光纤：它是如何工作的？它有什么用途？还有更多

由于存在不同的传输线路，远程通信或通信成为可能。其中，最可靠的一种是光纤。通过这篇文章学习， 光纤的工作原理 这使您可以在家中和办公室使用互联网和许多其他好处。

光纤

光纤是一种柔性细丝，通常由硅制成，但也有由塑料制成的光纤。它是一种非常精致的材料，直径几乎像发丝一样。它是透明的，能够传输光而不会使一种颜色的频率扭曲其他颜色。

光纤成为同轴电缆的潜在替代品。与铜缆一样，光纤用于在其两端之间传输数据，使用光作为传输手段。

今天，光纤是最广泛使用的通信机制之一。这是因为信息可以长距离传输而无需许多放大器，或者可能不需要放大器，因此信号不会丢失。它还具有比铜缆更高的带宽或数据速度。

使用光纤代替铜缆的其他原因之一是每公里传输的信号衰减较小。它的另一个好处是光纤不受电磁干扰的影响，因此实际上不可能违反安全性。

同样，找到用于照明的光纤也很常见。这是因为目前通过光纤可以提供所有形式的人造光中强度最高的光。

光纤的结构由纤芯组成，纤芯是信息通过的光纤本身。芯部覆盖有涂层，其特征在于具有比芯部低的反射指数。这样做是为了防止在原子核中传播的光束离开原子核而丢失信息，也就是说，这是一种利用反射现象将信息限制在原子核中的方法。

随后，衬里被一层地幔包围着，而这层地幔是凯夫拉尔。最后，头罩通常是黄色或橙色，用于识别纤维类型。两者都用于为纤维提供保护和机械刚度，否则纤维会变得非常脆，甚至比现在更脆。

在光纤内，可以发送不止一束光，因为有不同的路径或可能的方法来做到这一点。这种光纤被称为多模光纤，它的名字来源于它有多种模式可以同时发送光束。相反，单模光纤使用单个线性路径来传输光束。从物理上讲，它们通常通过引擎盖的颜色来区分，多模通常为橙色，单模通常为黄色。

在拼接光纤时，重要的是要记住它在纤芯之间的对齐必须非常精确，否则会由于错误耦合而导致损耗。这意味着光纤之间的接头比传统铜缆中使用的接头更复杂。

光纤历史

在光纤中，有两个基本要素展示了实现我们今天所知的通过光传输数据的技术的进步。这些元素是光纤和在其中传播的光。在这一部分，我们将回顾光纤的历史以及它是如何随着时间演变的。

在古希腊，镜子反射的阳光被用来发送信息，或阻挡敌人的视线。 1792 年，克劳德·查普 (Claude Chappe) 应用了相同的系统，使用分布在 200 公里以上的塔和镜子来应用光电报。他设法在 16 分钟的时间内以创纪录的时间传输了一条消息。

1910 年，Demetrius Hondros 和 Peter Debye 率先在玻璃制成的电缆内实现了光捕获。奇怪的是，这个实验花了这么长时间，因为到 1820 年，建立这种现象的方程已经存在。

这个原理被称为折射限制光。请记住，折射是一种现象，当光束从一条传输线改变到另一条传输线时，它会改变方向，因为它们具有不同的密度，因此具有不同的折射率。

在 1840 年代，Jean-Daniel Collado 和 Jacques Babinet 能够证明这一原理。同样，在 1870 年，约翰廷德尔观察到光可以在水中传播，而光在这种介质中会发生折射。这些第一步使研究得以进行，以证实晶体作为长距离传输光的卓越材料的潜力。起初它的应用是用于喷泉的照明。

后来，苏格兰工程师约翰·罗吉（John Logie）为彩色电视机电系统申请了专利，该系统使用玻璃制成的棒来传输光。该系统并不是很成功，因为它所应用的材料和技术会产生衰减，因此光不可能传播很远的距离。此外，他们的系统没有光耦合器。

1952 年，由于约翰·廷德尔 (John Tyndall) 之前进行的研究，物理学家纳林德·辛格·卡帕尼 (Narinder Singh Kapany) 发明了光纤。需要指出的是，光纤的研究是在1950年代深入的。事实上，1957 年 Basil Hirschovitz 制造了一种使用光纤的半柔性内窥镜。他设法发送图像，这种内窥镜是一种更舒适的手术工具。

密歇根大学建议，在其版本的半柔性内窥镜中，使用折射率低于核心的材料，而不是像以前使用的那样使用油或蜡。此外，还制造了更细的光纤束，与头发的厚度一样多。但是，在使用这种光纤传输 9 米后，光线会衰减或丢失。 Charles K. Kao 在他的博士论文中提出，光纤应该具有的最大理论衰减为 20 分贝才能使其应用可行

Charles K. Kao 和 George Hockham 再次表示，制造具有更高透明度百分比的纤维是可能的。同样，他们提议使用光纤传输电话消息，而不是使用铜缆和电缆。

