光纖：它是如何工作的？它有什麼用途？還有更多

由於存在不同的傳輸線路，遠程通信或通信成為可能。其中，最可靠的一種是光纖。通過這篇文章學習， 光纖的工作原理 這使您可以在家中和辦公室使用互聯網和許多其他好處。

光纖

光纖是一種柔性細絲，通常由矽製成，但也有由塑料製成的光纖。它是一種非常精緻的材料，直徑幾乎像髮絲一樣。它是透明的，能夠傳輸光而不會使一種顏色的頻率扭曲其他顏色。

光纖成為同軸電纜的潛在替代品。與銅纜一樣，光纖用於在其兩端之間傳輸數據，使用光作為傳輸手段。

今天，光纖是最廣泛使用的通信機制之一。這是因為信息可以長距離傳輸而無需許多放大器，或者可能不需要放大器，因此信號不會丟失。它還具有比銅纜更高的帶寬或數據速度。

使用光纖代替銅纜的其他原因之一是每公里傳輸的信號衰減較小。它的另一個好處是光纖不受電磁干擾的影響，因此實際上不可能違反安全性。

同樣，找到用於照明的光纖也很常見。這是因為目前通過光纖可以提供所有人造光形式中強度最高的光。

光纖的結構由纖芯組成，纖芯是信息傳輸的光纖本身。芯部覆蓋有塗層，其特徵在於具有比芯部低的反射指數。這樣做的目的是為了防止在原子核中傳播的光束離開原子核而丟失信息，即利用反射現象將信息限制在原子核中的一種方式。

隨後，襯裡被一層地幔包圍著，而這層地幔是凱夫拉爾。最後，頭罩通常是黃色或橙色，用於識別纖維類型。兩者都用於為纖維提供保護和機械剛度，否則纖維會變得非常脆，甚至比現在更脆。

在光纖內，可以發送不止一束光，因為有不同的路徑或可能的方法來做到這一點。這種光纖被稱為多模光纖，它的名字來源於它有多種模式可以同時發送光束。相反，單模光纖使用單個線性路徑來傳輸光束。從物理上講，它們往往通過引擎蓋的顏色來區分，通常，多模為橙色，單模為黃色。

在拼接光纖時，重要的是要考慮到纖芯之間的對齊必須非常精確，否則會由於錯誤耦合而導致損耗。這意味著光纖之間的接頭比傳統銅纜中使用的接頭更複雜。

光纖歷史

在光纖中，有兩個基本要素展示了實現我們今天所知的通過光傳輸數據的技術的進步。這些元素是光纖和在其中傳播的光。在這一部分，我們將回顧光纖的歷史以及它是如何隨著時間演變的。

在古希臘，鏡子反射的陽光被用來發送信息，或阻擋敵人的視線。 1792 年，克勞德·查普 (Claude Chappe) 應用了相同的系統，使用分佈在 200 公里以上的塔和鏡子來應用光電報。他設法在 16 分鐘的時間內以創紀錄的時間傳輸了一條消息。

1910 年，Demetrius Hondros 和 Peter Debye 率先在玻璃製成的電纜內實現了光捕獲。奇怪的是，這個實驗花了這麼長時間，因為到 1820 年，建立這種現象的方程已經存在。

這個原理被稱為折射限制光。請記住，折射是一種現象，當光束從一條傳輸線改變到另一條傳輸線時，它會改變方向，因為它們具有不同的密度，因此具有不同的折射率。

在 1840 年代，Jean-Daniel Collado 和 Jacques Babinet 能夠證明這一原理。同樣，在 1870 年，約翰廷德爾觀察到光可以在水中傳播，而光在這種介質中會發生折射。這些第一步使研究得以進行，以確認玻璃作為長距離傳輸光的卓越材料的潛力。起初它的應用是用於噴泉的照明。

後來，蘇格蘭工程師約翰·羅吉（John Logie）為彩色電視機電系統申請了專利，該系統使用玻璃製成的棒來傳輸光。該系統並不是很成功，因為它所應用的材料和技術會產生衰減，因此光不可能傳播很遠的距離。此外，他們的系統沒有光耦合器。

1952 年，由於約翰·廷德爾 (John Tyndall) 之前進行的研究，物理學家納林德·辛格·卡帕尼 (Narinder Singh Kapany) 發明了光纖。需要指出的是，光纖的研究是在1950年代深入的。事實上，1957 年 Basil Hirschovitz 製造了一種使用光纖的半柔性內窺鏡。他設法發送圖像，這種內窺鏡是一種更舒適的手術工具。

密歇根大學建議在其半柔性內窺鏡版本中使用折射率低於核心的材料，而不是像以前使用的那樣使用油或蠟。此外，還製造了更細的光纖束，與頭髮的厚度一樣多。但是，在使用這種光纖傳輸 9 米後，光線會衰減或丟失。 Charles K. Kao 在他的博士論文中提出，光纖應該具有的最大理論衰減為 20 分貝才能使其應用可行

Charles K. Kao 和 George Hockham 再次表示，製造具有更高透明度百分比的纖維是可能的。同樣，他們是提議使用光纖傳輸電話消息而不是使用那些確信是銅纜和電力的人。

