光纤和光缆知识技术培训2024年11月N2N1N1＞N2图1-1光纤导光原理概述所谓光通信就是利用光波载送信息的通信。在载波技术方面，电磁波的通信已广泛应用于广播、电视等领域，本世纪末，随着数字技术的进步，出现了移动通信等数字无线电波技术。在另一方面，光波作为一种波长很短的无线电波，同样也得到技术突破，目前已成为新一代的有线通信载波。光通信技术的进步，推动了整个信息产业的飞速发展。光纤发展概况1960年，梅曼（T.H.Maiman）发明了红宝石激光器，产生了单色相干光，实现了高速的光调制。美国林肯实验室首先研制出利用氦氖激光器通过大气传输彩色电视，利用大气传输光信号具有以下的缺点：气候严重影响通信，如雾天；大气的密度不均匀，传输不稳定；传输设备之间要求没有阻隔利用大气传输光波的思想实际上是电磁波传输的技术，光波实质上是频率极高的电磁波（3×1014Hz），其通信的容量比一般的电磁波大万倍以上，如果光通信能够实现，它将具有划时代的意义。早期，为了避免大气对光传输的干扰，研制了透镜光波导的技术，利用管子进行光传输，在一定距离上设置聚焦透镜，汇聚散射光和诱导光转折，但振动和温度又严重影响了光传输。这种思想，被后来采用直至成功研制成光导纤维。1966年，英籍华人高锟（C.K.Kao）和Hockham实验证明利用玻璃可以制作光导纤维（OpticFiber）。但当时的玻璃衰减达1000dB/km，无法用于传输，后经过美国贝尔实验室主席IanRoss、英国电信研究所（BTRL，BPO）和美国康宁玻璃公司（CORNING）的Maurer等合作，于1970年首先研制成功衰减为20dB/km的光纤，取得重大突破。之后，各发达国家纷纷开展光纤通信研究，出现了多组成份玻璃光纤、塑料光纤、液芯光纤等，其中利用介质全反射原理导光的石英光纤被广泛采用。石英光纤衰减小，性能高，强度大，见图1-1。要实现长距离的光纤通信，必须减少光纤的衰减。高锟指出降低玻璃内过度金属杂质离子是降低光纤衰减的主要因素，1974年，光纤衰减降低到2dB/km。1976年通过研究发现降低玻璃内的OH离子含量就出现地衰减的长波长双窗口：1.3μm和1.55μm。在1980年，1.55μm波长光纤衰减达到0.2dB/km，接近理论值。80年代中，又发现水分和潮气长期接触光纤会扩散到石英光纤内，从而使光纤衰减增大且强度降低。于是采用注入油膏于光纤套管中隔绝水气，制成品质完善的光缆用于工程。要实现大容量的通信，要求光纤有很宽的带宽。单模（SM：SingleMode）光纤的带宽最宽，是理想的传输介质。但是单模光纤纤芯很细，70年代工艺无法做到，因此，多模（MM：MultiMode）光纤较早应用，光在多模光纤里各模式间存在光程差，造成输出的光信号带宽不宽。1976年日本研制成渐变型（又称自聚焦型，SELFCO）光纤，光纤的带宽达到KHz/km数量级。80年代，单模光纤研制成功，带宽增大到10KHz/km，这一成就使大容量光通信成为可能，80年代中，零色散波长为1.55μm的光纤研制成功，光纤通信实现长距离超大容量传输。70年代，光纤的低衰减窗口在近红外区0.85μm的短光波，光源采用GaAlAs（镓铝砷）注入式半导体激光器（LD：LaserDiode）），但是寿命很短。直到研制成功可连续运行的GaAlAs双异质结注入式激光器（Hayashi等），同时也发展了GaAlAs发光二极管（LED：Burrus），LED寿命长，价格低，但谱线宽，速率低，功率笑，属于非相干光源。80年代，研究出了InGaAsP（铟镓砷磷）长波长激光器和LED，现已广泛应用。光检测器是光接收的主要器件，用于将光信号转变为电信号。主要有用于短波长的Si-PIN管和Si-APD雪崩光电二极管以及适用于长波长的InGaAs/InP的PIN管和APD管，还有Ge-APD管。由于工程上的需要，各式各样的光无源器件和光仪表也相应出现。如：光活动连接器，光衰减器、光纤熔接机和光时域反射测试仪等。光纤通信1976年，美国首先在亚特兰大建成距离为10公里，码率为44Mbit/s的光纤通信系统，80年代，许多国家都建成商用的通信系统。在此中，发现利用激光器和多模光纤，当光纤机械振动则接收的光信号随机起伏，出现所谓“模式噪声”，因此，用单模光纤的传输介质和激光器光源成为光纤通信的基本方式，80年代中，还发现FP型激光...