有必要改进光纤，目前光纤的衰减为 100 dB / km，带宽小，机械脆弱性大。为实现这一目标，必须进行持续深入的研究和调查，从而可以确定造成这种程度的光损失的原因是硅或玻璃中存在的固有杂质。

正是由于这一发现，才开始制造衰减降低高达 20 dB/km 并具有更大带宽的光纤。此外，纤芯的厚度为 100 µm，并覆盖有 Naylon 线以尊重折射率基础，但也可以提供更大的机械刚度，从而无法用手折断光纤。

Kao 和 Hockman 的工作为 Robert Maurer、Donald Keck、Peter Schultz 和 Frank Zimar 进行的研究奠定了基础，他们提出并制造了第一根含钛杂质的光纤。这些杂质被有意地掺入硅中以增加纤维中的折射。这种光纤允许光在光纤中传播，衰减仅为 17 dB/km。在 1970 年的同一个十年中，可以制造损耗仅为 0.5 dB/km 的光纤。

借助光传输数据的技术的另一项重要进步要归功于物理学家 Morton B. Panish 和 Izuo Hayashi，他们开发了一种可以在不升高温度的情况下连续工作的半导体激光器。 John MacChesney 和其他合作者共同开发了纤维制备方法。

22 年 1977 月 6 日，北美公司 General Telephone and Electronics 首次使用传输线进行电话传输，传输速度达到 XNUMX Mbit/s。

到 1980 年，光纤具有如此高的透明度，以至于它们可以在完全丢失之前通过光纤发送长达 XNUMX 公里的信号。当研究人员意识到没有任何金属的纯硅只能使用使用蒸汽的工具和组件制造时，这些纤维就出现了。这防止了在制造过程中产生固有污染物。

AT&T 于 1980 年向联邦通信委员会提交了其相距约 XNUMX 英里的光纤系统项目。该系统将贯穿并连接波士顿和华盛顿特区的城市。该项目经过四年的介绍后，该系统才开始运行。这条电缆的直径为 XNUMX 英寸，能够为同时进行的电话交谈提供多达八万个语音通道。

第一条跨洋安装的光纤于 1988 年投入使用，其纤芯的透明度非常完美，只需每四十英里放置一个光放大器即可。随后，建立了更多这种类型的联系，并在城市和大陆之间进行了更广泛的旅行。

所有这些进步使光纤能够继续提高其透明度，并且可以应用于市场中的通信，而不仅仅是在实验水平上。事实上，22 年 1977 月 6 日，General Telephone and Electronics 成功地以 XNUMX Mbits/s 的速度进行了第一次成功的电话传输，使用光纤作为传输线。

制作过程

贝尔实验室开发了制造光纤的独立方法。从那里，有四种制造光纤的工艺

MCVD（改性化学气相沉积）

该方法最初由康宁玻璃公司开发，并由贝尔实验室改编用于工业应用。它们由纯石英管组成，其中二氧化硅与其他元素混合以掺杂制剂。然后将该管放置在旋转车床上。

随后，使用氢气和氧气燃烧器将其加热至高达 1600 摄氏度的温度。这是通过旋转车床同时石英管在其整个长度上加热来完成的。此时，在管的一端添加添加剂，这些添加剂将有助于提高纤芯中的折射率。

由于燃烧器的连续作用，随后的层也被合并。该技术允许合成核。然后，将燃烧器加热到 1800 摄氏度，这是使石英软化从而获得预制件的温度。

预制棒是指用于制造光纤的玻璃棒或管。也就是经过这种方法得到的实心管。通常它的尺寸是长1米多一点，直径1厘米多一点。

VAD（气相轴向沉积）

该技术基于 Nippon Telephone and Telegraph 开发的技术。它在日本那些从事光纤制造的公司中被广泛使用。它使用与MCVD方法相同的基本材料，但不同之处在于后者仅放置了核心。现在，衬里也额外放置

这就是为什么这种方法在掺杂时更加微妙的原因，因为二氧化锗必须以比涂层更大的比例掺入芯中。对于这种制造，软件用作建立参数的基本助手。

使用辅助玻璃棒或管，预成型过程开始。该辅助管用作其支撑。它首先从圆柱体的末端以有序的方式结合不同的材料，获得多孔预制件，随着它的生长，它会从辅助玻璃管上分离出来。

随后，进行坍塌过程，其中包括将温度升高至 1700 摄氏度以实现石英的软化。这样做是为了从内部中空的多孔预制件变成实心、透明的圆柱体。

如果我们将这种方法与前一种方法进行比较，VAD 方法的优点是可以获得更大长度和更大直径的预制件，并且还减少了能量输入。然而，它的缺点是它需要更复杂的制造设备。

OVD（外部气相沉积）

这种方法是由康宁玻璃公司开发的。在这种情况下，您的原材料从陶瓷基材圆筒和燃烧器开始。将蒸气状氯化物放在燃烧器火上，火加热棒。此时，进行预制件的合成。该过程包括使用气态氯干燥棒，然后以与先前方法相同的方式进行收缩过程。这就是核心及其包层的合成方式，从而获得预制棒。