有必要改進光纖，目前光纖的衰減為 100 dB / km，帶寬小，機械易碎性大。為實現這一目標，必須進行持續深入的研究和調查，從而可以確定造成這種程度的光損失的原因是矽或玻璃中存在的固有雜質。

正是由於這一發現，才開始製造衰減降低高達 20 dB/km 並具有更大帶寬的光纖。此外，纖芯為 100 µm 厚，用 Naylon 線覆蓋以尊重折射率基礎，但也可以提供更大的機械剛度，使其無法用手折斷光纖。

Kao 和 Hockman 的工作為 Robert Maurer、Donald Keck、Peter Schultz 和 Frank Zimar 進行的研究奠定了基礎，他們提出並製造了第一根含鈦雜質的光纖。這些雜質被有意地摻入矽中以增加纖維中的折射。這種光纖允許光在光纖中傳播，衰減僅為 17 dB/km。在 1970 年的同一個十年中，可以製造損耗僅為 0.5 dB/km 的光纖。

借助光傳輸數據的技術的另一項重要進步要歸功於物理學家 Morton B. Panish 和 Izuo Hayashi，他們開發了一種可以在不升高溫度的情況下連續工作的半導體激光器。 John MacChesney 和其他合作者共同開發了纖維製備方法。

22 年 1977 月 6 日，北美公司 General Telephone and Electronics 首次使用傳輸線進行電話傳輸，傳輸速度達到 XNUMX Mbit/s。

到 1980 年，光纖具有如此高的透明度，以至於它們可以在完全丟失之前通過光纖發送長達 XNUMX 公里的信號。當研究人員意識到沒有任何金屬的純矽只能使用使用蒸汽的工具和組件製造時，這些纖維就出現了。這可以防止在製造過程中產生固有污染物。

AT&T 於 1980 年向聯邦通信委員會提交了其相距約 XNUMX 英里的光纖系統項目。該系統將貫穿並連接波士頓和華盛頓特區的城市。該項目經過四年的介紹後，該系統才開始運行。這條電纜的直徑為 XNUMX 英寸，能夠為同時發生的電話交談提供多達八萬個語音通道。

第一條跨洋安裝的光纖於 1988 年投入使用，其纖芯的透明度非常完美，只需每四十英里放置一個光放大器即可。隨後，建立了更多這種類型的聯繫，並在城市和大陸之間進行了更廣泛的旅行。

所有這些進步使光纖能夠繼續提高其透明度，並且可以應用於市場中的通信，而不僅僅是在實驗水平上。事實上，General Telephone and Electronics 於 22 年 1977 月 6 日成功地以 XNUMX Mbits/s 的速度進行了第一次成功的電話傳輸，使用光纖作為傳輸線。

製作過程

貝爾實驗室開發了製造光纖的獨立方法。從那裡，有四種製造光纖的工藝

MCVD（改性化學氣相沉積）

該方法最初由康寧玻璃公司開發，並由貝爾實驗室改編用於工業應用。它們由純石英管組成，其中二氧化矽與其他元素混合以摻雜製劑。然後將該管放置在旋轉車床上。

隨後，使用氫氣和氧氣燃燒器將其加熱至高達 1600 攝氏度的溫度。這是通過旋轉車床同時石英管在其整個長度上加熱來完成的。此時，在管的一端添加添加劑，這些添加劑將有助於提高纖芯中的折射率。

由於燃燒器的連續作用，隨後的層也被合併。該技術允許合成核。然後，將燃燒器加熱到 1800 攝氏度，這是使石英軟化從而獲得預製件的溫度。

預製棒是指用於製造光纖的玻璃棒或管。也就是經過這種方法得到的實心管。通常它的尺寸是長 1 米多一點，直徑 1 厘米多一點。

VAD（氣相軸向沉積）

該技術基於 Nippon Telephone and Telegraph 開發的技術。它在日本那些從事光纖製造的公司中被廣泛使用。它使用與MCVD方法相同的基本材料，但不同之處在於後者僅放置了核心。現在，襯裡也額外放置

這就是為什麼這種方法在摻雜時更加微妙的原因，因為二氧化鍺必須以比塗層更大的比例摻入芯中。對於這種製造，軟件用作建立參數的基本助手。

使用輔助玻璃棒或管，預成型過程開始。該輔助管用作其支撐。它首先從圓柱體的末端以有序的方式加入不同的材料，獲得多孔預製件，隨著它的生長，它會與輔助玻璃管分離。

隨後，進行坍塌過程，其中包括將溫度升高至 1700 攝氏度以實現石英的軟化。這樣做是為了從內部中空的多孔預製件變成實心、透明的圓柱體。

如果我們將這種方法與前一種方法進行比較，VAD 方法的優點是可以獲得更大長度和更大直徑的預製件，並且還減少了能量輸入。然而，它的缺點是它需要更複雜的製造設備。

OVD（外部氣相沉積）

這種方法是由康寧玻璃公司開發的。在這種情況下，您的原材料從陶瓷基材圓筒和燃燒器開始。蒸氣狀氯化物放在燃燒器火上，火加熱棒。此時，進行預製件的合成。該過程包括用氣態氯乾燥棒，然後以與先前方法相同的方式進行收縮過程。這就是核心及其包層的合成方式，從而獲得預製棒。

