光纖的色散特性

Ⅰ 光纖色散的分類

光纖色散的定義

在光纖中傳輸的光信號（脈沖）的不同頻率成分或不同的模式分量以不同的速度傳播，到達一定距離後必然產生信號失真（脈沖展寬），這種現象稱為光纖的色散或彌散。光纖中傳輸的光信號具有一定的頻譜寬度，也就是說光信號具有許多不同的頻率成分。同時，在多模光纖中，光信號還可能由若干個模式疊加而成，也就是說上述每一個頻率成份還可能由若干個模式分量來構成。

光纖色散的種類

1、模式色散

多模傳輸時，光纖各模式在同一波長下，因傳輸常數的切線分量不同，群速不同所引起的色散。多模光纖中，以不同角度射入光纖的射線在光纖中形成不同的模式。光纖基本結構中的圖畫出了三條不同角度的子午射線。其中沿軸心傳輸的射線為最低次模，其切線方向的傳輸速度（即群速）最快，首先到達終端。沿剛好產生全反射角度傳輸的射線為最高次模，其切線方向的傳輸速度最慢，最晚到達終端。它們到達終端的時間就有差異，模式間的這種時間差或時延差就叫做模式色散，或稱模間色散。

多模光纖的色散用光纖帶寬（MHzkm）表示，帶寬是從頻域特性表示光纖色散大小的。

信號不是單一模式會引起模式色散。多模光纖中，模式色散在三種色散中是主要的。

2、材料色散

是光纖材料的折射率隨頻率（波長）而變，可使信號的各頻率（波長）群速度不同引起色散。

3、波導色散

某個模式本身，由於傳輸的是有一定寬度頻帶，不同頻率下傳輸常數的切線分量不同，群速不同所引起的色散。

材料色散和波導色散在實際情況下很難截然分開，所以在許多情況下將這二種色散統稱為模內色散。

這四種色散作用還相互影響，由於材料折射率n是波長λ（或頻率w）的非線性函數，d2n/d2λ≠0，於是不同頻率的光波傳輸的群速度不同，所導致的色散成為材料色散。

由於導引模的傳播常數β是波長λ（或頻率w）的非線性函數，使得該導引模的群速度隨著光波長的變化而變化，所產生的色散成為波導色散（或結構色散）。

4、偏振模色散

指光纖中偏振色散，簡稱PMD（polarizationmodedispersion），它是由於實際的光纖中基模含有兩個相互垂直的偏振模，沿光纖傳播過程中，由於光纖難免受到外部的作用，如溫度和壓力等因素變化或擾動，使得兩模式發生耦合，並且它們的傳播速度也不盡相同，從而導致光脈沖展寬，引起信號失真。

不同的導引模的群速度不同引起的色散成為模間色散，模間色散只存在與多模光纖中。

色散限制了光纖的帶寬—距離乘積值。色散越大，光纖中的帶寬—距離乘積越小，在傳輸距離一定（距離由光纖衰減確定）時，帶寬就越小，帶寬的大小決定傳輸信息容量的大小。

Ⅱ 為什麼說漸變型光纖的色散特性要優於階躍型光纖的色散特性

色散與光纖的幾何尺寸和折射率有關！階躍多模光纖的主要缺點是存在大的模間色散，光纖帶寬很窄，而單模光纖沒有模間色散只有模內色散，所以帶寬很寬。但是單模光纖芯徑很小，所以光耦合進光纖是很困難的，所以才研發出多模漸變光纖。至於漸變多模光纖為什麼模間色散很小，可以看下它們的傳輸路徑。漸變多模光纖雖然各模光線路徑不同，到但傳輸速度也不同，到達終點所用時間基本一樣，所以模間色散很小！

Ⅲ 信號在光纖中傳播的色散特性是怎樣描述的

由於光纖中所傳信號的不同頻率成分，或信號能量的各種模式成分，在傳輸過程中，因專群速度不同屬互相散開，引起傳輸信號波形失真，脈沖展寬的物理現象稱為色散。光纖色散的存在使傳輸的信號脈沖畸變，從而限制了光纖的傳輸容量和傳輸帶寬。從機理上說，光纖色散分為材料色散，波導色散和模式色散。前兩種色散由於信號不是單一頻率所引起，後一種色散由於信號不是單一模式所引起。

Ⅳ 光纖的光學特性包含哪幾項

光纖光學特性參數測試

(1)單模光纖模場直徑的測試方法

模場直徑是單模光纖基模（LP01）模場強度空間分布的一種度量，它取決於該光纖的特性。

模場直徑（MFD）可在遠場用遠場光強分布Pm(θ)、互補孔徑功率傳輸函數α(θ)和在近場用近場光強分布f2(r)來測定。模場直徑定義與測量方法嚴格相關。

單模光纖模場直徑的測試方法有三種。

●直接遠場掃描法

直接遠場掃描法是測量單模光纖模場直徑的基準試驗方法（RTM）。它直接按照柏特曼（Petermann）遠場定義，通過測量光纖遠場輻射圖計算出單模光纖的模場直徑。

●遠場可變孔徑法

遠場可變孔徑法是測量單模光纖模場直徑的替代試驗方法（ATM）。它通過測量光功率穿過不同尺寸孔徑的兩維遠場圖計算出單模光纖的模場直徑，計算模場直徑的數學基礎是柏特曼遠場定義。

●近場掃描法

近場掃描法是測量單模光纖模場直徑的替代試驗方法（ATM）。它通過測量光纖徑向近場圖計算出單模光纖的模場直徑，計算模場直徑的數學基礎是柏特曼遠場定義。

一般商用儀表模場直徑測試方法是遠場變孔徑法(VAFF)。

測試中使用的儀表是光纖模場直徑和衰減譜測量儀。測試步驟如下：

●准備2m（0.2m）的光纖樣品，兩端剝除被覆層，放在光纖夾具中，用專用光纖切割刀切割出平整的端面。

●將被測光纖連接入測量儀的輸入和輸出端，檢查光接收端的聚焦狀態，如果曲線不在屏幕的正中央或光纖端面不夠清晰，則需要進行位置和焦距的調整。

●在光源的輸出端保持測試光纖的注入條件不變，打一個半徑30mm的小環，濾除LP11模的影響，進行模場直徑的測試。

通過分析得到光纖模場直徑的測試數據。

（2）單模光纖截止波長和成纜單模光纖截止波長的測試方法

測量單模光纖的截止波長和成纜單模光纖的截止波長的測試方法是傳輸功率法。

當光纖中的模大體上被均勻激勵情況下，包括注入較高次模在內的總光功率與基模光功率之比隨波長減小到規定值（0.1dB）時所對應的較大波長就是截止波長。傳輸功率法根據截止波長的定義，在一定條件下，把通過被測光纖（或光纜）的傳輸功率與參考傳輸功率隨波長的變化相比較，得出光纖（或光纜）的截止波長值。