这种方法的一些优点是，由于干燥过程的优化，可以制造具有极低衰减和良好质量的光纤。这种优化允许在没有重要环形结构的情况下获得平滑的轮廓。

PCVD（等离子化学气相沉积）

这种方法是由荷兰的飞利浦公司开发的。同样，它的特点是其光滑的轮廓和没有可识别的环形结构。这个基础的原理是基于氯化硅和氯化锗的氧化。通过生锈这些氯化物，实现等离子体状态，然后是内部的掺杂过程。

瓶坯拉伸阶段

无论使用何种类型的方法，在所有这些方法中进行预成型拉伸过程是常见的。为了实现预制件的拉伸，必须有一个开放式管式炉。瓶坯被放置在这个烤箱内并承受高达 2000 摄氏度的温度，这是为了软化瓶坯并能够对其进行操作。

在这个过程中，实现了光纤的直径，最重要的是保持恒定的张力，使光纤在整个长度上的直径不会发生变化。确保芯的直径没有这种变化的方法是保持均匀的恒定张力。此外，必须保证烤箱中没有对流。

同样，非常重要的是，当预制棒再次软化时，避免可能污染或产生微裂纹的物质进入，这会导致其衰减损失甚至光纤断裂。

在这个过程中，合成材料也被添加到图形中，通常它是一种粘性聚合物。这种聚合物的重要性在于它允许光纤以更高的速度拉伸。这会在纤维周围形成均匀、无杂质的层。最后，通过使用紫外线辐射的热处理或化学反应，这种保护被干燥和硬化。

光纤应用

光纤具有令人印象深刻的多功能性，因此可应用于数字通信、珠宝、传感器、照明、装饰等。以下是光纤和其他一些最常见的应用。

光纤通讯

光纤的最大规模使用是用于电信。由于其灵活性，可以将多根电线组合在一起形成光缆。通常，用于此的纤维由塑料或玻璃制成，有时甚至由两种材料制成。

光纤传感器

光纤传感器可分为内在传感器和外在传感器。固有传感器将图形本身称为传感器。另一方面，在外在传感器中，光纤是将传感器发出的信号传输到处理所述信号的系统的装置。

由于光纤中没有电流循环，因此与电传感器相比，它们具有优势。即使是纤维纱线本身也是一种出色的传感器，可以测量变形、温度、大气压力、湿度、电场、磁场、气体、振动等。

光纤的另一个应用是水上麦克风的应用，用于检测地震或声纳产生的波浪应用。为此，一千多个由光纤制成的传感器已被用于创建水声系统。这种类型的系统主要由石油工业和国防组织以及一些国家使用。同样，来自德国的 Sennheiser 公司创造了一种使用激光和光纤操作的麦克风。

同样，测量温度和大气压力的光纤传感器也用于油井。与用半导体制成的传感器相比，这些类型的传感器能够承受更极端的条件。

在航空领域，有一个由光纤制成的陀螺仪，以及氢微型传感器。

这些由光纤制成的光子传感器通常包含四个基本部分，它们是：

传感器：是换能器
询问器：发射和接收来自光纤的信号。
光缆：就是光纤
光耦合器、多路复用器、放大器或开关：帮助光电系统在不丢失信号的情况下进行耦合的元件，能够处理来自不同来源的不同信号。

该系统的操作或功能始于生成由询问器创建的光信号，这是为了从接收器请求信息。该信息通过传感器的光纤传输。当它继续测量环境条件，如气体、大气压力、温度和其他因素时，光的强度会发生变化，或者它的波长会受到影响，因此会发生变化。

这种在波长或光强方面的变化通过光纤再次返回到询问器。然后，估计这些变化的变化百分比。通过应用不同的算法和工具，例如光电耦合器，可以将光信号转换为电子信号，从而使末端的电气系统可以解释信息，例如控制或显示系统的实时数据。

同样，根据数据流量（例如通过互联网的流量），可能存在光复用器、光开关、光放大器或以相同方式不同的光耦合器。

类似地，光纤传感器系统可分为点式或分布式。

光学点传感器系统

这种类型的系统在传感器网络中使用分布式传感器定义的位置，允许单独监控参数。因此，点系统允许同时测量更多参数。与分布式系统不同，点系统监控可以跨越 250 公里。

分布式光学传感器系统

在这种情况下，询问器接收到的光学参数变化的测量和检测来自沿整个光纤获得的数据。这具有优势，因为它是用作系统转换器的光纤束区。分布式光学系统可以跨越长达 120 公里的范围。