這種方法的一些優點是，由於乾燥過程的優化，可以製造具有極低衰減和良好質量的光纖。這種優化允許在沒有重要環形結構的情況下獲得平滑的輪廓。

PCVD（等離子化學氣相沉積）

這種方法是由荷蘭的飛利浦公司開發的。同樣，它的特點是其光滑的輪廓和沒有可識別的環形結構。這個基礎的原理是基於氯化矽和氯化鍺的氧化。通過生鏽這些氯化物，實現等離子體狀態，然後是內部的摻雜過程。

瓶坯拉伸階段

無論使用何種類型的方法，在所有這些方法中進行預成型拉伸過程是常見的。為了實現預製件的拉伸，必須有一個開放式管式爐。瓶坯被放置在這個烤箱內並承受高達 2000 攝氏度的溫度，這是為了軟化瓶坯並能夠對其進行操作。

在這個過程中，實現了光纖的直徑，最重要的是保持恆定的張力，使光纖在整個長度上的直徑不會發生變化。確保芯的直徑沒有這種變化的方法是保持均勻的恆定張力。此外，必須保證烤箱中沒有對流。

同樣，非常重要的是，當預製棒再次軟化時，避免可能污染或產生微裂紋的物質進入，這會導致其衰減損失甚至光纖斷裂。

在這個過程中，合成材料也被添加到圖形中，通常它是一種粘性聚合物。這種聚合物的重要性在於它允許光纖以更高的速度拉伸。這會在纖維周圍形成均勻、無雜質的層。最後，通過使用紫外線輻射的熱處理或化學反應，這種保護被乾燥和硬化。

光纖應用

光纖具有令人印象深刻的多功能性，因此可應用於數字通信、珠寶、傳感器、照明、裝飾等。以下是光纖和其他一些最常見的應用。

光纖通訊

光纖的最大規模或最大規模的用途是用於電信。由於其靈活性，可以將多根電線組合在一起形成光纜。通常，用於此的纖維由塑料或玻璃製成，有時甚至由兩種材料製成。

光纖傳感器

光纖傳感器可分為內在傳感器和外在傳感器。固有傳感器將圖形本身稱為傳感器。另一方面，在外在傳感器中，光纖是將傳感器發出的信號傳輸到處理所述信號的系統的裝置。

由於光纖中沒有電流循環，因此與電傳感器相比，它們具有優勢。即使是纖維紗線本身也是一種出色的傳感器，可以測量變形、溫度、大氣壓力、濕度、電場、磁場、氣體、振動等。

光纖在水上麥克風的應用中的另一個應用，用於檢測由聲納產生的地震或波浪應用。為此，一千多個由光纖製成的傳感器已被用於創建水聲系統。這種類型的系統主要由石油工業和國防組織以及一些國家使用。同樣，來自德國的 Sennheiser 公司創造了一種使用激光和光纖操作的麥克風。

從這個意義上說，測量溫度和大氣壓力的光纖傳感器用於油井。與用半導體製成的傳感器相比，這些類型的傳感器能夠承受更極端的條件。

在航空領域，有一個由光纖製成的陀螺儀，以及氫微型傳感器。

這些由光纖製成的光子傳感器通常包含四個基本部分，它們是：

傳感器：是換能器
詢問器：發射和接收來自光纖的信號。
光纜：就是光纖
光耦合器、多路復用器、放大器或開關：幫助光電系統在不丟失信號的情況下進行耦合的元件，並且能夠處理來自不同來源的不同信號。

該系統的操作或功能始於生成由詢問器創建的光信號，這是為了從接收器請求信息。該信息通過傳感器的光纖傳輸。當它繼續測量環境條件，如氣體、大氣壓力、溫度和其他因素時，光的強度會發生變化，或者它的波長會受到影響，因此會發生變化。

這種在波長或光強方面的變化通過光纖再次返回到詢問器。然後，估計這些變化的變化百分比。通過應用不同的算法和工具，例如光電耦合器，可以將光信號轉換為電子信號，從而使末端的電氣系統可以解釋信息，例如控製或顯示系統的實時數據。

同樣，根據數據流量（例如通過互聯網的數據流量），可能存在光復用器、光開關、光放大器或以相同方式不同的光耦合器。

類似地，光纖傳感器系統可分為點式或分佈式。

光學點傳感器系統

這種類型的系統在傳感器網絡中使用分佈式傳感器定義的位置，允許單獨監控參數。因此，點系統允許同時測量更多參數。與分佈式系統不同，點系統監控可以跨越 250 公里。

分佈式光學傳感器系統

在這種情況下，詢問器接收到的光學參數變化的測量和檢測來自沿整個光纖獲得的數據。這具有優勢，因為它是用作系統轉換器的光纖束區。分佈式光學系統可以跨越長達 120 公里的範圍。

