GeO2-Sb2O3系统光纤损耗在2.05m波长处达到了13dB km如果经过进一步脱OH-的工艺处理可以达到0.1dB km聚合物光纤自19世纪60年代美国杜邦公司首次发明以来取得了很大的发展1968年杜邦公司研制的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA阶跃型塑料光纤SI POF其损耗为1000dBkm 1983年NTT公司的全氘化PMMA塑料光纤在650nm波长处的损耗降低到20dB km由于C-F键谐波吸收在可见光区域基本不存在即使延伸到1500nm波长的范围内其强度也小于1dB km全氟化渐变型PMMA光纤损耗的理论极限在1300nm处为0.25dB km在1500nm处为0.1dB km有很大的潜力可挖近年来Y.KOIKE等以MMA单体与TFPMA四氟丙基丙烯酸甲酯为主要原材料采用离心技术制成了渐变折射率聚合物预制棒然后拉制成GI POF渐变折射率聚合物光纤具有极宽的带宽1GHz km衰减在688nm波长处为56dB km适合短距离通信国内有人以MMA及BB溴苯BP联苯为主要原材料采用IGP技术成功地制备了渐变型塑料光纤日本NTT公司最近开发出氟化聚酰亚胺材料FULPI在近红外光内有较高的透射性同时还具有折射率可调耐热及耐湿的优点解决了聚酰亚胺透光性差的问题现已经用于光的传输聚碳酸酯聚苯乙烯的研究也在不断的进行中相信在不久的未来更好性能的聚合物光纤材料得到开发和利用特殊的环境对光纤有特殊的要求石英光纤的纤芯和包层材料具有很好的耐热性耐热温度达到400-500所以光纤的使用温度取决于光纤的涂覆材料目前梯型硅氧烷聚合物LSP涂层的热固化温度达400以上在600的光传输性能和机械性能仍然很好采用冷的有机体在热的光纤表面进行非均匀成核热化学反应HNTD然后在光纤表面进行裂解生成碳黑即碳涂覆光纤碳涂覆光纤的表面致密性好具有极低的扩散系数而且可以消除光纤表面的微裂纹解决了光纤的疲劳问题3新型结构的光纤光纤的结构决定了光纤的传输性能合理的折射率分布可以减少光的衰减和色散的产生为了改善光纤的波导性能特别是既想获得低损耗又想具有低色散以适应长距离大容量通信的要求可以对光纤的结构进行设计控制折射率的分布如采用三角形折射率分布的结构区配包层凹陷包层四包层结构加大波导色散从而使零色散波长产生位移设计出了DSF色散位移光纤即G.653光纤它把零色散波长搬到1550nm的最低损耗窗口使光纤的损耗特性与色散特性得到了优化组合提高了光纤通信系统的传输性能G.653光纤在1550nm处的色散为零给WDM波分复用系统带来了严重的FWM四波混频效应为了克服DSF的不足人们对DSF进行了改进通过设计折射率的剖面对零色散点进行位移使其在1530-1565nm范围内色散的绝对值在1.0-6.0ps nm km维持一个足够的色散值以抑制FWM SPM自相位调制及XPM交叉相位调制等非线性效应同时色散值也足够小以保证单通道传输速率为10Gb s传输距离大于250km 时无需进行色散补偿这种光纤即为NZDSF非零色散位移光纤ITU-T称之为G.655光纤第一代G.655光纤主要为C波段1530-1565nm通信窗口设计的主要有美国Lucent 公司的True Wave和Corning公司的SMF-LS光纤它们的色散斜率较大随着宽带宽光放大器BOFA的发展WDM系统已经扩展到L波段1565-1620nm在这种情况下如果色散斜率仍然维持原来的数值0.07-0.10ps nm2km长距离传输时短波长和长波长之间的色散差异将随着距离的增加而增大势必造成L波段高瑞过大的色散影响了10Gb s及以上高码速信号的传输距离或者采用高代价的色散补偿措施而低波段端的色散又太小多波长传输时不足以抑制FWM SPM XPM等非线性效应因此研制和开发出低色散斜率的光纤具有重要的实际价值第二代G.655光纤适应了上述要求具有较低的色散斜率较好地满足了DWDM密集波分复用的要求第二代G.655光纤主要有美国Lucent公司的True Wave-RS光纤和True Wave-XL光纤其色散斜率降低到0.05ps nm2km以下Corning公司的LEAF 大有效面积光纤Pirelli公司新近推出的FreeLight光纤把工作窗口扩展到1625nm处最近美国Lucent公司新研制出了LazrSpeed多模光纤第二代G.655光纤成功地克服了光纤非线性所带来的传输损伤大大地提高了光纤通信系统的传输性能随着光纤通信系统的迅速发展又出现了DFF色散平坦光纤它采用特殊的双包层或多包层结构形成狭而深的折射率陷讲加强波导色散从而在1300nm和1550nm处获得零色散使光纤在1300-1600nm的波长范围内总色散近于平坦使光纤的带宽得到扩展有利于DWDM及相干光通信的发展DWDM系统希望能够在尽可能宽的可用波段上进行波分复用将各种不同速率和性质的业务分配给不同的波长在光路上进行选路与分插而可用波段内的1385nm附近羟基OH-吸收峰的存在造成了光功率的严重损失限制了1350-1450nm波段的使用为此各个公司都致力于消除OH-吸收峰开发出无水峰光纤从而实现1350-1450nm第五窗口的实际应用美国Lucent公司开发出的All