一般商用儀表模場直徑測試方法是傳輸功率法。

測試中使用的儀表是光纖模場直徑和衰減譜測量儀。測試步驟如下：

①在樣品制備時，單模光纖的截止波長的測試使用2m（0.2m）的光纖樣品，成纜單模光纖的截止波長的測試使用22m的已成纜單模光纖。

②將測試光纖的兩端剝除被覆層, 放在光纖夾具中，用專用光纖切割刀切割出平整的端面。

③將被測光纖連接入測量儀的輸入和輸出端, 檢查光接收端的聚焦狀態, 如果曲線不在其屏幕的正中央或光纖端面不夠清晰, 則需要進行位置和焦距的調整。

④先在測試光纖不打小環的情況下，測試參考傳輸功率。

⑤再將測試光纖在注入端打一個半徑30mm的小環，濾除LP11模的影響，測試此時的傳輸功率。

⑥將兩條傳輸功率測試曲線相比較，通過數據分析處理，得到光纖（或光纜）的截止波長值。

光纖傳輸特性參數測試

(1)衰減的測試方法

衰減是光纖中光功率減少量的一種度量，它取決於光纖的性質和長度，並受測量條件的影響。衰減的主要測試方法如下：

●截斷法

截斷法是測量光纖衰減特性的基準試驗方法（RTM），在不改變注入條件時測出通過光纖兩橫截面的光功率，從而直接得到光纖衰減。

●插入損耗法

插入損耗法是測量光纖衰減特性的替代試驗方法（ATM），原理上類似於截斷法，但光纖注入端的光功率是注入系統輸出端的出射光功率。測得的光纖衰減中包含了試驗裝置的衰減，必須分別用附加連接器損耗和參考光纖段損耗對測量結果加以修正。

●後向散射法

後向散射法是測量光纖衰減特性的替代試驗方法（ATM），它測量從光纖中不同點後向散射至該光纖始端的後向散射光功率。這是一種單端測量方法。

一般商用儀表衰減的測試方法是截斷法和後向散射法。

截斷法測試中使用的儀表是光纖模場直徑和衰減譜測量儀。測試步驟如下：

①准備不短於1km或更長一些（一般一個光纖盤長：25km）的光纖樣品，兩端剝除被覆層, 放在光纖夾具中，用專用光纖切割刀切割出平整的端面。

②將測試光纖盤的外端光纖通過專用夾具連接儀表的發射端，將測試光纖盤的內端光纖通過專用夾具連接儀表的接收端，檢查光接收端的聚焦狀態, 如果曲線不在屏幕的正中央或光纖端面不夠清晰, 則需要進行位置和焦距的調整。

③在光纖注入端打一個半徑30mm的小環，濾除LP11模的影響，測試此時的傳輸功率。

④保持光源的注入狀態不變（在光纖注入端打一個半徑30mm的小環），將測試光纖樣品截斷為2m的試樣，光纖通過專用夾具連接儀表的接收端，檢查光接收端的聚焦狀態, 如果曲線不在屏幕的正中央或光纖端面不夠清晰，則需要進行位置和焦距的調整。測試此時的傳輸功率。

將兩條傳輸功率測試曲線相比較，通過數據分析處理，得到光纖在1310nm和1550nm波段的衰減譜特性。

後向散射法測試中使用的儀表是光時域反射計。測試步驟如下：

①將測試光纖盤的外端通過熔接光纖連接器或裸纖適配器，接入光時域反射計進行測試。

②測試中光時域反射計使用最小二乘法（LSA）計算光纖的衰減，此方法可忽略光纖中可能的熔接或接頭損耗對光纖鏈路測試造成的影響。

③如需分段測試光纖鏈路的衰減可使用兩點法進行測試。

④光纖衰減測試中，應選擇光纖測試曲線中的線性區域，避開測試曲線近端的飽和區域和末端的反射區域，測試兩點間的光纖衰減（dB/km）。

⑤更改光時域反射計的測試波長，分別對1310nm和1550nm波長處的光纖衰減特性進行測試分析。

實際測試中，可以通過截斷法和後向散射法兩種測試方法驗證光纖衰減的測試數據。對於帶有光纖連接器的測試光纖樣品，為了不破壞已安裝的光纖連接器，則只能使用後向散射法進行單端非破壞性測試。

波長色散的測試方法

波長色散是由組成光源譜的不同波長的光波以不同群速度傳輸引起的光纖中每單位光源譜寬的光脈沖展寬，用ps/nm表示。它取決於該光纖的特性和長度。波長色散的主要測試方法如下：

●相移法

相移法是測量光纖波長色散的基準試驗方法（RTM）。它在頻域中通過檢測、記錄和處理不同波長正弦調制信號的相移來測量不同波長信號的群時延，從而推導出光纖波長色散。

●脈沖時延法

脈沖時延法是測量光纖波長色散的替代試驗方法（ATM）。它在時域中通過直接檢測、記錄和處理不同波長脈沖信號的群時延，從而推導出光纖波長色散。

●微分相移法

微分相移法是測量光纖波長色散的替代試驗方法（ATM）。它在1000nm~1700nm波長范圍內由兩個相近波長間的微分群時延來測量特定波長上的波長色散系數。

一般商用儀表波長色散的測試方法是相移法。

測試中使用的設備是色散測量儀。測試步驟如下：

①測試光纖樣品應不短於1km。光纖兩端做好光纖連接器。

②在色散測試時應先用兩根標准光纖跳線分別連接色散測量儀的輸入端和輸出端，通過法蘭盤連接兩根光纖跳線的另一端，將色散測量儀自環，測試此時的參考值。

③再將測試光纖通過法蘭盤接入光纖環路。

④根據測試光纖樣品，設定光纖類型；數據擬合方式；光纖測試中的群折射率；測試光纖長度；；測試波長范圍；波長間隔等。

⑤測試光纖的零色散波長、零色散斜率和色散系數等。通過對測試數據的分析處理得到光纖的色散特性。

光纖參數測試中的不確定度評定方法：光纖參數測試中的不確定度評定一般參考下面提到的方法進行。主要考慮測量儀器引入的不確定度和測量重復性兩方面因素。

光纖參數測試中普遍存在的問題

以單模光纖B1.1類（即非色散位移單模光纖）、B1.3類（即波長段擴展的非色散位移單模光纖）和B4類（即非零色散位移單模光纖）為例說明光纖參數測試中普遍存在的問題。光纖參數測試中普遍存在的問題是單模光纖的截止波長指標超標的問題。

根據國內光纖光纜標准，截止波長可分為光纜截止波長λCC、光纖截止波長λC和跳線光纜截止波長λCj，光纖光纜的截止波長指標應符合表二中的相應規定。光纜使用長度不小於22m時應符合表二中λCC規定，使用長度小於22m但不小於2m時應符合表二中λCj規定，使用長度小於2m時應符合表二中λC規定，以防止傳輸時可能產生的模式雜訊。

在對國內光纖光纜廠商光纜產品的委託測試中，在四種規格的光纜產品中以192芯（其中B1類光纖178芯，B4類光纖14芯）為抽樣基數，隨機抽取B1類光纖樣品12根，B4類光纖樣品4根，測試單模光纖的截止波長參數。測試結果中單模光纖的截止波長普遍存在超標現象。

