前沿拓展：

武漢電信寬帶

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也就是目前的FTTH光纖到戶的入戶線，光纖是光導纖維的簡寫，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導工具。傳輸原理是“光的全反射”。因此，光纖不可隨意彎折、拉伸，可能會影響家里寬帶的使用，插拔時要對應卡槽，插拔牢固即可，目前家庭寬帶使用的是單模光纖。

前**中文大學校長高錕和George A. Hockham首先提出光纖可以用于通訊傳輸的設想，高錕因此獲得2009年諾貝爾物理學獎。

1870年的一天，英國物理學家丁達爾到皇家學會的演講廳講光的全反射原理，他做了一個簡單的實驗：在裝滿水的木桶上鉆個孔，然后用燈從桶上邊把水照亮。結果使觀眾們大吃一驚。人們看到，放光的水從水桶的小孔里流了出來，水流彎曲，光線也跟著彎曲，光居然被彎彎曲曲的水俘獲了。

后來人們造出一種透明度很高、粗細像蜘蛛絲一樣的玻璃絲──玻璃纖維，當光線以合適的角度射入玻璃纖維時，光就沿著彎彎曲曲的玻璃纖維前進。由于這種纖維能夠用來傳輸光線，所以稱它為光導纖維。

2005 FTTH（Fiber To The Home）光纖直接到家庭

光纖

微細的光纖封裝在塑料護套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常，光纖的一端的發射裝置使用發光二極管（light emitting diode,LED）或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。

在日常生活中，由于光在光導纖維的傳導損耗比電在電線傳導的損耗低得多，光纖被用作長距離的信息傳遞。

通常光纖與光纜兩個名詞會被混淆。多數光纖在使用前必須由幾層保護結構包覆，包覆后的纜線即被稱為光纜。光纖外層的保護層和絕緣層可防止周圍環境對光纖的傷害，如水、火、電擊等。

光纜分為：纜皮、芳綸絲、緩沖層和光纖。光纖和同軸電纜相似，只是沒有網狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。

在多模光纖中，芯的直徑是50μm和62.5μm兩種， 大致與人的頭發的粗細相當。而單模光纖芯的直徑為8μm~10μm，常用的是9/125μm。芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套， 俗稱包層，包層使得光線保持在芯內。再外面的是一層薄的塑料外套，即涂覆層，用來保護包層。光纖通常被扎成束，外面有外殼保護。 纖芯通常是由石英玻璃制成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體，它質地脆，易斷裂，因此需要外加一保護層。

光及其特性：

1.光是一種電磁波

可見光部分波長范圍是：390~760nm（納米）。大于760nm部分是**光，小于390nm部分是紫外光。光纖中應用的是：850nm，1310nm，1550nm三種。

2.光纖的種類：

光纖的種類很多，根據用途不同，所需要的功能和性能也有所差異。但對于有線電視和通信用的光纖，其設計和制造的原則基本相同，諸如：

①損耗小；

②有一定帶寬且色散小；

③接線容易；

④易于成統；

⑤可靠性高；

⑥制造比較簡單；

⑦價廉等。光纖的分類主要是從工作波長、折射率分布、傳輸模式、原材料和制造方法上作一歸納的，茲將各種分類舉例如下。

（1）工作波長：紫外光纖、可觀光纖、近**光纖、**光纖（0.85μm、1.3μm、1.55μm）。

（2）折射率分布：階躍（SI）型光纖、近階躍型光纖、漸變（GI）型光纖、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。

（3）傳輸模式：單模光纖（含偏振保持光纖、非偏振保持光纖）、多模光纖。

（4）原材料：石英光纖、多成分玻璃光纖、塑料光纖、復合材料光纖（如塑料包層、液體纖芯等）、**材料等。按被覆材料還可分為無機材料（碳等）、金屬材料（銅、鎳等）和塑料等。

