⒌ 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。
⒍ 工作性能可靠
我们知道,一个系统的可靠性与组成该系统的设备数量有关。设备越多,发生故障的机会越大。因为光纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器),可靠性自然也就高,加上光纤设备的寿命都很长,无故障工作时间达50万~75万小时,其中寿命最短的是光发射机中的激光器,最低寿命也在10万小时以上。故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的。
⒎ 成本不断下降
目前,有人提出了新摩尔定律,也叫作光学定律。该定律指出,光纤传输信息的带宽,每6个月增加1倍,而价格降低1倍。光通信技术的发展,为Internet宽带技术的发展奠定了非常好的基础。这就为大型有线电视系统采用光纤传输方式扫清了最后一个障碍。由于制作光纤的材料(石英)来源十分丰富,随着技术的进步,成本还会进一步降低;而电缆所需的铜原料有限,价格会越来越高。
⒏ 光纤衰减
光纤造成光纤衰减的主要因素有:本征,弯曲,挤压,杂质,不均匀和对接等。
本征 是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
弯曲 光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉,造成的损耗。
挤压 光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
杂质 光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光,造成的损失。
不均匀 光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
对接 光纤对接时产生的损耗,如:不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm),端面与轴心不垂直,端面不平,对接心径不匹配和熔接质量差等。
人为衰减
在实际的工作中,有时也有必要进行人为的光纤衰减,如用于光通信系统当中的调试光功率性能、调试光纤仪表的定标校正,光纤信号衰减的光纤衰减器。
四、光纤的生产方法
目前通信中所用的光纤一般是石英光纤。石英的化学名称叫二氧化硅(SiO2),它和我们日常用来建房子所用的砂子的主要成分是相同的。但通信光纤必须由纯度极高的材料组成;不过,在主体材料里掺入微量的掺杂剂,可以使纤芯和包层的折射率略有不同,这是有利于通信的。
制造光纤的方法很多,目前主要有:预塑有汽相轴向沉积、管内CVD(化学汽相沉积)法,拉丝法有棒内CVD法、双坩埚法,PCVD(等离子体化学汽相沉积)法和VAD(轴向汽相沉积)法。但不论用哪一种方法,都要先在高温下做成预制棒,然后在高温炉中加温软化,拉成长丝,再进行涂覆、套塑,成为光纤芯线。光纤的制造要求每道工序都要相称精密,由计算机控制。
在制造光纤的过程中,要注重:
① 光纤原材料的纯度必须很高;
② 必须防止杂质污染,以及气泡混入光纤;
③ 要准确控制折射率的分布;
④ 正确控制光纤的结构尺寸;
⑤ 尽量减小光纤表面的伤痕损害,提高光纤机械强度。
⒈ 管棒法
将内芯玻璃棒插入外层玻璃管中(尽量紧密),熔融拉丝。
⒉ 双坩埚法
在两个同心铂坩埚内,将内芯和外层玻璃料分别放入内、外坩埚中。
⒊ 分子填充法
将微孔石英玻璃棒浸入高折射率的添加剂溶液中,得所需折射率分布的断面结构,再进行拉丝操作,它的工艺比较复杂。在光导纤维通信中还可用内外气相沉积法等,以保证能制造出光损耗率低的光导纤维。
⒋ 太空融拉法
将光纤的拉丝装置放到太空的微重力环境下去拉制,可以获得地球上无法得到的超长的高质量光导纤维。
五、光纤的系统运用
高分子光导纤维现在主要用于医学、装饰、汽车、船舶等方面,以显示元件为主。在通信和图像传输方面,高分子光导纤维的应用日益增多,工业上用于光导向器、显示盘、标识、开关类照明调节、光学传感器等。
⒈ 通信应用
多模光导纤维做成的光缆可用于通信,它的传导性能良好,传输信息容量大,一条通路可同时容纳数十人通话。可以同时传送数十套电视节目,供自由选看。
利用光导纤维进行的通信叫光纤通信。一对金属电话线至多只能同时传送一千多路电话,而根据理论计算,一对细如蛛丝的光导纤维可以同时通一百亿路电话!铺设1000公里的同轴电缆大约需要500吨铜,改用光纤通信只需几公斤石英就可以了。沙石中就含有石英,几乎是取之不尽的。
⒉ 医学应用
光导纤维内窥镜可导入心脏和脑室,测量心脏中的血压、血液中氧的饱和度、体温等。用光导纤维连接的激光手术刀已在临床应用,并可用作光敏法治癌。
利用光导纤维制成的内窥镜,可以帮助医生检查胃、食道、十二指肠等的疾病。光导纤维胃镜是由上千根玻璃纤维组成的软管,它有输送光线、传导图像的本领,又有柔软、灵活,可以任意弯曲等优点,可以通过食道插入胃里。光导纤维把胃里的图像传出来,医生就可以窥见胃里的情形,然后根据情况进行诊断和治疗。
⒊ 传感器应用
光导纤维可以把阳光送到各个角落,还可以进行机械加工。计算机、机器人、汽车配电盘等已成功地用光导纤维传输光源或图像。如与敏感元件组合或利用本身的特性,则可以做成各种传感器,测量压力、流量、温度、位移、光泽和颜色等。在能量传输和信息传输方面也获得广泛的应用。
⒋ 艺术应用
由于光纤的良好的物理特性,光纤照明和LED照明已越来越成为艺术装修美化的用途。 应用如下:
门头店名(标设)和LOGO采用粗光纤制作光晕照明。
门头的局部轮廓采用Φ18(Φ14)的侧光纤进行照明。
场所外立面局部采用光纤三维镜。
采用艺术分布的光纤点阵,配置光纤照明YY-S150光纤扫描机。
在草坪上布置光纤地灯。
光纤瀑布、光纤立体球等艺术造型。
同时也用在装饰显示、广告显示。
光纤也可以用作各种视觉艺术的展示等。
光纤成为装饰品:利用光纤发光的特性,可以做成各种色彩的荧光光纤,满天星光纤花瓶,做礼品晚会用,还是室内装饰都很漂亮。
⒌ 井下探测
在开发井中传感器之前,收集井下信息的唯一方法是测井。测井方法虽然能提供有价值的数据,但作业成本高,并有可能对井产生损害。因此,需要更好的井下技术提高无干扰流动监测和控制。
光纤可以作为直接读值的机械点源传感器。最简单的形式,可能只是一个空腔,随外部压力改变长度,入射到空腔的光信号强度随空腔长度而下降。光纤传送设备允许在一根光纤上组合多个传感器,测量不同物理变量。
⒍ 化学探测
专业光纤的开发与工业应用正在增长,它们对化学物质的存在和丰度比较敏感。这种技术还不太先进,但很有发展潜力。
⒎ 光纤收发器
光纤收发器是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元,在很多地方也被称之为光电转换器。产品一般应用在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网络环境中,且通常定位于宽带城域网的接入层应用;同时在帮助把光纤最后一公里线路连接到城域网和更外层的网络上也发挥了巨大的作用。特别是在一些要求信息化程度高、数据流量较大的政府机构和企业,网络建设时需要直接上连到以光纤为传输介质的骨干网,确保数据包在不同网络间顺畅传输的介质转换设备成为必需品。
光纤作为宽带接入一种主流的方式,有着通信容量大、中继距离长、保密性能好、适应能力强、体积小重量轻、原材料来源广价格低廉等的优点,未来在宽带互联网接入的应用可预料会非常广泛。