在對國內光纖光纜廠商光纜產品的委託測試中，在四種規格的光纜產品中以192芯（其中B1類光纖178芯，B4類光纖14芯）為抽樣基數，隨機抽取B1類光纖樣品12根，B4類光纖樣品4根，測試單模光纖的截止波長參數。測試結果中單模光纖的截止波長普遍存在超標現象。

Ⅳ 如何用時域特性法來描述光纖的色散效應

對光纖參數的測試方法參照國標中相關的試驗方法進行，下面列舉出一些光纖基本參數的測試方法。光纖的特性參數中，幾何特性參數對光纖的包層直徑、包層不圓度、芯/包層同心度誤差的測試方法做出相關說明；光學特性參數對模場直徑、單模光纖的截止波長、成纜單模光纖的截止波長的測試方法做出相關說明；傳輸特性參數對光纖的衰減、波長色散的測試方法做出相關說明。2.1、光纖幾何特性參數測試光纖的折射率分布、包層直徑、包層不圓度、芯/包層同心度誤差的測試方法。測量包層直徑、包層不圓度、芯/包層同心度誤差的測試方法是折射近場法、橫向干涉法和近場光分布法（橫截面幾何尺寸測定）。光纖的折射率分布、包層直徑、包層不圓度、芯/包層同心度誤差的測試方法有三種。●折射近場法折射近場法是多模光纖和單模光纖折射率分布測定的基準試驗方法（RTM），也是多模光纖尺寸參數測定的基準試驗方法和單模光纖尺寸參數測定的替代試驗方法（ATM）。折射近場測量是一種直接和精確的測量。它能直接測量光纖（纖芯和包層）橫截面折射率變化，具有高解析度，經定標可給出折射率絕對值。由折射率剖面圖可確定多模光纖和單模光纖的幾何參數及多模光纖的最大理論數值孔徑。●橫向干涉法橫向干涉法是折射率剖面和尺寸參數測定的替代試驗方法（ATM）。橫向干涉法採用干涉顯微鏡，在垂直於光纖試樣軸線方向上照明試樣，產生干涉條紋，通過視頻檢測和計算機處理獲取折射率剖面。●近場光分布法這種方法是多模光纖幾何尺寸測定的替代試驗方法（ATM）和單模光纖幾何尺寸（除模場直徑）測定的基準試驗方法（RTM）。通過對被測光纖輸出端面上近場光分布進行分析，確定光纖橫截面幾何尺寸參數。可以採用灰度法和近場掃描法。灰度法用視頻系統實現兩維（x-y）近場掃描，近場掃描法只進行一維近場掃描。由於纖芯不圓度的影響，近場掃描法與灰度法得出的纖芯直徑可能有差別。纖芯不圓度可以通過多軸掃描來確定。一般商用儀表折射率分布的測試方法是折射近場法。測試中使用的儀表是光纖幾何參數和折射率分布測量儀。測試步驟如下：①試樣制備時應注意試樣端面清潔、光滑並垂直於光纖軸。②測量包層時，端面傾斜角應小於1°。控制端面損傷，使其對測量精度的影響最小。③注意避免光纖的小彎曲。④將被測光纖剝除被覆層，用專用光纖切割刀切割出平整的端面, 放入光纖樣品盒中，樣品盒中注入折射率稍高於光纖包層折射率的折射率匹配液。⑤將光纖樣品盒垂直放在光纖折射率分布測量儀的光源和光探測器之間，進行x-y方向的掃描測試。⑥通過分析得到光纖折射率分布、包層直徑、包層不圓度、芯/包層同心度誤差的測試數據。2.2、光纖光學特性參數測試(1)單模光纖模場直徑的測試方法模場直徑是單模光纖基模（LP01）模場強度空間分布的一種度量，它取決於該光纖的特性。模場直徑（MFD）可在遠場用遠場光強分布Pm(θ)、互補孔徑功率傳輸函數α(θ)和在近場用近場光強分布f2(r)來測定。模場直徑定義與測量方法嚴格相關。單模光纖模場直徑的測試方法有三種。●直接遠場掃描法直接遠場掃描法是測量單模光纖模場直徑的基準試驗方法（RTM）。它直接按照柏特曼（Petermann）遠場定義，通過測量光纖遠場輻射圖計算出單模光纖的模場直徑。●遠場可變孔徑法遠場可變孔徑法是測量單模光纖模場直徑的替代試驗方法（ATM）。它通過測量光功率穿過不同尺寸孔徑的兩維遠場圖計算出單模光纖的模場直徑，計算模場直徑的數學基礎是柏特曼遠場定義。●近場掃描法近場掃描法是測量單模光纖模場直徑的替代試驗方法（ATM）。它通過測量光纖徑向近場圖計算出單模光纖的模場直徑，計算模場直徑的數學基礎是柏特曼遠場定義。一般商用儀表模場直徑測試方法是遠場變孔徑法(VAFF)。測試中使用的儀表是光纖模場直徑和衰減譜測量儀。測試步驟如下：●准備2m（±0.2m）的光纖樣品，兩端剝除被覆層，放在光纖夾具中，用專用光纖切割刀切割出平整的端面。●將被測光纖連接入測量儀的輸入和輸出端，檢查光接收端的聚焦狀態，如果曲線不在屏幕的正中央或光纖端面不夠清晰，則需要進行位置和焦距的調整。●在光源的輸出端保持測試光纖的注入條件不變，打一個半徑30mm的小環，濾除LP11模的影響，進行模場直徑的測試。通過分析得到光纖模場直徑的測試數據。（2）單模光纖截止波長和成纜單模光纖截止波長的測試方法測量單模光纖的截止波長和成纜單模光纖的截止波長的測試方法是傳輸功率法。當光纖中的模大體上被均勻激勵情況下，包括注入較高次模在內的總光功率與基模光功率之比隨波長減小到規定值（0.1dB）時所對應的較大波長就是截止波長。傳輸功率法根據截止波長的定義，在一定條件下，把通過被測光纖（或光纜）的傳輸功率與參考傳輸功率隨波長的變化相比較，得出光纖（或光纜）的截止波長值。一般商用儀表模場直徑測試方法是傳輸功率法。測試中使用的儀表是光纖模場直徑和衰減譜測量儀。測試步驟如下：①在樣品制備時，單模光纖的截止波長的測試使用2m（±0.2m）的光纖樣品，成纜單模光纖的截止波長的測試使用22m的已成纜單模光纖。②將測試光纖的兩端剝除被覆層, 放在光纖夾具中，用專用光纖切割刀切割出平整的端面。③將被測光纖連接入測量儀的輸入和輸出端, 檢查光接收端的聚焦狀態, 如果曲線不在其屏幕的正中央或光纖端面不夠清晰, 則需要進行位置和焦距的調整。④先在測試光纖不打小環的情況下，測試參考傳輸功率。⑤再將測試光纖在注入端打一個半徑30mm的小環，濾除LP11模的影響，測試此時的傳輸功率。⑥將兩條傳輸功率測試曲線相比較，通過數據分析處理，得到光纖（或光纜）的截止波長值。2.3、光纖傳輸特性參數測試(1)衰減的測試方法衰減是光纖中光功率減少量的一種度量，它取決於光纖的性質和長度，並受測量條件的影響。衰減的主要測試方法如下：●截斷法截斷法是測量光纖衰減特性的基準試驗方法（RTM），在不改變注入條件時測出通過光纖兩橫截面的光功率，從而直接得到光纖衰減。●插入損耗法插入損耗法是測量光纖衰減特性的替代試驗方法（ATM），原理上類似於截斷法，但光纖注入端的光功率是注入系統輸出端的出射光功率。測得的光纖衰減中包含了試驗裝置的衰減，必須分別用附加連接器損耗和參考光纖段損耗對測量結果加以修正。●後向散射法後向散射法是測量光纖衰減特性的替代試驗方法（ATM），它測量從光纖中不同點後向散射至該光纖始端的後向散射光功率。這是一種單端測量方法。一般商用儀表衰減的測試方法是截斷法和後向散射法。截斷法測試中使用的儀表是光纖模場直徑和衰減譜測量儀。測試步驟如下：①准備不短於1km或更長一些（一般一個光纖盤長：25km）的光纖樣品，兩端剝除被覆層, 放在光纖夾具中，用專用光纖切割刀切割出平整的端面。②將測試光纖盤的外端光纖通過專用夾具連接儀表的發射端，將測試光纖盤的內端光纖通過專用夾具連接儀表的接收端，檢查光接收端的聚焦狀態, 如果曲線不在屏幕的正中央或光纖端面不夠清晰, 則需要進行位置和焦距的調整。③在光纖注入端打一個半徑30mm的小環，濾除LP11模的影響，測試此時的傳輸功率。④保持光源的注入狀態不變（在光纖注入端打一個半徑30mm的小環），將測試光纖樣品截斷為2m的試樣，光纖通過專用夾具連接儀表的接收端，檢查光接收端的聚焦狀態, 如果曲線不在屏幕的正中央或光纖端面不夠清晰，則需要進行位置和焦距的調整。測試此時的傳輸功率。將兩條傳輸功率測試曲線相比較，通過數據分析處理，得到光纖在1310nm和1550nm波段的衰減譜特性。後向散射法測試中使用的儀表是光時域反射計。測試步驟如下：①將測試光纖盤的外端通過熔接光纖連接器或裸纖適配器，接入光時域反射計進行測試。②測試中光時域反射計使用最小二乘法（LSA）計算光纖的衰減，此方法可忽略光纖中可能的熔接或接頭損耗對光纖鏈路測試造成的影響。③如需分段測試光纖鏈路的衰減可使用兩點法進行測試。④光纖衰減測試中，應選擇光纖測試曲線中的線性區域，避開測試曲線近端的飽和區域和末端的反射區域，測試兩點間的光纖衰減（dB/km）。⑤更改光時域反射計的測試波長，分別對1310nm和1550nm波長處的光纖衰減特性進行測試分析。實際測試中，可以通過截斷法和後向散射法兩種測試方法驗證光纖衰減的測試數據。對於帶有光纖連接器的測試光纖樣品，為了不破壞已安裝的光纖連接器，則只能使用後向散射法進行單端非破壞性測試。（2）波長色散的測試方法波長色散是由組成光源譜的不同波長的光波以不同群速度傳輸引起的光纖中每單位光源譜寬的光脈沖展寬，用ps/nm表示。它取決於該光纖的特性和長度。波長色散的主要測試方法如下：●相移法相移法是測量光纖波長色散的基準試驗方法（RTM）。它在頻域中通過檢測、記錄和處理不同波長正弦調制信號的相移來測量不同波長信號的群時延，從而推導出光纖波長色散。●脈沖時延法脈沖時延法是測量光纖波長色散的替代試驗方法（ATM）。它在時域中通過直接檢測、記錄和處理不同波長脈沖信號的群時延，從而推導出光纖波長色散。●微分相移法微分相移法是測量光纖波長色散的替代試驗方法（ATM）。它在1000nm~1700nm波長范圍內由兩個相近波長間的微分群時延來測量特定波長上的波長色散系數。一般商用儀表波長色散的測試方法是相移法。測試中使用的設備是色散測量儀。測試步驟如下：①測試光纖樣品應不短於1km。光纖兩端做好光纖連接器。②在色散測試時應先用兩根標准光纖跳線分別連接色散測量儀的輸入端和輸出端，通過法蘭盤連接兩根光纖跳線的另一端，將色散測量儀自環，測試此時的參考值。③再將測試光纖通過法蘭盤接入光纖環路。④根據測試光纖樣品，設定光纖類型；數據擬合方式；光纖測試中的群折射率；測試光纖長度；；測試波長范圍；波長間隔等。⑤測試光纖的零色散波長、零色散斜率和色散系數等。通過對測試數據的分析處理得到光纖的色散特性。光纖參數測試中的不確定度評定方法：光纖參數測試中的不確定度評定一般參考下面提到的方法進行。主要考慮測量儀器引入的不確定度和測量重復性兩方面因素。3、光纖參數測試中普遍存在的問題以單模光纖B1.1類（即非色散位移單模光纖）、B1.3類（即波長段擴展的非色散位移單模光纖）和B4類（即非零色散位移單模光纖）為例說明光纖參數測試中普遍存在的問題。光纖參數測試中普遍存在的問題是單模光纖的截止波長指標超標的問題。