灯光

光纤的第一个应用正是空间照明。即使在今天，这种应用仍然存在于光纤中。这是因为光纤可以照亮区域而不会产生热量和短路风险，因为光纤是为传输光束而设计的。

甚至可以通过修改频率来改变照明的颜色。例如，如果在灯中使用照明，这非常有用，因为无需更换灯即可更改颜色。

同样，由于可以使用单个光源在多个位置放置不同的光纤，因此可以扩大照明区域。

光纤的更多用途

它用作医疗或工业设备发出的光束的波导，这些设备需要照亮视线不直接或不易接近的区域。

我们可以以医学中使用的半柔性内窥镜为例，它结合使用光纤和透镜，无需高侵入性手术即可观察器官内部。对于工业，检查涡轮机等设备。

事实上，光纤目前被用作装饰元素，就像圣诞树的树枝上有光纤可以照亮圣诞树一样，并且还可以改变它们的颜色。

光纤应用的另一个例子是在某些建筑物中的应用，它从屋顶捕获自然光，并且由于光纤，这些光可以传播到建筑物的内部空间。

最后，今天混凝土和光纤之间的混合物产生了半透明的混凝土。这种材料是由建筑师 Ron Losonczi 创造的，这种混凝土令人惊奇的地方在于它仍然可以具有混凝土的强度，此外还有光纤传输光的质量。

光纤特性

光纤是一种介质传输线，在光波段的电磁频谱内工作。在这个光学波段是我们可以找到颜色的地方，但也有近红外波段和红外波段。在光纤中，通常使用这些频率的一部分。

每根光纤束的中心都有一个由塑料或玻璃制成的纤芯，即硅和氧化锗。该纤芯具有高折射率，并被折射率较低的涂层覆盖。这允许光仅穿过核心而不会逃逸到外部。该涂层通常由聚合物或塑料制成。

纤芯与其包层之间必须存在的折射率之间的这种差异是由于光的折射原理造成的。该原理指出，当具有特定折射率的表面与另一个具有较低折射率的表面相邻时，光被反射，并且这些折射率之间的差异越大，入射角越大，因此会发生全内反射.

在光纤中，光在原子核内部发生反弹或反射，这些反射角非常宽，因此实际上可以假设光通过其中心沿直线传播，使其可以传播到很远的距离而不需要衰退。

光纤性能

光学几何定律是建立光纤工作原理和基本原理的定律。光纤主要受折射定律调节，是遵循全内反射原理。

光束由光纤的纤芯传输，我已经给出了该光束不能通过包层但实际上在其上反射并继续通过纤芯传播的折射率差异。

接下来，我们将介绍光纤技术的优缺点。

优点

它具有非常大的带宽，允许非常快的传输速度
它是一种极简主义的技术，也就是说，它占用的空间很小。
它很轻，因为它每公里仅重几克。不像电缆，它的重量甚至是光纤的 9 倍。
它完全不受电磁污染的影响。因此它的传输质量优于传统线路，因为它不受外部短路或雷电等干扰。
正是因为它不受干扰，光纤保证了高度的信息安全。这是因为进入光纤传输系统的唯一方法是削弱甚至中断它，使其易于检测。
它不会对其他系统产生干扰。
它不受寄生信号的影响，因此在地铁等系统中容易干扰通信的系统中，光纤成为卓越的替代方案。
与传统电缆相比，它的衰减非常小，因此可以长距离传输而无需使用放大器等有源元件来保持信号。
根据制造外壳和罩的材料，光纤可以具有良好的机械阻力。
它耐腐蚀。
它有一个称为光学反射计的系统，可让您轻松检测沿途的薄弱点或光纤切断点。

缺点

由于我们介绍了光纤的所有优点，因此我们将继续介绍该技术与其他传输线相比的缺点。

高纤维脆性。
它需要更昂贵的传输和接收设备。
用光纤制成的接头做起来更复杂，尤其是在现场，因此维修更困难。
由于它不能传输电力，因此不能直接与通常是电子的终端系统兼容。
它不能传输非常高的功率。
它不能以光学方式存储信息。
它受高温或低温的影响，所以夹套和涂层必须是耐高温的材料。
振动会影响数据传输的正确性。

光纤类型

在光纤的纤芯内，光束可以遵循不同的路径。这些路径中的每一个都称为传播模式。光纤可分为多模或单模光纤。

多模光纤

多模光纤是指光可以通过不止一种路径或模式传播的光纤。单股多模光纤可具有多达 1000 种光束传播模式。这意味着光束不会同时到达。这种类型的光纤通常用于短距离，大约小于 2 公里的距离。

多模光纤纤芯的折射率略高于包层的折射率。此外，多模光纤的纤芯厚度大于单模光纤的纤芯厚度，这使得它更容易连接，因为它不需要如此精确的精度。

多模光纤又可以根据其纤芯的折射率类型分为两种形式，它们是：

交错索引：在这种情况下，折射率在整个原子核的长度上是恒定的，因此具有高模态色散

渐进指数：在这种情况下，纤芯由不同的材料组成，因此在光纤的整个长度上折射率不是恒定的，因此具有较低的模式色散。

同样，ISO 11801 中建立的标准根据带宽和使用的光源指示多模光纤的分类，即它是激光多模还是 LED 灯多模。

OM1：光纤 62.5 / 125 µm，1 Gigabit (1 Gbit / s)，LED。
OM2：光纤 50 / 125 µm，1 Gigabit (1 Gbit / s)，LED。
OM3：光纤 50/125 µm，10 Gigabit (300 m)，激光。