燈光

光纖的第一個應用正是空間照明。即使在今天，這種應用仍然存在於光纖中。這是因為光纖允許在不產生熱量和沒有短路風險的情況下照亮區域，因為光纖是為傳輸光束而設計的。

甚至可以通過修改頻率來改變照明的顏色。例如，如果在燈中使用照明，這非常有用，因為無需更換燈即可更改顏色。

同樣，由於可以使用單個光源在多個位置放置不同的光纖，因此可以擴大照明區域。

光纖的更多用途

它用作醫療或工業設備發出的光束的波導，這些設備需要照亮無法直接或容易接近視線的區域。

我們可以以醫學中使用的半柔性內窺鏡為例，它結合使用光纖和透鏡，無需高侵入性手術即可觀察器官內部。對於工業，檢查渦輪機等設備。

事實上，光纖目前被用作裝飾元素，就像聖誕樹的樹枝上有光纖一樣，可以照亮樹，並且還可以改變它們的顏色。

光纖應用的另一個例子是在某些建築物中的應用，它從屋頂捕獲自然光，並且由於光纖，這些光可以傳播到建築物的內部空間。

最後，今天混凝土和光纖之間的混合物產生了半透明的混凝土。這種材料是由建築師 Ron Losonczi 創造的，這種混凝土令人驚奇的地方在於它仍然可以具有混凝土的強度，此外還有光纖傳輸光的質量。

光纖特性

光纖是一種介質傳輸線，在光波段的電磁頻譜內工作。在這個光學波段是我們可以找到顏色的地方，但也有近紅外波段和紅外波段。在光纖中，通常使用這些頻率的一部分。

每根光纖束的中心都有一個由塑料或玻璃（即矽和氧化鍺）製成的纖芯。該纖芯具有高折射率，並被折射率較低的塗層覆蓋。這允許光僅穿過核心而不會逃逸到外部。該塗層通常由聚合物或塑料製成。

纖芯與其包層之間必須存在的折射率之間的這種差異是由於光的折射原理造成的。該原理指出，當具有特定折射率的表面與另一個具有較低折射率的表面相鄰時，光被反射，並且這些折射率之間的差異越大，入射角越大，因此會發生全內反射.

在光纖中，光在原子核內部發生反彈或反射，這些反射角非常大，因此實際上可以假設光通過其中心沿直線傳播，使其可以在很遠的距離傳播而無需衰退。

光纖性能

光學幾何定律是建立光纖工作原理和基本原理的定律。光纖主要受折射定律調節，是遵循全內反射原理。

光束通過光纖的纖芯傳輸，我已經給出了折射率的差異，該光束不能通過包層，但實際上在其上反射並繼續通過纖芯傳播。

接下來，我們將介紹光纖技術的優缺點。

優點

它具有非常大的帶寬，允許非常快的傳輸速度
它是一種極簡主義的技術，也就是說，它佔用的空間很小。
它很輕，因為它每公里僅重幾克。不像電纜，它的重量甚至是光纖的 9 倍。
它完全不受電磁污染的影響。因此它的傳輸質量優於傳統線路，因為它不受外部短路或雷電等乾擾。
正是因為它不受干擾，光纖保證了高度的信息安全。這是因為進入光纖傳輸系統的唯一方法是削弱甚至中斷它，使其易於檢測。
它不會對其他系統產生干擾。
它不受寄生信號的影響，因此在地鐵等系統中，其係統很容易中斷通信，光纖成為卓越的替代方案。
與傳統電纜相比，它的衰減非常小，因此可以長距離傳輸而無需使用放大器等有源元件來保持信號。
根據製造外殼和罩的材料，光纖可以具有良好的機械阻力。
它耐腐蝕。
它有一個稱為光學反射計的系統，可讓您輕鬆檢測沿途的薄弱點或光纖切斷點。

缺點

由於我們介紹了光纖的所有優點，因此我們將繼續介紹該技術與其他傳輸線相比的缺點。

高纖維脆性。
它需要更昂貴的傳輸和接收設備。
用光纖製成的接頭做起來更複雜，尤其是在現場，因此維修更困難。
由於它不能傳輸電力，因此不能直接與通常是電子的終端系統兼容。
它不能傳輸非常高的功率。
它不能以光學方式存儲信息。
受高溫或低溫的影響，所以夾套和塗層必須是耐高溫材料。
振動會影響數據傳輸的正確性。

光纖類型

在光纖的纖芯內，光束可以遵循不同的路徑。這些路徑中的每一個都稱為傳播模式。光纖可分為多模或單模光纖。

多模光纖

多模光纖是指光可以通過不止一種路徑或模式傳播的光纖。單股多模光纖可具有多達 1000 種光束傳播模式。這意味著光束不會同時到達。這種類型的光纖通常用於短距離，大約小於 2 公里的距離。

多模光纖纖芯的折射率略高於包層的折射率。此外，多模光纖的纖芯厚度大於單模光纖的纖芯厚度，這使得它更容易連接，因為它不需要如此精確的精度。

多模光纖又可以根據其纖芯的折射率類型分為兩種形式，它們是：

交錯索引：在這種情況下，折射率在整個原子核的長度上是恆定的，因此具有高模態色散

漸進指數：在這種情況下，纖芯由不同的材料組成，因此在光纖的整個長度上折射率不是恆定的，因此具有較低的模式色散。

同樣，ISO 11801 中建立的標準根據帶寬和使用的光源指示多模光纖的分類，即它是激光多模還是 LED 燈多模。

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

單模光纖

正如我們之前解釋的，術語模式用於表示光束可以具有的軌跡數。在單模光纖中，光只能通過一種模式。這意味著芯的直徑更小。同樣，與從纖芯壁反射的多模不同，光理論上穿過光纖的中心。這種類型的光纖主要用於長距離路由。