根據國內光纖光纜標准，截止波長可分為光纜截止波長λCC、光纖截止波長λC和跳線光纜截止波長λCj，光纖光纜的截止波長指標應符合表二中的相應規定。光纜使用長度不小於22m時應符合表二中λCC規定，使用長度小於22m但不小於2m時應符合表二中λCj規定，使用長度小於2m時應符合表二中 λC規定，以防止傳輸時可能產生的模式雜訊。

Ⅵ 光纖有哪些主要特性和參數

①傳輸頻帶寬，速率高。
②傳輸損耗低，傳輸距離遠。
③抗雷電和電磁的干擾性好。
④保密性好，不易被竊聽或截獲數據。
⑤傳輸的誤碼率很低，可靠性高。
⑥體積小、重量輕。
⑦光纖的缺點是接續困難，光介面還比較昂貴。

Ⅶ 色散的特徵原因

色散能夠給人們帶來美麗的彩虹，但是如果色散發生在光通信系統中，就沒有那麼美好了。在「損耗」術語中，我們了解到，色散是光纖傳輸中的損耗之一。隨著光纖製造工藝的不斷提高，光纖損耗對光通信系統的傳輸距離不再起主要限製作用，色散上升為首要限制因素之一。
什麼是色散呢？當光纖的輸入端光脈沖信號經過長距離傳輸以後，在光纖輸出端，光脈沖波形發生了時域上的展寬，這種現象即為色散。以單模光纖中的色散現象為例，如下圖一所示：
圖一