单模光纤

正如我们之前所解释的，术语模式用于表示光束可以具有的路径数。在单模光纤中，光只能通过一种模式。这意味着芯的直径更小。同样，与从纤芯壁反弹的多模不同，光理论上穿过光纤的中心。这种类型的光纤主要用于长距离路由。

松散结构电缆

光纤也可以根据其设计进行分类，按照这种分类也有两种光纤。

这种类型的纤维可以在室外和室内使用，由多股纤维束组成，这些纤维束分为几组，这些纤维束被引入围绕中央增强材料的管子中，这些纤维束又被保护套覆盖。

术语松散结构来自这样一个事实，即光纤束在引导它们的管内松散。该管可以是中空的或内部具有疏水材料，因此它可以保护光纤免受湿气的影响。

此外，它必须是松散的，这样才能使光纤与施加在电缆上的外部机械力隔离。

中心支架通常是柔性的，并为电缆提供强度。它可以由金属或介电材料制成。

紧结构电缆

这种电缆主要用于建筑物内部，因为它比松散结构电缆更灵活并且允许更小的弯曲半径。

该电缆由多个光纤束的结合体组成，这些光纤束分别具有外壳和护套。这些线围绕着一个中心部分，而这整套又由一个外层保护。它的名字来源于所有的纤维线都非常紧密，提供了很好的物理支撑。

光纤组件

在光纤通信系统中，有一些组件是成功传输所必需的。这些组件包括光发射器、光检测器、光纤连接器或终端等。

光发射机

这些是负责将来自电子源的信息或数据转换为光学数据或光束的元素。为了实现这一点，发射器使用特定频率的电子在硅等材料中被激发，通常以能量的形式产生光束，称为光子。光子是光的基本量子粒子。发射器内部有一个调制器，完成将电子能转换为光能的功能。

光束发射器

在光发射器中，有两种发射光信号的发射器，它们是：

LEDs.

它是发光二极管，或Light Emitting Diode。这种类型的光发射器因其易用性和使用寿命而主要用于多模光纤。虽然需要注意的是，这种类型的光不能长距离传播，因此它用于短距离，因为它们可以完成功能并降低成本。

激光器

它是光的放大受激自发辐射。它发出高度相干的光，并使用半导体进行发光。激光可用于多模光纤和单模光纤，尽管它们通常仅用于单模光纤，因为它们的电路更复杂，因此也更昂贵。激光器的寿命虽然很长，但通常低于 LED 的平均寿命。

电光电流转换器

在光纤传输中，必须有一个检测光子存在的元件。通常，它是负责将光信号转换为电信号的光电二极管。这是通过将光的存在或不存在转换为具有高低或 XNUMX 和 XNUMX 的信号来实现的。

而且，它们还用于相反的过程，即将电信号转换为光信号。即使可以将光转换为电信号，并发出一定的功率，但不足以为终端设备供电。这些终端设备通常是电动的，因此几乎总是需要替代电源。

正如我们之前提到的，这些光电转换器通常由光电二极管或半导体组成。为了保证这些半导体的正确运行，必须存在某些条件，它们是：

当没有光时，反向电流不能很高，以便能够检测到非常微弱的光信号。
它必须具有大带宽，才能提供响应速度。
这些半导体产生的噪音水平应该是最小的。

反过来，有两种类型的探测器，PIN 光电二极管和 APD 雪崩光电二极管。

PIN 探测器

这种类型的探测器由三层组成的半导体组成，外层两层是P型一层和N型层，中间一层是本征半导体。这就是它的 PIN 名称的来源。这种固有材料在实践中通常被放置为材料 P 或材料 N 的延伸。

APD探测器

这些是雪崩半导体。这些光电二极管在施加反向电压时会产生电流增益。这些半导体雪崩探测器的操作包括使一个电子行进并遇到一个原子，以便它可以释放另一个电子。使用雪崩半导体的原因是因为需要发送的电子来处理足够的能量。

APD探测器可根据其制成材料分为三种类型：

硅探测器

这些类型的检测器具有高性能并产生低噪音水平。此类探测器的电源在200 V至300 V范围内

锗探测器

通常，它适用于 1000 到 1300 nm 范围内的波长，但性能稍低。

探测器其他材料

这些探测器由位于元素周期表 III 族和 V 族的材料或化学品组成。

光纤抛光的种类

抛光的类型取决于位于光纤末端的连接器，它们可以根据抛光类型进行分类。这种类型的抛光会根据其连接方式而有所不同。

普莱诺：这种抛光使纤维的末端光滑并垂直于其轴，即完全平坦。

PC（身体接触）：光纤以凸面方式终止，使两根光纤的芯相互接触。

SPC（超级PC）：和PSP类似，边缘有点酸，所以看起来像一个没有中心点的三角形图形，但它是平的。

UPC（超PC）： 等于 SPC 但边缘被进一步称为边缘，因此只有纤维的中心是平坦的。

增强的 UPC： 这是一个比前一个更轮廓的版本，因此接触必须具有极高的精度。

APC（斜角PC）： 这种类型的抛光包括制作具有特定角度的轮廓，该角度可以更准确地保证两个部件的核心之间的物理接触。

光纤连接器

连接器是允许光纤连接到终端设备的元件。这些终端设备有计算机通讯端口用于光纤连接。根据端口的类型，然后使用某种类型的连接器进行光纤连接。这与传统电缆发生的情况类似，例如同轴电缆有不同类型的连接器，每个连接器都完成一种功能。