鬆散結構電纜

光纖也可以根據其設計進行分類，按照這種分類也有兩種光纖。

這種類型的纖維可以在室外和室內應用，由幾束纖維束組成，這些纖維束被分成幾組，這些纖維束被引入圍繞中央加強件的管子中，這些纖維束又被保護套覆蓋。

術語鬆散結構來自這樣一個事實，即光纖束在引導它們的管內鬆散。該管可以是中空的或內部具有疏水材料，因此它可以保護光纖免受濕氣的影響。

此外，它必須是鬆散的，這樣才能使光纖與施加在電纜上的外部機械力隔離。

中心支架通常是柔性的，並為電纜提供強度。它可以由金屬或介電材料製成。

緊結構電纜

這種電纜主要用於建築物內部，因為它比鬆散結構電纜更靈活並且允許更小的彎曲半徑。

該電纜由多個光纖束的結合體組成，這些光纖束分別具有外殼和護套。這些線圍繞著一個中心部分，而這整套又由一個外層保護。它的名字來源於所有的纖維線都非常緊密，提供了很好的物理支撐。

光纖組件

在光纖通信系統中，有一些組件是成功傳輸所必需的。這些組件包括光發射器、光檢測器、光纖連接器或終端等。

光發射機

這些是負責將來自電子源的信息或數據轉換為光學數據或光束的元素。為了實現這一點，發射器使用特定頻率的電子在矽等材料中被激發，通常以能量的形式產生光束，稱為光子。光子是光的基本量子粒子。發射器內部有一個調製器，完成將電子能轉換為光能的功能。

光束髮射器

在光發射器中，有兩種發射光信號的發射器，它們是：

發光二極管.

它是發光二極管，或Light Emitting Diode。這種類型的光發射器因其易用性和使用壽命而主要用於多模光纖。雖然需要注意的是，這種類型的光不能長距離傳播，因此它用於短距離，因為它們可以完成功能並降低成本。

激光器

它是光的放大受激自發輻射。它發出高度相干的光，並使用半導體進行發光。激光可用於多模光纖和單模光纖，儘管它們通常僅用於單模光纖，因為它們的電路更複雜，因此也更昂貴。激光器的壽命雖然很長，但通常低於 LED 的平均壽命。

電光電流轉換器

在光纖傳輸中，必須有一個檢測光子存在的元件。通常，它是負責將光信號轉換為電信號的光電二極管。這是通過將光的存在或不存在轉換為具有高低或 XNUMX 和 XNUMX 的信號來實現的。

而且，它們還用於相反的過程，即將電信號轉換為光信號。雖然可以將光轉換為電信號，並且這些電信號會發出一定的功率，但不足以為終端設備供電。這些終端設備通常是電動的，因此幾乎總是需要替代電源。

正如我們之前提到的，這些光電轉換器通常由光電二極管或半導體組成。為了保證這些半導體的正確運行，必須存在某些條件，它們是：

當沒有光時，反向電流不能很高，以便能夠檢測到非常微弱的光信號。
它必須具有大帶寬，才能提供響應速度。
這些半導體產生的噪音水平應該是最小的。

反過來，有兩種類型的探測器，PIN 光電二極管和 APD 雪崩光電二極管。

PIN 探測器

這種類型的探測器由三層組成的半導體組成，外層兩層是P型一層和N型層，中間一層是本徵半導體。這就是它的 PIN 名稱的來源。這種固有材料在實踐中通常被放置為材料 P 或材料 N 的延伸。

APD探測器

這些是雪崩半導體。這些光電二極管在施加反向電壓時會產生電流增益。這些半導體雪崩探測器的操作包括使一個電子行進並遇到一個原子，以便它可以釋放另一個電子。使用雪崩半導體的原因是因為需要發送的電子來處理足夠的能量。

APD探測器可根據其製成材料分為三種類型：

矽探測器

這些類型的檢測器具有高性能並產生低噪音水平。此類探測器的電源在200 V至300 V範圍內

鍺探測器

通常，它適用於 1000 到 1300 nm 範圍內的波長，但性能稍低。

探測器其他材料

這些探測器由位於元素週期表 III 族和 V 族的材料或化學品組成。

光纖拋光的種類

拋光的類型取決於位於光纖末端的連接器，它們可以根據拋光類型進行分類。這種類型的拋光會根據它的連接方式而有所不同。

普萊諾：這種拋光使纖維的末端光滑並垂直於其軸，即完全平坦。

PC（身體接觸）：光纖以凸面方式終止，使兩根光纖的芯相互接觸。

SPC（超級PC）：和PSP類似，邊緣有點酸，所以看起來像一個沒有中心點的三角形圖形，但它是平的。

UPC（超PC）： 等於 SPC 但邊緣被進一步稱為邊緣，因此只有纖維的中心是平坦的。

增強的 UPC： 這是一個比前一個更輪廓的版本，因此接觸必須具有極高的精度。

APC（斜角PC）： 這種類型的拋光包括製作具有特定角度的輪廓，該角度可以更準確地保證兩個部件的核心之間的物理接觸。

光纖連接器

連接器是允許光纖連接到終端設備的元件。這些終端設備有計算機通訊端口用於光纖連接。根據端口的類型，然後使用某種類型的連接器進行光纖連接。這與傳統電纜發生的情況類似，例如同軸電纜有不同類型的連接器，每個連接器都完成一種功能。