單模光纖中的色散現象
色散將導致碼間干擾，在接收端將影響光脈沖信號的正確判決，誤碼率性能惡化，嚴重影響信息傳送。
單模光纖中的色散主要由光信號中不同頻率成分的傳輸速度不同引起，這種色散稱為色度色散。在色度色散可以忽略的區域，偏振模色散也成為單模光纖色散的主要部分。


1、色度色散簡介：色度色散包括材料色散和波導色散。材料色散：由於光纖材料石英玻璃對不同光波長的折射率不同，而光源具有一定的光譜寬度，不同的光波長引起的群速率也不同，從而造成了光脈沖的展寬。波導色散：對於光纖的某一傳輸模式，在不同的光波長下的群速度不同引起的脈沖展寬。它與光纖結構的波導效應有關，因此也被成為結構色散。
這兩種色散中，哪一種佔主導地位？材料色散大於波導色散。根據色散的計算公示，在某一特定波長位置上，材料色散有可能為零，這一波長稱之為材料的零色散波長。幸運的是，該波長恰好位於1310 nm附近的低損耗窗口，如G.652就是零色散光纖。
盡管光器件受色散的影響很大，但存在一個可以容忍的最大色散值（即色散容納值）。只要產生的色散在容限之內，仍可保證正常的傳輸。
2、色度色散的影響：色度色散主要會造成脈沖展寬和啁啾效應。脈沖展寬是光纖色散對系統性能的影響的最主要的表現。當傳輸距離超過光纖的色散長度時，脈沖展寬過大，這時，系統將產生嚴重的碼間干擾和誤碼。色散不僅使脈沖展寬，還使脈沖產生了相位調制。這種相位調制使脈沖的不同部位對中心頻率產生了不同的偏離量，具有不同的頻率，即脈沖的啁啾效應（Chirp）。
啁啾效應將使光纖劃分為正常色散光纖和反常色散光纖。正常色散光纖中，脈沖的高頻成分位於脈沖後沿，低頻成分位於脈沖前沿；反常色散光纖中，脈沖的低頻成分位於脈沖後沿，高頻成分位於脈沖前沿。在傳輸線路中，合理使用兩種光纖，可以抵消啁啾效應，消除脈沖的色散展寬。
3、如何消除色度色散對DWDM系統的影響：
對於DWDM系統，由於系統主要應用於1550nm窗口，如果使用G.652光纖，需要利用具有負波長色散的色散補償光纖（DCF），對色散進行補償，降低整個傳輸線路的總色散。 偏振模色散（PMD）是存在於光纖和光器件領域的一種物理現象。
單模光纖中的基模存在兩個相互正交的偏振模式，理想狀態下，兩種偏振模式應當具有相同的特性曲線和傳輸性質，但是由於幾何和壓力的不對稱導致了兩種偏振模式具有不同的傳輸速度，產生時延，形成PMD，如下圖所示。PMD的單位通常為ps/km。
圖二

在數字傳輸系統，PMD將導致脈沖分離和脈沖展寬，對傳輸信號造成降級，並限制載波的傳輸速率。
PMD與其他色散相比，幾乎可以忽略，但是無法完全消除，只能從光器件上使之最小化。脈沖寬度越窄的超高速系統中，PMD的影響越大。 發生原因是光能量在纖芯及包層中傳輸時，會以稍有不同的速度行進。在單模光纖中，通過改變光纖內部結構來改變光纖的色散非常重要。復合光通過三棱鏡等分光器被分解為各種單色光的現象，叫做光的色散。分開的單色光依次排列而成的光帶叫做光譜。各種顏色的光在真空中都以恆定的速度 傳播；而在介質中，光波的傳播速度要減小；而且不同波長的光波，傳播速度也各不相同。因此，同一介質對不同的單色光折射率是不同的，紅色光的折射率最小，紫色光的折射率最大。介質折射率隨光波頻率或真空中的波長而變的現象。當復色光在介質界面上折射時，介質對不同波長的光有不同的折射率，各色光因折射角不同而彼此分離。1672年，牛頓利用三棱鏡將太陽光分解成彩色光帶，這是人們首次作的色散實驗。通常用介質的折射率n或色散率dn/dλ與波長λ的關系來描述色散規律。任何介質的色散均可分正常色散和反常色散兩種。
復色光分解為單色光而形成光譜的現象．讓一束白光射到玻璃棱鏡上，光線經過棱鏡折射以後就在另一側面的白紙屏上形成一條彩色的光帶，其顏色的排列是靠近棱鏡頂角端是紅色，靠近底邊的一端是紫色，中間依次是橙黃綠藍靛，這樣的光帶叫光譜．光譜中每一種色光不能再分解出其他色光，稱它為單色光．由單色光混合而成的光叫復色光．自然界中的太陽光、白熾電燈和日光燈發出的光都是復色光．在光照到物體上時，一部分光被物體反射，一部分光被物體吸收。如果物體是透明的，還有一部分透過物體。不同物體，對不同顏色的反射、吸收和透過的情況不同，因此呈現不同的色彩。 1936年科希研究了材料在可見光區的折射率，將色散曲線表示為
此式稱為科希公式，式中的a、b、c表徵材料的特徵的常數。我們把符合這一規律的色散稱為正常色散，否則稱為反常色散。一般來說，材料在吸收帶附近，折射率均會發生突變（如圖所示），顯示出反常色散。