简而言之，光纤连接器的类型有：

FC
外国直接投资
LC 和 MT 阵列
SC和SC-双工
ST 或 BFOC

光纤中常用的连接器，特别是用于局域网的连接器是 ST、LC、FC 和 SC 连接器。

光纤线

光纤电缆由一组光纤组成，通过这些光纤可以看到不同的信号。每根光纤都可以从不同的来源发送大量数据，因此一根光缆可以同时从不同的服务发送信息。

在电信行业和电子行业中，光纤电缆是替代同轴电缆的最可行的替代方案。即使是 8 根光纤的电缆仍然比传统电缆小得多。一根光缆传输的信息量相当于60根1623对铜缆或4根8管同轴电缆发送的信息。此外，光纤可以在更远的距离上发送信息，而无需像使用铜缆那样放置尽可能多的中继器或放大器。

此外，重要的是要强调光缆和铜缆之间存在的重量差异。例如，8 芯光缆每公里的重量可低至 30 公斤，而同轴电缆的重量可高达每公里 45 公斤。同样，光纤允许单次运行相距 2 到 4 公里。在同轴电缆的情况下，它只允许运行 250 到 300 米。

然而，光纤也确实需要额外的涂层和其他元件，以在其安装中提供加固。这样做是为了不使生产线处于危险之中，并且将来可能会由于它们的脆弱性而发生断裂。

电缆特性

这些光缆具有不同的功能。首先，我们可以提到它作为保护内部光纤的元件，使它们不会遭受在电缆安装时或在其使用寿命期间可能发生的损坏或断裂，通常为 20 年. .

其次，光缆为内部光纤提供机械刚度，使其能够承受拉伸压缩扭转条件和可能暴露的环境因素。这就是为什么除了电缆之外，还加入了其他元件来增强光纤并使光纤与它们所承受的这些外部因素和力隔离。

这些电缆可以在地下、海底或跨洋或空中安装。光缆系统的最关键点之一是安装时，这就是为什么使用某些元件来保护光纤免受损坏的原因。

光缆设计和元素

光缆将扮演的角色将决定其结构。然而，即使它们可以应用于不同的功能，所有的光缆也有许多共同的元素，它们是二次包层、内部光纤、有助于光缆增强和结构的元素、组合在一起的护套所有纤维纱线和防潮材料。二次涂层可分为三种类型：

舒适的衬垫

该内衬通常是由尼龙或聚酯制成的实心环形冠，覆盖主内衬。因此，这种二次涂层增加了光纤的最终直径。该涂层的功能是针对光纤中可能存在的微弯提供保护。然而，尽管这种涂层可以防止这些弯曲，但在安装光纤时务必保持警惕，因为它们在安装时仍然可能发生。

空心松衬

这种内衬有一个超大的空间，它由一个由金属制成并与塑料结合的空心管组成。这使该管成为一种坚硬的材料，但同时具有柔韧性。制作超大包层的目的是保护光纤免受振动、温度和机械力的影响。

带衬垫的宽松衬里

它与上面提到的涂层相同，但在内部引入了一种能够隔绝水分的材料。通过在内部引入疏水材料，它可以防止水到达光纤。除了提供针对振动和其他环境因素的保护外，它还能够承受一定的温度。通常使用源自石油或硅树脂的材料。

结构元素

这些元件是用作光纤必须遵循的路径的中心引导的结构。光纤要么沿着这个结构分布，要么围绕它编织。通常，这些结构具有用作光纤额外导向装置的通道或凹槽。

加强件

顾名思义，他们的任务是为光缆提供额外的加固，以尽可能隔离光纤可能受到的拉力，此外，不会有明显的伸长率导致核心破裂。除了保护伸长率外，它还可以保护光纤电缆免受扭结和振动的影响。用于加固结构的最常见材料是 Kevlar 玻璃纤维和钢，因为它们是柔性材料但也具有坚固性。

丰达

所有光缆都有一个通常由塑料制成的护套。该护套是光缆的外覆层，其功能是保护芯线免受外部因素、力和现象（例如湿度、温度、振动等）的影响。

构成我们覆盖层的材料将根据其安装和应用而有所不同，例如，跨洋光缆必须提供防潮、防大气压力甚至防鲨鱼咬伤的保护。如果是架空安装的光缆，则护套必须保护芯线免受风产生的振动和扭结，以及温度和湿度的影响。或者，如果最终将其安装在地下，则盖子必须稍微重一些，以承受例如车辆交通带来的冲击和压力。