簡而言之，光纖連接器的類型有：

FC
外國直接投資
LC 和 MT 陣列
SC和SC-雙工
ST 或 BFOC

光纖中常用的連接器，特別是用於局域網的連接器是 ST、LC、FC 和 SC 連接器。

光纖線

光纖電纜由一組光纖組成，通過這些光纖可以看到不同的信號。每根光纖都可以從不同的來源發送大量數據，因此一根光纜可以同時從不同的服務發送信息。

在電信行業和電子行業中，光纖電纜是替代同軸電纜的最可行的替代方案。即使是 8 根光纖的電纜仍然比傳統電纜小得多。一根光纜傳輸的信息量相當於60根1623對銅纜或4根8管同軸電纜發送的信息。此外，光纖可以在更遠的距離上發送信息，而無需像使用銅纜那樣放置盡可能多的中繼器或放大器。

此外，重要的是要強調光纜和銅纜之間存在的重量差異。例如，8 芯光纜每公里的重量可低至 30 公斤，而同軸電纜的重量可高達每公里 45 公斤。同樣，光纖允許單次運行相距 2 到 4 公里。在同軸電纜的情況下，它只允許運行 250 到 300 米。

然而，光纖也確實需要額外的塗層和其他元件，以在其安裝中提供加固。這樣做是為了不使生產線處於危險之中，並且將來可能會由於它們的脆弱性而發生斷裂。

電纜特性

這些光纜具有不同的功能。首先，我們可以提到它作為保護內部光纖的元件，使它們不會遭受在電纜安裝時或在其使用壽命期間可能發生的損壞或斷裂，通常為 20 年. .

其次，光纖電纜為內部光纖提供機械剛性，使其能夠承受拉伸壓縮扭轉條件和可能暴露的環境因素。這就是為什麼除了電纜之外，還加入了其他元件來增強光纖並使光纖與它們所承受的這些外部因素和力隔離。

這些電纜可以在地下、海底或跨洋或空中安裝。光纜系統的最關鍵點之一是安裝時，這就是為什麼使用某些元件來保護光纖免受損壞的原因。

光纜設計和元素

光纜將扮演的角色將決定其結構。然而，即使它們可以用於不同的功能，所有的光纜也有許多共同的元素，它們是二次塗層、內部光纖、有助於光纜加固和結構的元素、組合在一起的護套所有纖維紗線和防潮材料。二次塗層可分為三種類型：

舒適的襯墊

該內襯通常是由尼龍或聚酯製成的實心環形冠，覆蓋主內襯。因此，這種二次塗層增加了光纖的最終直徑。該塗層的功能是針對光纖中可能存在的微彎提供保護。然而，儘管這種塗層可以防止這些彎曲，但在安裝光纖時務必保持警惕，因為它們在安裝時仍然可能發生。

空心松襯

這種內襯有一個超大的空間，它由一個由金屬製成並與塑料結合的空心管組成。這使該管成為一種堅硬的材料，但同時具有柔韌性。製作超大包層的目的是保護光纖免受振動、溫度和機械力的影響。

帶襯墊的寬鬆襯裡

它與上面提到的塗層相同，但在內部引入了一種能夠隔絕水分的材料。通過在內部引入疏水材料，它可以防止水到達光纖。除了提供針對振動和其他環境因素的保護外，它還能夠承受一定的溫度。通常使用源自石油或矽樹脂的材料。

結構元素

這些元件是用作光纖必須遵循的路徑的中心引導的結構。光纖要么沿著這個結構分佈，要么圍繞它編織。通常，這些結構具有用作光纖額外導向裝置的通道或凹槽。

加強件

顧名思義，他們的任務是為光纜提供額外的加固，以盡可能隔離光纖可能受到的拉力，此外，不會出現可能導致纖芯出現明顯伸長的情況。破裂。除了保護伸長率外，它還可以保護光纖電纜免受扭結和振動的影響。用於加固結構的最常見材料是 Kevlar 玻璃纖維和鋼，因為它們是柔性材料但也具有堅固性。

鞘

所有光纜都有一個通常由塑料製成的護套。該護套是光纜的外覆層，其功能是保護芯線免受外部因素、力和現象（例如濕度、溫度、振動等）的影響。

構成我們覆蓋層的材料會根據它們的安裝和應用而有所不同，例如，跨洋光纜必須提供防潮、防大氣壓力甚至防鯊魚咬傷的保護。如果是架空安裝的光纜，則護套必須保護芯線免受風產生的振動和扭結，以及溫度和濕度的影響。或者，如果最終將其安裝在地下，則蓋子必須稍微重一些，以承受給定的衝擊和壓力，例如車輛通行。