Wave光纤克服了OH-的谐波吸收从而实现了1280-1625nm范围内完整波段的利用这一有效工作波长范围的增大有利于通过增大波长通道之间的间距来降低对OPD光无源器件OAD光有源器件的要求大大降低了通信系统的成本同时可以通过加大波分复用的密度实现光纤通信系统的超大容量传输强度调制一直接检测的通信系统可以实现高码速大容量传输而且具有调制容易的优点但实质上是一种噪声通信系统而相干光通信-外差式的通信系统具有长中继高传输速率优点它采用光的相位偏振来传递信息为了适应相干通信系统的要求已经研制出了熊猫型蝴蝶结型和扁平型的高双折射保偏光纤以及具有边坑型的单模单偏振保偏光纤为未来全光通信奠定了基础4光纤预制棒的制备技术低损耗的单模和多模石英光纤大多采用预制棒拉丝工艺光纤预制律工艺是光纤光缆制造中最重要的环节目前用于制备光纤预制棒的方法主要采用以下四种方法改进化学汽相沉积法MCVD外部汽相沉积法OVD汽相轴向沉积法V AD和等离子体化学汽相沉积法PCVD1969年Jone和Hao采用SiCl4气相氧化法制成的光纤的损耗低至10dB km而且掺杂剂都是采用纯的TiO2GeO2B2O3及P2O5这是MCVD法的原型后来发展成为现在的MCVD所采用的SiCl4GeCl4等液态的原材料原料在高温下发生氧化反应生成SiO2 B2O3GeO2P2O5微粉沉积在石英反应管的内壁上在沉积过程中需要精密地控制掺杂剂的流量从而获得所设计的折射率分布采用MCVD法制备的B Ge共掺杂光纤作为光纤的内包层能够抑制包层中的模式耦合大大降低光纤的传输损耗MCVD法是目前制备高质量石英光纤比较稳定可靠的方法该法制备的单模光纤损耗可达到0.2-0.3dB km 而且具有很好的重复性OVD法又为管外汽相氧化法或粉尘法其原料在氢氧焰中水解生成SiO2微粉然后经喷灯喷出沉积在由石英石墨或氧化铝材料制成的母棒外表面经过多次沉积去掉母棒再将中空的预制律在高温下脱水烧结成透明的实心玻璃棒即为光纤预制棒该法的优点是沉积速度快适合批量生产该法要求环境清洁严格脱水可以制得0.16dB km 1.55m的单模光纤几乎接近石英光纤在1.55m窗口的理论极限损耗0.15dB kmV AD法是由日本开发出来的其工作原理与OVD相同不同之处在于它不是在母棒的外表面沉积而是在其端部轴向沉积V AD的重要特点是可以连续生产适合制造大型预制棒从而可以拉制较长的连续光纤而且该法制备的多模光纤不会形成中心部位折射率凹陷或空眼因此其光纤制品的带宽比MCVD法高一些其单模光纤损耗目前达到0.22-0.4dB km目前日本仍然掌握着V AD的最先进的核心技术所制得的光纤预制棒OH-含量非常低在1385nm附近的损耗小于0.46dB kmPCVD法是由菲利普研究实验室提出的于1978年应用于批量生产它与MCVD的工作原理基本相同只是不用氢氧焰进行管外加热而是改用微波腔体产生的等离子体加热PCVD工艺的沉积温度低于MCVD工艺的沉积温度因此反应管不易变形由于气体电离不受反应管热容量的限制所以微波加热腔体可以沿着反应管轴向作快速往复移动目前的移动速度在8m min这允许在管内沉积数千个薄层从而使每层的沉积厚度减小因此折射率分布的控制更为精确可以获得更宽的带宽而且PCVD的沉积效率高沉积速度快有利于消除SiO2层沉积过程中的微观不均匀性从而大大降低光纤中散射造成的本征损耗适合制备复杂折射率剖面的光纤可以批量生产有利于降低成本目前荷兰的等离子光纤公司占据世界领先水平此外在光纤制造过程中应采取措施从几何尺寸和光学上严格控制非圆度优化折射率差并采用三包层结构从而减少偏振模色散PMD另外Shigeki Sakaguchi等研究了光纤中的瑞利散射损耗与Tf的关系实验证实对光纤进行热处理可以降低微观不均匀性减少瑞利散射损耗聚合物光纤的制备方法之一就是预制棒拉纤法制备聚合物光纤预制棒的方法通常有光共聚法两步共聚法和界面凝胶法其中界面凝胶法制备预制棒的技术最为成熟利用不同折射率的单体的扩散速度不同反就时的不同单体的竞聚率不同以及自动加速凝胶效应使其折射率形成梯度这样制造出的渐变折射率型的光纤预制棒具有折射率分布可控而且分布均匀的优点是目前研究的热点5结语研制新型光纤使其能够在很长的波段范围内具有低的损耗特性低的色散及低的色散斜率降低光信号的衰减减少非线性效应引起的干扰对于提高光纤通信系统的传输速率和传输容量具有相当大的作用。