拼接技术

通常情况下，在长达 120 公里以上的超大型运行中，必须在光纤之间进行拼接，因为几乎没有连续光纤具有这种长度。即使发生破损，也有必要进行此类维修。

存在的不同类型的接头如下：

机械拼接

这种类型的接头由一种套管组成，其中引入了两根光纤，并通过机械扭曲将两个纤芯连接起来。这些拼接通常是临时使用，或者在认为不需要熔接时使用。与此熔接时间相关的损耗约为 0,5 dB。

用胶水拼接

在这种情况下，应用了一种特殊的透明胶水，可以将纤维的两端连接起来，并且这个联合体受到某种类型的外部增强材料的保护。它的损耗为 0.2 dB，但通常不是很可靠，因为胶水可能会再次脱落。

熔接

一种称为熔接器的工具用于完成更精细和精确的工作。在这项工作中，操作员必须在将末端引入该熔接机之前预先准备光纤。该工具能够显示末端是否有任何污染剂，或者是否需要更精细的抛光，或者纤维之间是否应该有更好的对齐方式。如果所有这些要求都得到满足，那么它只继续加热那个区域，熔化光纤，从而连接它的纤芯。该接头的损耗为 0.02 dB。

光缆中的衰减

术语衰减是指传输线中发生的功率损耗。它的测量单位是分贝 (dB)。在光纤中，电缆中出现衰减的原因有多种。损失有两种类型，即内在损失或损失和外在损失。

固有衰减是由化学成分和其他制造因素产生的衰减。也就是说，这些原因是硅和锗的成分以及螺纹制造工艺的一部分。无论工艺能继续改进多少，都不可能达到无衰减的纤维纱线。

另一方面，外在衰减是由外部因素产生的衰减，例如杂质、不良连接、轮廓抛光不正确、接头等。这种衰减或损耗可以依次分类如下：

吸收损失

当光纤中存在杂质时，就会发生这种类型的衰减。这些杂质吸收或中断光的通过。这种吸收通常将光转化为热能，产生 1 到 1000 dB/km 的损耗。

瑞利的损失

光纤在制造过程中，有一段冷却时间，使光纤不处于液态和固态，拉伸时可能会施加不正确的张力，这会产生微观不规则性。当光束通过时，这些不规则性会导致光束发生衍射。

分散

当折射率发生变化并且因此光以与预期不同的方式折射时，就会发生色散，这是由于光纤内部的微裂纹、污染物或光纤的内在原因造成的。

模间色散

当光在光纤芯内采用不同的路径时，光的传播时间存在差异时，就会发生这种类型的色散。它也可以通过模态色散的名称来了解。这种色散只发生在多模光纤中。

材料的色散：这是不同波长的光以不同速度通过给定介质传播的结果。

波导的色散：它是信息信号带宽的函数，波导的配置通常比以前的色散小，因此可以忽略不计。

辐射损失

这些损耗是由光纤电缆的扭结或弯曲产生的。这通常发生在安装时或光纤路径内发生弯曲时。

耦合损耗

在拼接时或在需要连接器的终端点处，衰减将始终存在。这些衰减通常很低，但不可忽略。当原子核之间存在不正确的对齐时，但是必须对此进行校正以避免波的返回。

光纤工作窗

这些工作窗口使我们能够利用电磁光谱的部分红外光波段。在这种情况下，它们是波长为纳米级的窗口。已经在不同场合表明，在这些工作窗口中操作时衰减较小。具体来说，有三个窗口：

第一工作窗口：波长在九百八十纳米量级。
第二个工作窗口：在这种情况下，波长为 2 纳米。
第三工作窗口：波长在一千五百五十纳米量级。最后一个窗口被分为 S 波段、C 波段和 L 波段。

光纤连接

网络系统中有两种形式的光纤连接。这些拓扑是点对点网络和点对多点网络。

点对点网络是从信息源直接向需要服务的公司、家庭或用户生成节点的网络。换句话说，用户和服务之间的网络上没有中介或其他节点。

点对多点网络是需要分路器或光分离器的网络，类似于用于电视的网络，即使有线电视公司仅提供同轴电缆，也允许我们连接不同的电视。然后，从发射器出来的光纤通过分光器在两个、四个、六个和最多八个用户之间分配信号。在非常宽的网络中，这八个分区中的一个被用来在网络中加入另一个光分路器，可以为另外 8 个用户供电。然而，这些划分有一个限制，需要在其路径中使用放大器。

光放大器

它们仍然由光纤组成，但在制造过程中掺杂了不同的化学成分，尤其是稀土。最广泛使用的光纤放大器之一是铒掺杂。

这种放大器通常被称为 EDFA，因为它的英文缩写。该放大器工作在第三个工作窗口，特别是在 C 波段和 L 波段，但它也可以在 S 波段工作，但需要其他试剂或额外的化学成分。

它提供给光信号的增益可以是十五到四十分贝。它通常由存储在矩形外壳中的光纤组成，可以有十到六十米的掺杂光纤长度。

总结

光纤是一种通过光束发送数据的传输介质。光纤所依据的原理是光学几何定律，特别是折射定律。

最初，进行了相互补充的不同研究，直到有可能开发出今天已知的光纤。在这些研究中，观察到光纤或芯线的透明度对于减少衰减和实现当今 0.02dB/Km 的最小损耗至关重要。