（5）制造方法：預塑有汽相軸向沉積（VAD）、化學汽相沉積（CVD）等，拉絲法有管律法（Rod intube）和雙坩鍋法等。

單模光纖這是指在工作波長中，只能傳輸一個傳播模式的光纖，通常簡稱為單模光纖（**F：Single ModeFiber）。在有線電視和光通信中，是應用最廣泛的光纖。由于，光纖的纖芯很細（約10μm）而且折射率呈階躍狀分布，當歸一化頻率V參數<2.4時，理論上，只能形成單模傳輸。另外，**F沒有多模色散，不僅傳輸頻帶較多模光纖更寬，再加上**F的材料色散和結構色散的相加抵消，其合成特性恰好形成零色散的特性，使傳輸頻帶更加拓寬。**F中，因摻雜物不同與制造方式的差別有許多類型。凹陷型包層光纖（DePr-essed Clad Fiber），其包層形成兩重結構，鄰近纖芯的包層，較外倒包層的折射率還低。多模光纖

多模光纖將光纖按工作波長以其傳播可能的模式為多個模式的光纖稱作多模光纖（MMF：MUlti ModeFiber）。纖芯直徑為50μm，由于傳輸模式可達幾百個，與**F相比傳輸帶寬主要受模式色散支配。在歷史上曾用于有線電視和通信系統的短距離傳輸。自從出現**F光纖后，似乎形成歷史產品。但實際上，由于MMF較**F的芯徑大且與LED等光源結合容易，在眾多LAN中更有優勢。所以，在短距離通信領域中MMF仍在重新受到重視。MMF按折射率分布進行分類時，有：漸變（GI）型和階躍（SI）型兩種。GI型的折射率以纖芯中心為最高，沿向包層徐徐降低。由于SI型光波在光纖中的反射前進過程中，產生各個光路徑的時差，致使射出光波失真，色激較大。其結果是傳輸帶寬變窄，SI型MMF應用較少。

傳輸優點

直到1960年，美國科學家Maiman發明了世界上第一臺激光器后，為光通訊提供了良好的光源。隨后二十多年，人們對光傳輸介質進行了攻關，終于制成了低損耗光纖，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。

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頻段高出一百多萬倍。盡管由于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。單個光源的帶寬只占了其中很小的一部分（多模光纖的頻帶約幾百兆赫，好的單模光纖可達10GHz以上），采用先進的相干光通信可以在30000GHz范圍內安排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，每公里的損耗都在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，每公里損耗在0．35dB以下若傳輸1.55um的光，每公里損耗更小，可達0．2dB以下。這就比同軸電纜的功率損耗要小一億倍，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，

一是在全部有線電視頻道內具有相同的損耗，不需要像電纜干線那樣必須引入均衡器進行均衡；

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干線電平的波動。

重量輕

因為光纖非常細，單模光纖芯線直徑一般為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。

抗干擾能力強

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，故光纖傳輸對電磁干擾、工業干擾有很強的抵御能力。也正因為如此，在光纖中傳輸的信號不易被**，因而利于保密。

保真度高

因為光纖傳輸一般不需要中繼放大，不會因為放大引入新的非線性失真。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，遠高于一般電纜干線系統的非線性失真指標。

工作性能可靠

我們知道，一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。故一個設計良好、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

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后一個障礙。由于制作光纖的材料（石英）來源十分豐富，隨著技術的進步，成本還會進一步降低；而電纜所需的銅原料有限，價格會越來越高。顯然，今后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。

結構原理

光導纖維是由兩層折射率不同的玻璃組成。內層為光內芯，直徑在幾微米至幾十微米，外層的直徑0.1～0.2mm。一般內芯玻璃的折射率比外層玻璃大1%。根據光的折射和全反射原理,當光線射到內芯和外層界面的角度大于產生全反射的臨界角時，光線透不過界面，全部反射。