（1）設計並進行三棱鏡實驗當白光通過無色玻璃和各種寶石的碎片時，就會形成鮮艷的各種顏色的光，這一事實早在牛頓的幾個世紀之前就已有了解，可是直到十七世紀中葉以後，才有牛頓通過實驗研究了這個問題．該實驗被評為「物理最美實驗」之一。
牛頓首先做了一個有名的三棱鏡實驗，他在著作中記載道：「1666年初，我做了一個三角形的玻璃稜柱鏡，利用它來研究光的顏色．為此，我把房間里弄成漆墨的，在窗戶上做一個小孔，讓適量的日光射進來．我又把棱鏡放在光的入口處，使折射的光能夠射到對面的牆上去，當我第一次看到由此而產生的鮮明強烈的光色時，使我感到極大的愉快．」牛頓的實驗設計如下圖：通過這個實驗，在牆上得到了一個彩色光斑，顏色的排列是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫．牛頓把這個顏色光斑叫做光譜．
（2）進一步設計實驗，獲得純光譜
牛頓在上述實驗中所得到的光譜是不純的，他認為光譜之所以不純是因為光譜是由一系列相互重疊的圓形色斑的像所組成．牛頓為了獲得很純的光譜，便設計了一套光學儀器進行實驗，其實驗設計如圖所示：
用白光通過一透鏡後照亮狹縫S，狹縫後放一會聚透鏡（凸透鏡）以便形成狹縫S的像s『．然後在透鏡的光路上放一個棱鏡．結果光通過棱鏡因偏轉角度不同而被分開，以至在白色光屏上形成一個由紅到紫的光譜帶．這個光譜帶是由一系列彼此鄰接的狹縫的彩色像組成的．若狹縫做得很窄，重疊現象就可以減小到最低限度，因而光譜也變得很純．
（3）牛頓提出解釋光譜的理論
牛頓為了解釋三棱鏡實驗中白光的分解現象，認為白光是由各種不同顏色光組成的，玻璃對各種色光的折射率不同，當白光通過棱鏡時，各色光以不同角度折射，結果就被分開成顏色光譜．白光通過棱鏡時，向棱鏡的底邊偏折，紫光偏折最大，紅光偏折最小．棱鏡使白光分開成各種色光的現象叫做色散．嚴格地說，光譜中有很多各種顏色的細線，它們都及平滑地融在相鄰的細線里，以至使人覺察不到它的界限．
（4）設計實驗驗證上述理論的正確性
為了進一步研究光的顏色，驗證上述理論的正確性，牛頓又做了另一個實驗．實驗設計如圖所示：
牛頓在觀察光譜的屏幕DE上打一小孔，再在其後放一有小孔的屏幕de，讓通過此小孔的光是具有某種顏色的單色光．牛頓在這個光束的路徑上再放上第二個棱鏡abc，它的後面再放一個新的觀察屏V．實驗表明，第二個棱鏡abc只是把這個單色光束整個地偏轉一個角度，而並不改變光的顏色．實驗中，牛頓轉動第一個棱鏡ABC，使光譜中不同顏色的光通過DE和de屏上的小孔，在所有這些情況下，這些不同顏色的單色光都不能被第二個棱鏡再次分解，它們各自通過第二個檢鏡後都只偏轉一定的角度，而且發現，對於不同顏色的光偏轉的角度不同．
通過這些實驗，牛頓得出結論：白光能分解成不同顏色的光，這些光已是單色的了，棱鏡不能再分解它們．
（5）單色光復合為白光的實驗
白光既然能分解為單色光，那麼單色光是否也可復合為白光呢」為此牛頓進行實驗．如圖55所示，把光譜成在一排小的矩形平面鏡上，就可使光譜的色光重新復合為白光．調節各平面鏡與入射光的夾角，使各反射光都落在光屏的同一位置上，這樣就得到一個白色光班．
牛頓指出，還可以用另一種方法把色光重新復合為白光．把光譜畫在圓盤上成扇形，然後高速旋轉這個圓盤，圓盤就呈現白色．這種實驗效果一般稱為「視覺暫留效應」．眼睛視網膜上所成的像消失後，大腦還可以把印象保留零點幾秒種．從而，大腦可將迅速變化的色像復合在一起，就形成一個靜止的白色像．在電視屏幕上或電影屏幕上，我們能夠看到連續的圖像，其原因也正在於利用了人的「視覺暫留效應」．
（6）牛頓對光的色散研究成果．
牛頓通過一系列的色散實驗和理論研究，把結果歸納為幾條，其要點如下：
①光線隨著它的折射率不同而顏色各異．顏色不是光的變樣，而是光線本來就固有的性質．
②同一顏色屬於同一折射率，反之亦然．
③顏色的種類和折射的程度為光線所固有，不因折射、反射和其它任何原因而變化．
④必須區別本來單純的顏色和由它們復合而成的顏色．
⑤不存在自身為白色的光線．白色是由一切顏色的光線適當混合而產生的．事實上，可以進行把光譜的顏色重新合成而得到白光的實驗．
⑥根據以上各條，可以解釋三棱鏡使光產生顏色原因與虹的原理等．
⑦自然物的顏色是由於該物質對某種光線反射得多，而對其他光線反射得少的原因．
⑧由此可知，顏色是光（各種射線）的質，因而光線本身不可能是質．因為顏色這樣的質起源於光之中，所以如今有充分的根據認為光是實體．
（7）牛頓對於光的色散現象的研究方法的特點。
從以上可看出牛頓在對光的色散研究中，採用了實驗歸納——假說理論——實驗檢驗的典型的物理規律的研究方法，並滲透著分析的方法（把白光分解為單色光研究）和綜合的方法（把單色光復合為白光）等物理學研究的方法．
光的色散說明了光具有波動性。因為色散是光的成分（不同色光）折射率不同引起的，而折射率由波的頻率決定。光具有粒子性最典型的例子就是光電效應。

Ⅷ 光纜光纖的色散與它的參數

引言

隨著計算機的普及和互聯網的迅速發展，使得人們對信息的需求量與日俱增。這樣光纖通信技術就義不容辭地承擔起了海量信息的傳輸和交換。根據20多年的光纖通信技術工程應用經驗，我們應該根據不同類型的網路所承擔任務的特點來選擇不同性能的光纖品種來完成不同類型的網路應用所應該履行各種各樣的業務職責。為此，對於從事通信光纖研究人員就應該針對通信光纖具體的網路應用環境問題， 積極開展對光纖的材料種類、製造工藝和性能測量研究，以求能夠用優越性價比的光纖來進一步滿足核心網、城域網、接入網光纖通信技術發展的需求。

在長期從事通信光纖研究的實踐工作中，人們已經掌握了可以用來製造光纖的材料有石英玻璃、多組份玻璃、紅外玻璃、塑料、光子晶體等的基礎上，還應該積極開展就各種光纖材料性能、製造方法、性能測量方法等方面的深入細致地研究分析。今天，為什麼通信光纖大都選用石英玻璃，其理由是石英玻璃具有優越的物理、化學性能，原料提純簡單，氣相沉積和拉絲成型控制精度高等。通信石英玻璃光纖的技術發展動向是從材料方面應該以合成材料來代替天然材料以提高材料純度，降低光纖衰減。在製造工藝上必須採用復合工藝（如用PCVD+OVD等）來代替單一工藝（MCVD、AVD、PCVD或者OVD）以提高生產效率，降低光纖價格。以特殊的脫水工藝來消除通信石英玻璃光纖在1385nm的水峰來擴大通信石英玻璃光纖的可工作波長范圍：1260～1670nm，以滿足粗波分復用CWDM需求。

我們認為，在本文中除了應該在重點闡述光纖材料的同時，還應該兼顧通信光纖及其性能的研究和分析。因為不同的通信網路對光纖的性能要求各異，所以通信光纖研究人員已經根據網路的特點開發出了許多不同的類型的光纖品種，以滿足各種各樣通信網路層次的光纖通信技術的需要。人們正是針對DWDM核心網的遠距離、大容量、高速率的通信特點研究出了核心網用的G.655 光纖和G.656 光纖以及接入網的短距離、小容量、低速率的特點， 研究出了接入網用的塑料光纖和光子晶體光纖。本文將簡單介紹ITU-T 2004 年6月發布的寬頻光傳輸非零色散位移光纖（G.656 光纖）、塑料光纖和光子晶體光纖的性能特點以及它們的最新研究動向。