光纤的常用成分是氧化硅和锗。覆盖核心的包层组件通常是某种类型的塑料。然后是一个提供机械刚性的地幔，可以由尼龙或凯夫拉制成，最后是一个塑料护套，可以保护整个电缆并将光纤与外部介质隔离。

有不同的制造方法，它们是：

MCVD（改性化学气相沉积）
VAD（气相轴向沉积）
OVD（外部气相沉积）
PCVD（等离子化学气相沉积）

无论使用何种类型的方法，在所有这些方法中进行预成型拉伸过程是常见的。

光纤的应用是多种多样的。在通信中，由于其巨大的带宽和可以达到的传输速度，以及该系统提供的信息的可靠性或安全性，它们成为了卓越的手段或传输线路之一。在允许检测条件或参数的传感器中，例如：温度、湿度、大气压力，甚至声纳系统。

它还用于照明，例如使用光纤作为光导的柔性内窥镜，以照亮器官，并能够以更舒适的方式进行微创或更精确的手术。同样，对于圣诞树等装饰效果。

通过改变穿过光纤的波长或频率，可以改变光纤显示或反射的颜色。

光纤及其用途的一些最重要的优点是其带宽、数据可以达到的传输速度、电磁抗扰性、占用空间和重量的减少以及信息安全性高。

另一方面，虽然它是一种更先进的技术，因此也更昂贵，但安装和维护比传统系统更复杂，它们非常脆弱，对温度、湿度、振动和伸长的耐受性不是很强。

根据它们可以传输的噪声量或模式，有两种类型的光学器件。

多模光纤是可以通过不同模式同时发送不同波长的光纤，因此得名。与单模光纤相比，多模光纤的纤芯更大，纤芯和包层之间的折射率不同，但差别很小。因此，波在原子核中传播，从原子核壁反弹。它们用于短距离路线或网络。它通常被识别，因为外套通常是橙色的。

单模光纤是那些只有一条传输路径的光纤，与多模光纤相比，它们的纤芯更小。传输模式通常是核心的中心轴，因为它以非常大的角度反弹。它们通常与多模不同，因为它们使用黄色外套。

现在，按照它的设计，也有两种。松散结构的光纤是其中光纤束松散地位于引导它们通过的管内的光纤。该管可以是中空的或内部具有疏水材料，因此它可以保护光纤免受湿气的影响。

相比之下，紧密结构的光缆由多个光纤束的连接组成，这些光纤束分别用外套膜和护套覆盖。这些线围绕着一个中心部分，而这整套又由外层保护。

在光纤通信系统中，有一些组件是成功传输所必需的。这些组件中包括光发射器，例如 LED 或激光器，光电转换器负责将电信号转换为光信号，然后通过光纤发送，然后将接收到的光信号再次转换为电信号。

此外，还有以下光学探测器：

密码
APD
硅
锗
其他材质

抛光的类型取决于位于光纤末端的连接器，它们可以根据抛光类型进行分类。

普莱诺
PC（身体接触）
SPC（超级PC）
UPC（超PC）
增强的 UPC
APC（斜角PC）

连接器是允许光纤连接到终端设备的元件。光纤中常用的连接器，特别是用于局域网的连接器是 ST、LC、FC 和 SC 连接器。

在电信行业和电子行业中，光纤电缆是替代同轴电缆的最可行的替代方案。即使是 8 根光纤的电缆仍然比传统电缆小得多。一根光缆传输的信息量相当于60根1623对铜缆或4根8管同轴电缆发送的信息。

机械接头：这种接头由一种套管组成，其中引入了两根光纤，并通过机械扭绞将两个纤芯连接起来。与此熔接时间相关的损耗约为 0,5 dB。

用胶水拼接：在这种情况下，使用一种特殊的透明胶水，可以将光纤的两端连接起来，并用某种类型的外部增强材料保护该接头。它的损耗为 0.2 dB，但通常不是很可靠，因为胶水可能会再次脱落。

熔接：熔接器能够观察末端是否有任何污染剂或是否需要更精细的抛光，或者纤维之间是否应该有更好的对齐方式。然后，它继续仅加热该区域，熔化光纤并从而连接其芯部。该接头的损耗为 0.02 dB。

光缆将扮演的角色将决定其结构。然而，即使它们可以用于不同的功能，所有的光缆也有许多共同的元素，它们是二次涂层、内部光纤、有助于光缆的加固和结构的元素、将所有光缆组合在一起的护套。纤维纱线和防潮材料。

有一些元素可以在光纤电缆的结构和加固中提供支撑。用作光纤必须遵循的路径的中心引导的结构元件。光纤要么沿着这个结构分布，要么围绕它编织。通常，这些结构具有用作光纤额外导向装置的通道或凹槽。

加强元件为光缆提供额外的加强，以将其与可能受到的牵引力隔离，此外，没有可能在芯中产生破裂的显着伸长。