光纖衰減

造成光纖衰減的主要因素有：本征，彎曲，擠壓，雜質，不均勻和對接等。

本征

是光纖的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。

彎曲

光纖彎曲時部分光纖內的光會因散射而損失掉，造成的損耗。

擠壓

光纖受到擠壓時產生微小的彎曲而造成的損耗。

雜質

光纖內雜質吸收和散射在光纖中傳播的光，造成的損失。

不均勻

光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。

對接

光纖對接時產生的損耗，如：不同軸（單模光纖同軸度要求小于0.8μm），端面與軸心不垂直，端面不平，對接心徑不匹配和熔接質量差等。

人為衰減

在實際的工作中，有時也有必要進行人為的光纖衰減，如用于光通信系統當中的調試光功率性能、調試光纖儀表的定標校正，光纖信號衰減的光纖衰減器。

施工方法

在實際應用中，光纖與光纖的連接，一般采用熱熔接和冷接兩種方法來進行施工。

熱熔接法

使用光纖熔接機的高壓電弧將兩根光纖熔化后連接起來，這種方法早期一般用于長距離通訊施工，不過隨著國民對網速需求的提高和光纖入戶的興起，熱熔接法也用于短距離光纖鋪設施工（如小區寬帶網和光纖入戶等），已成為國際上主流的光纖施工方法。

冷接法

冷接法是相對于熱熔接法而言的，指不需要高壓電弧放電來融化光纖，而使用光纖冷接子來將光纖連接起來或將光纖接入到光通訊設備中。

光纖分類

根據不同光纖的分類標準的分類方法，同一根光纖將會有不同的名稱。

按光纖的材料分類

按照光纖的材料，可以將光纖的種類分為石英光纖和全塑光纖。

按光纖剖面折射率分布分類

按照光纖剖面折射率分布的不同，可以將光纖的種類分為階躍型光纖和漸變型光纖。

按傳輸模式分類

按照光纖傳輸的模式數量，可以將光纖的種類分為多模光纖和單模光纖。

單模光纖是只能傳輸一種模式的光纖。單模光纖只能傳輸基模（最低階模），不存在模間時延差，具有比多模光纖大得多的帶寬，這對于高碼速傳輸是非常重要的。單模光纖的模場直徑僅幾微米（μm），其帶寬一般比漸變型多模光纖的帶寬高一兩個數量級。因此，它適用于大容量、長距離通信。

按照國際標準規定分類（按照ITU-T 建議分類）

為了使光纖具有統一的國際標準，國際電信聯盟（ITU-T）制定了統一的光纖標準（G 標準）。按照ITU-T 關于光纖的建議，可以將光纖的種類分為：

G.651 光纖（50/125μm 多模漸變型折射率光纖）

G.652 光纖（非色散位移光纖）

G.653 光纖（色散位移光纖DSF）

G.654 光纖（截止波長位移光纖）

G.655 光纖（非零色散位移光纖）。

為了適應新技術的發展需要，G.652 類光纖已進一步分為了G.652A、G.652B、G.652C 三個子類，G.655 類光纖也進一步分為了G.655A、G.655B 兩個子類。

按照IEC 標準分類，IEC 標準將光纖的種類分為

A 類多模光纖：

A1a 多模光纖（50/125μm 型多模光纖）

A1b 多模光纖（62.5/125μm 型多模光纖）

A1d 多模光纖（100/140μm 型多模光纖）

B 類單模光纖：

B1.1 對應于G652 光纖，增加了B1.3 光纖以對應于G652C 光纖

B1.2 對應于G654 光纖

B2 光纖對應于G.653 光纖

B4 光纖對應于G.655 光纖

系統運用

高分子光導纖維開發之初，僅用于汽車照明燈的控制和裝飾。主要用于醫學、裝飾、汽車、船舶等方面，以顯示元件為主。在通信和圖像傳輸方面，高分子光導纖維的應用日益增多，工業上用于光導向器、顯示盤、標識、開關類照明調節、光學傳感器等。

通信應用

光纖

光導纖維可以用在通信技術里。1979年9月，一條3．3公里的120路光纜通信系統在北京建成，幾年后上海、天津、武漢等地也相繼鋪設了光纜線路，利用光導纖維進行通信。