拼接技術

通常情況下，在長達 120 公里以上的超大型運行中，必須在光纖之間進行接頭，因為幾乎沒有連續光纖具有這種長度。即使發生破損，也有必要進行此類維修。

存在的不同類型的接頭如下：

機械拼接

這種類型的接頭由一種套管組成，其中插入了兩根光纖，並通過機械扭曲將兩個纖芯連接起來。這些接頭通常用於臨時或在認為不需要熔接時使用。與此熔接時間相關的損耗約為 0,5 dB。

用膠水拼接

在這種情況下，應用了一種特殊的透明膠水，可以將纖維的兩端連接起來，並且這個聯合體受到某種類型的外部增強材料的保護。它的損耗為 0.2 dB，但通常不是很可靠，因為膠水可能會再次脫落。

熔接

一種稱為熔接器的工具用於完成更精細和精確的工作。在這項工作中，操作員必須在將末端引入該熔接機之前預先準備光纖。該工具能夠顯示末端是否有任何污染劑，或者是否需要更精細的拋光，或者纖維之間是否應該有更好的對齊方式。如果所有這些要求都得到滿足，那麼它只繼續加熱那個區域，熔化光纖，從而連接它的纖芯。該接頭的損耗為 0.02 dB。

光纜中的衰減

術語衰減是指傳輸線中發生的功率損耗。它的測量單位是分貝 (dB)。在光纖中，電纜中出現衰減的原因有多種。損失有兩種類型，即內在損失或損失和外在損失。

固有衰減是由化學成分和其他製造因素產生的衰減。也就是說，這些原因是矽和鍺的成分以及螺紋製造工藝的一部分。儘管工藝可以繼續改進，但沒有衰減的纖維紗線是不可能的。

另一方面，外在衰減是由外部因素產生的衰減，例如雜質、不良連接、輪廓拋光不正確、接頭等。這種衰減或損耗可以依次分類如下：

吸收損失

當光纖中存在雜質時，就會發生這種類型的衰減。這些雜質吸收或中斷光的通過。這種吸收通常將光轉化為熱能，產生 1 到 1000 dB/km 的損耗。

瑞利的損失

光纖在製造過程中，有一段冷卻時間，光纖不處於液態和固態，拉伸時可能會施加不正確的張力，這會產生微觀不規則性。當光束通過時，這些不規則性會導致光束髮生衍射。

分散

當折射率發生變化並且因此光以與預期不同的方式折射時，就會發生色散，這是由於光纖內部的微裂紋、污染物或光纖的內在原因造成的。

模間色散

當光在光纖芯內採用不同的路徑時，光的傳播時間存在差異時，就會發生這種類型的散射。它也可以通過模態色散的名稱來了解。這種色散只發生在多模光纖中。

材料的色散：這是不同波長的光以不同速度通過給定介質傳播的結果。

波導的色散：它是信息信號帶寬的函數，波導的配置一般比以前的色散小，因此可以忽略不計。

輻射損失

這些損耗是由光纖電纜的扭結或彎曲產生的。這通常發生在安裝時或光纖路徑內發生彎曲時。

耦合損耗

在拼接時或在需要連接器的終端點處，衰減將始終存在。這些衰減通常很低，但不可忽略。當原子核之間存在不正確的對齊時，但是必須對此進行校正以避免波的返回。

光纖工作窗

這些工作窗口使我們能夠利用電磁光譜的部分紅外光波段。在這種情況下，它們是波長為納米級的窗口。已經在不同場合表明，在這些工作窗口中操作時衰減較小。具體來說，有三個窗口：

第一工作窗口：波長在九百八十納米量級。
第二個工作窗口：在這種情況下，波長為 2 納米。
第三工作窗口：波長在一千五百五十納米量級。最後一個窗口被分為 S 波段、C 波段和 L 波段。

光纖連接

網絡系統中有兩種形式的光纖連接。這些拓撲是點對點網絡和點對多點網絡。

點對點網絡是從信息源直接向需要服務的公司、家庭或用戶生成節點的網絡。換句話說，用戶和服務之間的網絡上沒有中介或其他節點。

點對多點網絡是需要分路器或光分離器的網絡，類似於用於電視的網絡，即使有線電視公司僅提供同軸電纜，也允許我們連接不同的電視。然後，從發射器出來的光纖通過分光器在兩個、四個、六個和最多八個用戶之間分配信號。在非常寬的網絡中，這八個分區中的一個被用來在網絡中加入另一個光分路器，可以為另外 8 個用戶供電。然而，這些劃分有一個限制，需要在其路徑中使用放大器。

光放大器

它們仍然由光纖組成，但在製造過程中摻雜了不同的化學成分，尤其是稀土。最廣泛使用的光纖放大器之一是鉺摻雜。

這種放大器通常被稱為 EDFA，因為它在英文中的縮寫。該放大器工作在第三個工作窗口，特別是在C波段和L波段，但它也可以在S波段工作，但需要其他試劑或額外的化學成分。

它提供給光信號的增益可以是十五到四十分貝。它通常由存儲在矩形外殼中的光纖組成，並且可以有 XNUMX 到 XNUMX 米長的摻雜光纖。

總結

光纖是一種通過光束髮送數據的傳輸介質。光纖所依據的原理是光學幾何定律，特別是折射定律。

最初，進行了相互補充的不同研究，直到有可能開發出今天已知的光纖。在這些研究中，觀察到光纖或芯線的透明度對於減少衰減和實現當今 0.02dB/Km 的最小損耗至關重要。