2 研究動向

2.1 寬頻光傳輸用非零色散光纖

G.655 光纖的研究重點就是優化色散系數、色散斜率、有效面積、工作波長范圍。為了更加適應DWDM系統的傳輸速率、信道間隔、工作波長的不斷變化需要，國際電信聯盟第15 研究組於2003年1 月將2000年版的ITU-T G.655 A 、B 兩種光纖，進一步細分為ITU-TG.655A、B、C三種光纖。他們細分的理由是G.655A光纖只支持200GHz及其以上間隔的DWDM，10Gbit/s系統傳輸400km在C波段的應用，也可以支持以10Gbit/s 為基礎的DWDM 系統。G.655B 光纖支持100GHz 及其以下間隔的DWDM 在C 和L 波段的10Gbit/s 系統傳輸3000km 的應用。G.655C光纖消除在1385nm 附近的水峰，系統可以在1360～1530nm工作，既能滿足100GHz 及其以下間隔的DWDM在C和L波段的應用，又能使N×10Gbit/s系統傳輸3000km，或者N× 40Gbit/s 系統傳輸80km以上。然而，G.655光纖在N×10Gbit/s的DWDM系統應用中，人們發現其存在著工作波長窄，色散斜率大等問題，為了解決G.655 光纖的問題，世界各個著名光纖製造廠商開展了寬頻光傳輸用非零色散位移光纖的研究，最近幾年已經研究出了這種新型光纖，即寬頻光傳輸用非零色散位移光纖。

為了進一步規范各個著名光纖製造廠商寬頻光傳輸用非零色散位移光纖的性能指標，2004年6月國際電信聯盟標准化部門發布了寬頻光傳輸用非零色散光纖和光纜的特性（ITU-T G.656 單模光纖和光纜）的建議。G.656 光纖是「寬頻光傳輸用非零色散光纖」，即在寬闊的工作波長1460～1625nm 內色散非零。G.656 光纖實質上是一種寬頻非零色散平坦光纖， 其特點在工作波長范圍內色散應該大於所要求的非零值，有效面積合適，色散斜率基本為零。因此，G.656 光纖既可以顯著降低系統的色散補償成本，又可以進一步發掘石英玻璃光纖潛在的巨大帶寬。G. 656光纖可保證通道間隔100GHz、40Gbit/s 系統至少傳400km。G.656光纖和光纜的性能參數建議值，如表1所示。表2列出了G.656光纖鏈路和系統設計的一些重要參數之間的關系。為了使讀者理解方便，本文就G.655 光纖和G.656 光纖的性能分別予以簡單介紹。

G.655A 光纖支持ITU-T G.691、G.692 和G.693應用時的推薦使用值。對於G.692 應用，考慮到使用的具體光纖的信道波長和色散特性，最大的發射功率將受到限制，它適用於通道間隔200GHz及其以上DWDM系統在C波段的應用，同時也支持以10Gbit/s 為基礎的DWDM系統。

G.655B 光纖支持以10Gbit/s 為基礎的100Hz及其以下間隔的DWDM系統在C 波段和L 波段的應用。表2中所列出的G.655B 光纖參數支持ITU-T G.691、G.692、G.693和G.959.1 應用的推薦使用值。對於G.692 規定的應用，取決於所使用光纖的信道波長和色散特性，發射功率可以大於G.655A 光纖，典型的最小波長間隔為100GHz。G.655B 光纖的PMDQ 為0.50ps/km 1/2，可以保證10Gbit/s傳輸系統的傳輸距離達到400km。

G.655C 光纖性能與G.655B 光纖性能相似，但是G.655C 光纖應該既能滿足100及其以下間隔的DWDM系統在C 波段和L波段的應用，又要求G.655C光纖的PMDQ比G.655B光纖低，即G.655C光纖的PMDQ為0.20ps/km 1/2，使得G.655C 光纖在N×10Gbit/s系統傳輸300km以上，或者支持N×40Gbit/s 系統傳輸80km以上的應用。

由表2得知，G.656 光纖性能本質仍然屬於非零色散光纖。G.656 光纖與G.655 光纖不同的是，（1）具有更寬的工作帶寬，即G.655 光纖工作帶寬為1530～1625nm（C+L 波段）, 而G.656 光纖工作帶寬則是1460～1625nm（S+C+L 波段），將來還可以拓寬超過1460～1625nm，可以充分發掘石英玻璃光纖的巨大帶寬的潛力；（2）色散斜率更小（更平坦）能夠顯著地降低DWDM系統的色散補償成本。G.656光纖是色散斜率基本為零、工作波長范圍覆蓋S+C+L波段的寬頻光傳輸的非零色散位移光纖。由表2 可知，G.656光纖的PMDQ為0.10ps/km 1/2，使得G.656光纖在N×10Gbit/s 系統傳輸4000km以上，或者支持N×40Gbit/s系統傳輸400km以上的應用。G.656 光纖特別適合作為通道間隔100GHz、傳輸速率40Gbit/s、傳輸距離400km的DWDM或者CWDM系統的光傳輸介質。

2.2 塑料光纖

為了降低區域網光纖接入成本，短距離區域網光纖多採用石英玻璃光纖多模光纖加發光管的配置方案。那麼區域網石英玻璃光纖的研究重點是通過提高多模光纖梯度折射率分布控制精度和改善光源注入條件的方法來提高石英玻璃多模光纖的工作帶寬和減小光纖的衰減，以適應吉比特乙太網和10吉比特乙太網發展的需要。近幾年，國內外著名的光纖機構紛紛研究出了新一代的50/125 μm的多模光纖。這種多模光纖的主要特點是由於光纖製造中消除了梯度折射率分布中心的缺陷，使得梯度折射率分布控制精度遠遠高於傳統50/125μm的多模光纖，從而大大提高了多模光纖的工作帶寬。新一代的50/125μm的多模光纖與850nm的VCSEL配合使用，可以實現在850nm波長上進行10Gbit/s 串列傳輸300m距離。

隨著半導體材料製造水平的不斷提高和生產成本的大幅度的降低，光纖、有源/無源光器件的價格日益便宜，從而推動了光纖到大樓（FTTB）、光纖到家庭（FTTH）、光纖到桌面（FTTD）的實用化發展進程。特別是最近幾年，日本和美國等發達國家已經開發出了梯度折射率分布塑料光纖。由於塑料光纖製造工藝簡單、材料便宜和連接成本低的新型光纖等，所以其已經被應用於企業和大學校園區域網的內部通信系統。

與石英玻璃光纖相比，塑料光纖（POF, Plastic Optical Fiber）以其芯徑大、製造簡單、連接方便、可用便宜光源等優點正在受到寬頻區域網建設者的青睞。正是寬頻區域網的迅速發展帶來了POF 技術的革命性進步，特別是以全氟化的聚合物（如商用產品名稱為CYTOP）為基本組成的氟化塑料光纖（PF-POF）在區域網的逐步使用，從而標志著PF-POF 正在由試驗室步入區域網工程應用。

