光導纖維的主要成分是什麽
直到1960年,美國科學家Maiman發明了世界上第壹臺激光器後,為光通訊提供了良好的光源。隨後二十多年,人們對光傳輸介質進行了攻關,終於制成了低損耗光纖,從而奠定了光通訊的基石。從此,光通訊進入了飛速發展的階段。
前香港中文大學校長高錕於1965年在壹篇論文中提出以石英基玻璃纖維作長程信息傳遞,將帶來壹場通訊業的革命,並提出當玻璃纖維損耗率下降到20分貝/公裏時,光導纖維通訊(即現在所謂的光纖通訊)就會成功。引發了光導纖維的研發熱潮,1970年康寧公司最先發明並制造出世界第壹根可用於光通信的光纖,使光纖通信得以廣泛應用。被視為光纖通信的裏程碑之壹,高錕也因此被國際公認為“光纖之父”,高錕也因此獲得2009年諾貝爾物理學獎。
光導纖維是壹種透明的玻璃纖維絲,直徑只有1~100μm左右。它是由內芯和外套兩層組成,內芯的折射率大於外套的折射率,光由壹端進入,在內芯和外套的界面上經多次全反射,從另壹端射出。
光導纖維為混合物,屬於非晶體。
通信用的激光壹般在特殊的管道-------光導纖維裏傳播。目前,光導纖維的主要成分是二氧化矽。
光纖傳輸有許多突出的優點:
頻帶寬
頻帶的寬窄代表傳輸容量的大小。
載波的頻率越高,可以傳輸信號的頻帶寬度就越大。在VHF頻段,載波頻率為48.5MHz~300Mhz。帶寬約250MHz,只能傳輸27套電視和幾十套調頻廣播。可見光的頻率達100000GHz,比VHF頻段高出壹百多萬倍。盡管由於光纖對不同頻率的光有不同的損耗,使頻帶寬度受到影響,但在最低損耗區的頻帶寬度也可達30000GHz。目前單個光源的帶寬只占了其中很小的壹部分(多模光纖的頻帶約幾百兆赫,好的單模光纖可達10GHz以上),采用先進的相幹光通信可以在30000GHz範圍內安排2000個光載波,進行波分復用,可以容納上百萬個頻道。
損耗低
在同軸電纜組成的系統中,最好的電纜在傳輸800MHz信號時,每公裏的損耗都在40dB以上。相比之下,光導纖維的損耗則要小得多,傳輸1.31um的光,每公裏損耗在0.35dB以下若傳輸1.55um的光,每公裏損耗更小,可達0.2dB以下。這就比同軸電纜的功率損耗要小壹億倍,使其能傳輸的距離要遠得多。此外,光纖傳輸損耗還有兩個特點,壹是在全部有線電視頻道內具有相同的損耗,不需要像電纜幹線那樣必須引人均衡器進行均衡;二是其損耗幾乎不隨溫度而變,不用擔心因環境溫度變化而造成幹線電平的波動。
重量輕
因為光纖非常細,單模光纖芯線直徑壹般為4um~10um,外徑也只有125um,加上防水層、加強筋、護套等,用4~48根光纖組成的光纜直徑還不到13mm,比標準同軸電纜的直徑47mm要小得多,加上光纖是玻璃纖維,比重小,使它具有直徑小、重量輕的特點,安裝十分方便。
抗幹擾能力強
因為光纖的基本成分是石英,只傳光,不導電,不受電磁場的作用,在其中傳輸的光信號不受電磁場的影響,故光纖傳輸對電磁幹擾、工業幹擾有很強的抵禦能力。也正因為如此,在光纖中傳輸的信號不易被竊聽,因而利於保密。
保真度高
因為光纖傳輸壹般不需要中繼放大,不會因為放大引來新的非線性失真。只要激光器的線性好,就可高保真地傳輸電視信號。實際測試表明,好的調幅光纖系統的載波組合三次差拍比C/CTB在70dB以上,交調指標cM也在60dB以上,遠高於壹般電纜幹線系統的非線性失真指標。
工作性能可靠
我們知道,壹個系統的可靠性與組成該系統的設備數量有關。設備越多,發生故障的機會越大。因為光纖系統包含的設備數量少(不像電纜系統那樣需要幾十個放大器),可靠性自然也就高,加上光纖設備的壽命都很長,無故障工作時間達50萬~75萬小時,其中壽命最短的是光發射機中的激光器,最低壽命也在10萬小時以上。故壹個設計良好、正確安裝調試的光纖系統的工作性能是非常可靠的。
成本不斷下降
目前,有人提出了新摩爾定律,也叫做光學定律(Optical Law)。該定律指出,光纖傳輸信息的帶寬,每6個月增加1倍,而價格降低1倍。光通信技術的發展,為Internet寬帶技術的發展奠定了非常好的基礎。這就為大型有線電視系統采用光纖傳輸方式掃清了最後壹個障礙。由於制作光纖的材料(石英)來源十分豐富,隨著技術的進步,成本還會進壹步降低;而電纜所需的銅原料有限,價格會越來越高。顯然,今後光纖傳輸將占絕對優勢,成為建立全省、以至全國有線電視網的最主要傳輸手段。
噪聲小
光導纖維傳播信息時發出的噪聲很小。在傳輸信息容量非常大時,光導纖維也不會發出大的噪音。
光纖傳導光的能力非常強,能利用光纜通訊,能同時傳播大量信息。例如壹條光纜通路同時可容納十億人通話,也可同時傳送多套電視節目。光纖的抗幹擾性能好,不發生電輻射,通訊質量高,能防竊聽。光纜的質量小而細,不怕腐蝕,鋪設也很方便,因此是非常好的通訊材料。目前許多國家已使用光纜作為長途通訊幹線。中國也開始生產光導纖維,並在部分地區和城市投入使用。隨著時代的進步和科學的發展,光纖通訊必將大為普及。
光纖除了可以用於通訊外,還可以用於醫療、信息處理、傳能傳像、遙測遙控、照明等許多方面。例如,可將光導纖維內窺鏡導入心臟,測量心臟中的血壓、溫度等。在能量和信息傳輸方面,光導纖維也得到了廣泛的應用。