光纖的常用成分是氧化矽和鍺。覆蓋核心的包層組件通常是某種類型的塑料。然後是一個提供機械剛性的地幔，可以由尼龍或凱夫拉製成，最後是一個塑料護套，可以保護整個電纜並將纖維與外部介質隔離。

有不同的製造方法，它們是：

MCVD（改性化學氣相沉積）
VAD（氣相軸向沉積）
OVD（外部氣相沉積）
PCVD（等離子化學氣相沉積）

無論使用何種類型的方法，在所有這些方法中進行預成型拉伸過程是常見的。

光纖的應用是多種多樣的。在通信中，由於其巨大的帶寬和可以達到的傳輸速度，以及該系統提供的信息的可靠性或安全性，它們成為了卓越的手段或傳輸線路之一。在允許檢測條件或參數的傳感器中，例如：溫度、濕度、大氣壓力，甚至聲納系統。

此外，它還用於照明，例如使用光纖作為引導光的手段的柔性內窺鏡，以照亮器官，並能夠以更舒適的方式進行侵入性更小或更精確的手術。同樣，對於聖誕樹等裝飾效果。

通過改變穿過光纖的波長或頻率，可以改變光纖顯示或反射的顏色。

光纖及其用途的一些最重要的優點是其帶寬、數據可以達到的傳輸速度、電磁抗擾性、佔用空間和重量的減少以及高信息安全性。

另一方面，雖然它是一種更先進的技術，因此也更昂貴，但安裝和維護比傳統系統更複雜，它們非常脆弱，對溫度、濕度、振動和伸長的耐受性不是很強。

根據它們可以傳輸的噪聲量或模式，有兩種類型的光學器件。

多模光纖是可以通過不同模式同時發送不同波長的光纖，因此得名。與單模光纖相比，多模光纖的纖芯更大，纖芯和包層之間的折射率不同，但差別很小。因此，波在原子核中傳播，從原子核壁反彈。它們用於短距離路線或網絡。它通常被識別，因為外套通常是橙色的。

單模光纖是那些只有一條傳輸路徑的光纖，與多模光纖相比，它們的纖芯更小。傳輸模式通常是核心的中心軸，因為它以非常大的角度反彈。它們通常與多模不同，因為它們使用黃色外套。

現在，按照它的設計，也有兩種。鬆散結構的光纖是其中光纖束鬆散地位於引導它們通過的管內的光纖。該管可以是中空的或內部具有疏水材料，因此它可以保護光纖免受濕氣的影響。

相比之下，緊密結構的光纜由多根光纖束的連接組成，這些光纖束分別用外罩和護套覆蓋。這些線圍繞著一個中心部分，而這整套又由一個外層保護。

在光纖通信系統中，有一些組件是成功傳輸所必需的。在這些組件中，有光發射器，例如 LED 或激光器，光電轉換器，負責將電信號轉換為光信號，然後通過光纖發送，然後將接收到的光信號再次轉換為電信號。

此外，還有以下光學探測器：

密碼
APD
矽
鍺
其他材質

拋光的類型取決於位於光纖末端的連接器，它們可以根據拋光類型進行分類。

普萊諾
PC（身體接觸）
SPC（超級PC）
UPC（超PC）
增強的 UPC
APC（斜角PC）

連接器是允許光纖連接到終端設備的元件。光纖中常用的連接器，特別是用於局域網的連接器是 ST、LC、FC 和 SC 連接器。

在電信行業和電子行業中，光纖電纜是替代同軸電纜的最可行的替代方案。即使是 8 根光纖的電纜仍然比傳統電纜小得多。一根光纜傳輸的信息量相當於60根1623對銅纜或4根8管同軸電纜發送的信息。

機械接頭：這種接頭由一種套管組成，其中引入了兩根光纖，並通過機械扭絞將兩個纖芯連接起來。與此熔接時間相關的損耗約為 0,5 dB。

用膠水拼接：在這種情況下，使用一種特殊的透明膠水，可以將光纖的兩端連接起來，並用某種類型的外部增強材料保護該接頭。它的損耗為 0.2 dB，但通常不是很可靠，因為膠水可能會再次脫落。

熔接：熔接器能夠觀察末端是否有任何污染劑或是否需要更精細的拋光，或者纖維之間是否應該有更好的對齊方式。然後，它繼續僅加熱該區域，熔化光纖並從而連接其芯部。該接頭的損耗為 0.02 dB。

光纜將扮演的角色將決定其結構。然而，即使它們可以用於不同的功能，所有的光纜也有許多共同的元素，它們是二次塗層、內部光纖、有助於光纜加固和結構的元素、組合在一起的護套所有纖維紗線和防潮材料。

有一些元素可以在光纖電纜的結構和加固中提供支撐。用作光纖必須遵循的路徑的中心引導的結構元件。光纖要么沿著這個結構分佈，要么圍繞它編織。通常，這些結構具有用作光纖額外導向裝置的通道或凹槽。

加強元件為光纜提供額外的加強，以便將其與可能受到的牽引力隔離，此外，沒有可能在芯中產生斷裂的顯著伸長。