一般，在區域網的工程應用的POF是以全氟化的聚合物為基本組成的PF-POF。眾所周知，PF-POF的研究要點為衰減、帶寬、製造方法等問題。最早POF 是用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料製成的。由於PMMA材料中存在著大量的C-H鍵諧振會引起很大的光吸收，所以PMMA-POF 在650nm的衰減系數高達160dB/km以上。研究人員採用全氟化的聚合物材料為基本成份製造出了在850nm和1300nm的衰減系數小於20dB/km 的PF-POF。究其原因是氟化的聚合物中的C-F 鍵大大減小了光吸收，故全氟化的聚合物PF-POF 的衰減系數十分小。

與石英玻璃光纖相同，提高POF帶寬主要方法有，（1）採用梯度折射率分布結構；（2）精確控制小的材料色散、高的模耦合和小的差分模衰減之間的作用。因此，為了提高POF帶寬和減小模間色散，POF都採用梯度折射率分布結構；再通過選擇小的材料色散材料，提高模耦合效率和減小差分模衰減等措施可達到提高POF帶寬的目的。表3 列出了當前PMMA-POF、PF-POF和擠塑PF-POF的性能及其應用的最高水平，供讀者參考。

長期以來，POF的生產採用的是1982年由日本慶應大學發明的「界面凝膠」工藝。該工藝利用作為包層的塑料管與塑料管內作為纖芯的混合液體之間發生的「界面凝膠」作用來形成POF的梯度折射率分布結構的。但是，「界面凝膠」工藝生產PF-POF 的「界面凝膠」反應需要很長的時間，所以該工藝的生產成本比較高。為了進一步降低POF的製造成本，美國OFS公司試驗室的Whitney R.White 等人開發出了一種簡單擠塑工藝來生產PF-POF。這種擠塑工藝是藉助兩台擠塑機分別擠出芯和包層材料熔體，然後兩種材料熔體在擠塑機頭處合為一體形成一個同心的熔體流，摻雜材料位於熔體的中心。在擠塑機頭後，這些熔體材料流過一個長加熱擴散管，從而允許來自熔體的中心的小分子摻雜劑擴散到包層材料熔體中。通過控制溫度、停留時間和芯/包層材料的相對流速，人們就可以製造出各種折射率分布結構和芯/尺寸的PF-POF。擠塑PF-POF 的性能及其應用的最高水平，如表3所示。

2.3 光子晶體光纖

眾所周知，材料科學是光纖通信技術的基礎，即正是在半導體激光器和光纖的發明之後才誕生了光纖通信。由通信光纖研究的歷程中，我們可以深切得到這樣一個結論，通信光纖品種的不斷更新、性能研究的突破，這一切都是建立在通信光纖材料研究的突破上。例如石英玻璃光纖的誕生， 使得世界的通信由電通信進入光通信；紅外光纖的成功進一步減小了光纖的理論傳輸衰減； 塑料光纖的問世，又大大降低了光纖和接續的成本，從而推動了光纖通信到家庭、光纖到桌面的步伐。光子晶體光纖的結構特點，使得其具有獨特性能，為光纖通信開發出新型光纖奠定了技術基礎。隨著PCF 的導光理論、製造工藝和應用技術的成熟，PCF有望成為下一代光纖通信用的光傳輸介質。1991 年，Russell 根據光子晶體傳光原理又提出了光子晶體光纖的概念。最近，人們又利用石英玻璃管和石英玻璃棒研究出了光子晶體光纖。光子晶體光纖（PCF）是一種由單一介質（通常為石英玻璃，也可以為塑料）構成、並且在二維方向上呈現周期性緊密排列（周期性六角形）、而在三維空間（光纖軸向）基本保持不變的波長量級空氣孔構成的微結構包層的新型光纖。與常規光纖不同，PCF是由石英玻璃—空氣孔微小結構組成的光纖，其又可以分為實芯光纖和空芯光纖，即前者是由石英玻璃棒和石英玻璃毛細管加熱拉製成的，而後者則是由石英玻璃管和石英玻璃毛細管加熱拉製成的。正是通過前按照設計出的PCF 的基本結構: 按照預先設計的形狀（六角形）將石英玻璃毛細管緊密地排列在作為纖芯的石英玻璃棒或一圈石英玻璃毛細管的周圍，即集束成棒，再通過加熱拉制就可以製成所需要的性能的PCF。表徵PCF 性能的3 個特徵參數是纖芯直徑、包層空氣孔直徑、包層空氣孔之間距離。在PCF的拉制過程中，改變拉制溫度和速度就可以調整PCF的結構和性能，使得PCF作為光傳輸介質和光器件具有許多誘人之處。實際上，人們是通過調整纖芯直徑、包層空氣孔直徑、包層空氣孔之間距離方式來達到分別製造出具有低衰減、高色散、非線性效應小（大模場直徑或者大有效面積）、保偏和小彎曲損耗等性能的PCF的目的。

PCF具有的低損耗、小色散、低非線性效應特性，使得其在光纖通信領域的應用是非常有前途的，尤其是對於長途通信系統。隨著PCF 設計方法和製造工藝的不斷改進，PCF性能日趨完善。特別是K.Tajima 等人通過合理設計結構參數，如空氣孔直徑d和空氣孔間距r尺寸，以及d/ r值，從而達到既減小PCF的衰減，又改善PCF 的色散和色散斜率的目的。現在，PCF已經進入了實驗室的光纖通信系統傳輸試驗研究階段。

2003年初的世界光纖通信（OFC）會議上，日本電報電話公司接入網業務系統試驗實的K.Tajima等研製出衰減為0.37dB/km 、長度超過10km的超低衰減、長長度的PCF。PCF 具有完全的單模特性。PCF的可用工作波長范圍為0.458 ～1.7μ m。只要對0.458～1.7μm工作波長范圍進行優化，PCF的傳輸容量將會得到大大的提高。NTT公司的研究人員利用PCF組成10km的線路進行了8×10Gbit/s的波分復用傳輸試驗，試驗效果良好。C. Peucheret等人的研究小組利用5.6km的PCF線路進行工作波長為1550nm的40Gbit/s的傳輸試驗。這個試驗系統所用的PCF 的有效面積是72μm2、其衰減為1.7dB/km 、色散系數為32ps/km·nm。試驗表明，PCF作為光信號傳輸介質，系統的性能沒有明顯的劣化。這充分證明，與常規光纖相比，PCF作為光信號傳輸介質最大的優勢是在保證很小的偏振模色散系數的前提下，色散系數、有效面積和非線性系數可以靈活設計。隨著PCF的導光理論、製造工藝和應用技術的成熟，PCF有望成為下一代光纖維通信用的光傳輸介質。

3 結論

由上所述，通信光纖技術的發展過程是光纖材料、製造技術、性能光纖和光纖品種發展過程。為此，我們可以得到這樣3 個結論，（1）光纖通信的發展是光纖、器件、系統三者彼此發展，共同促進的結果；（2）不同種類的通信光纖是為不同層次的網路服務的；（3）為了滿足新的通信系統應用， 光纖研究人員一定會不斷地開發出新型的通信光纖。