多模光導纖維做成的光纜可用于通信，它的傳導性能良好，傳輸信息容量大，一條通路可同時容納數十人通話。可以同時傳送數十套電視節目，供自由選看。

利用光導纖維進行的通信叫光纖通信。一對金屬電話線至多只能同時傳送一千多路電話，而根據理論計算，一對細如蛛絲的光導纖維可以同時通一百億路電話！鋪設1000公里的同軸電纜大約需要500噸銅，改用光纖通信只需幾公斤石英就可以了。沙石中就含有石英，幾乎是取之不盡的。

醫學應用

光導纖維內窺鏡可導入心臟和腦室，測量心臟中的血壓、血液中氧的飽和度、體溫等。用光導纖維連接的激光手術刀已在臨床應用，并可用作光敏法治癌。

另外，利用光導纖維制成的內窺鏡，可以幫助醫生檢查胃、食道、十二指腸等的疾病。光導纖維胃鏡是由上千根玻璃纖維組成的軟管，它有輸送光線、傳導圖像的本領，又有柔軟、靈活，可以任意彎曲等優點，可以通過食道插入胃里。光導纖維把胃里的圖像傳出來，醫生就可以窺見胃里的情形，然后根據情況進行診斷和治療。

傳感器應用

光導纖維可以把陽光送到各個角落，還可以進行機械加工。計算機、機器人、汽車配電盤等也已成功地用光導纖維傳輸光源或圖像。如與敏感元件組合或利用本身的特性，則可以做成各種傳感器,測量壓力、流量、溫度、位移、光澤和顏色等。在能量傳輸和信息傳輸方面也獲得廣泛的應用。

藝術應用

由于光纖的良好的物理特性，光纖照明和LED照明已越來越成為藝術裝修美化的用途。

井下探測技術

過去，石油工業只能利用現有的技術開采油氣儲量，常常無法滿足快速投資回收和最大化油氣采收率的需求，并導致原油采收率平均只有35%左右。井下系統供應商預測，通過利用智能井技術可以使原油采收率提高到50%~60%。

在開發井中傳感器之前，收集井下信息的唯一方法是測井。測井方法雖然能提供有價值的數據，但作業成本高，并有可能對井產生損害。因此，需要更好的井下技術提高無干擾流動監測和控制。

光纖作為寬帶接入一種主流的方式，有著通信容量大、中繼距離長、保密性能好、適應能力強、體積小重量輕、原材料來源廣價格低廉等的優點，未來在寬帶互聯網接入的應用可預料會非常廣泛。

根據市場研究與預測公司IDC預計2012年**光纖接入用戶數將超過2660萬戶，未來5年保持56.4%的年復合增長率，而且**已成為全球最大的光網絡設備市場之一。截至2011年底，**光纖接入端口數已超過1億個，同比增長超過100%；**光纖接入用戶數已達1556萬戶，同比增長超過370%。比起**1.58億的寬帶用戶數，光纖接入用戶數還將會有非常廣闊的上升空間。根據我國光纖寬帶發展計劃，到2015年全國互聯網出口帶寬達到5T，城市家庭帶寬接入能力基本達到20M以上，農村家庭帶寬能力基本達到4M以上；家庭光纖接入覆蓋超過500萬戶；**局域網的公共運營熱點規模將超過15萬個；屆時將實現全市公益性機構光纖到達率100%，實現全部科技園區、工業園區、商務樓宇、賓館酒店等商務類場所的光纖到樓、到辦公室。

這些數據都表明，**的寬帶市場蘊藏著巨大的潛力，必將是未來寬帶**對抗的主戰場之一。而光纖寬帶的普及也是大勢所趨。所以未來寬帶市場的斗爭很大程度上是光纖寬帶的斗爭。

**電信集團副總工程師表示，**電信光纖寬帶用戶數量三年后將超過1億，達到世界領先水平。**聯通也明確了2012年新增光纖到戶家庭1000萬。**移動在2010年在三大**光纖光纜招標量達40%~50%。可以看出各大**對于光纖寬帶這項前景看好的業務都給予了很大的重視。

拓展知識：

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