按光纖的組成材料可分為:石英玻璃光纖(主要材料為SiO2)、復(fù)合光纖(主要材料為SiO2、Na2O和CaO等氧化物)、硅酸鹽光纖、氟化物光纖、塑包光纖、全塑光纖、液芯光纖、測光光纖、尾光光纖、工業(yè)光纖等。光通信中主要用石英光纖,以后所說的光纖也主要是指石英光纖。
(1)石英玻璃光纖
石英玻璃光纖是一種以高折射率的純石英玻璃(SiO2)材料為芯,以低折射率的有機(jī)或無機(jī)材料為包皮的光學(xué)纖維。由于石英玻璃光纖傳輸波長范圍寬(從近紫外到近紅外,波長從0.38~2.0μm),所以石英玻璃光纖適用于紫外到紅外各波長信號及能量的傳輸。另外,石英玻璃光纖數(shù)值孔徑大、光纖芯徑大、機(jī)械強(qiáng)度高、彎曲性能好和很容易與光源耦合等優(yōu)點(diǎn),故在傳感、光譜分析、過程控制及激光傳輸、激光醫(yī)療、測量技術(shù)、刑偵,信息傳輸和照明等領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛。尤其是在工業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的激光傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用,這是其他種類的光纖無法比擬的。
?。?)復(fù)合光纖
復(fù)合光纖(Compound Fiber)是在SiO2原料中再適當(dāng)混合諸如氧化鈉(Na2O)、氧化硼(B2O2)、氧化鉀(K2O2)等氧化物的多成分玻璃作成的光纖。其特點(diǎn)是多成分玻璃比石英的軟化點(diǎn)低且纖芯與包層的折射率差很大。主要用在醫(yī)療業(yè)務(wù)的光纖內(nèi)窺鏡。
?。?)氟化物光纖
氟化物光纖(Fluoride Fiber)是由氟化物玻璃作成的光纖。這種光纖原料又簡稱ZBLAN(即將氟化鋁(ZrF4)、氰化鋇(BaF2)、氟化鑭(LaF3)、氟化鋁(A1F2)、氰化鈉(NaF)等氯化物玻璃原料簡化成的縮語)。它主要工作在2~10pm波長的光傳輸業(yè)務(wù)。
由于ZBLAN具有超低損耗光纖的可能性,正在進(jìn)行著用于長距離通信光纖的可行性開發(fā),如其理論上的最低損耗在3pm波長時(shí)可達(dá)3~10dB/km,而石英光纖在1.55pm時(shí)卻在0.15~0.16dB/km之間。
目前,ZBLAN光纖由于難于降低散射損耗,只能用在2.4~2.7pm的溫敏器和熱圖像傳輸,尚未廣泛實(shí)用。不過最近,為了利用ZBLAN進(jìn)行長距離傳輸,正在研制1.3pm的摻錯(cuò)光纖放大器(PDFA)。
?。?)塑包光纖
塑包光纖(Plastic Clad Fiber)是用高純度的石英玻璃制作成纖芯,而將折射率比石英稍低的如硅膠等塑料作為包層的階躍型光纖。它與石英光纖相比較,具有纖芯粗、數(shù)值孔徑(NA)高的特點(diǎn)。因此,易與發(fā)光二極管LED光源結(jié)合,損耗也較小。所以,非常適用于局域網(wǎng)(LAN)和近距離通信。
?。?)全塑光纖
全塑光纖是將纖芯和包層都用塑料(聚合物)制作成的光纖。早期產(chǎn)品主要用于裝飾和導(dǎo)光照明及近距離光鏈路的光通信中。原料主要是有機(jī)玻璃(PMMA)、聚苯乙?。≒S)和聚碳酸酯(PC)。損耗受到塑料固有的C-H結(jié)合結(jié)構(gòu)制約,一般每千米可達(dá)幾十分貝。為了降低損耗很多公司正在開發(fā)應(yīng)用氟索系列塑料。由于塑料光纖(Plastic Optical Fiber)的纖芯直徑為1 000pm,是單模石英光纖的100倍,接續(xù)簡單,而且易于彎曲,施工容易。近年來,加上寬帶化的進(jìn)度,作為漸變型(GI)折射率的多模塑料光纖的發(fā)展受到了社會的重視。最近,在汽車內(nèi)部LAN中應(yīng)用較快,未來在家庭LAN中也可能得到應(yīng)用。
(6)碳涂層光纖
碳涂層光纖是在石英光纖的表面涂敷碳膜的光纖,稱為碳涂層光纖(CCF,Carbon Coated Fiber)。其機(jī)理是利用碳素的致密膜層,使光纖表面與外界隔離,以改善光纖的機(jī)械疲勞損耗和氫分子的損耗增加。CCF是密封涂層光纖(HCF)的一種。
?。?)金屬涂層光纖
金屬涂層光纖(Metal Coated Fiber)是在光纖的表面涂上Ni、Cu、A1等金屬層的光纖。它是抗惡環(huán)境性光纖之一,也可作為電子電路的部件用。早期產(chǎn)品是在拉絲過程中,涂上熔解的金屬制作而成的。由于此法因玻璃與金屬的膨脹系數(shù)差異太大,會增加彎曲造成損耗,實(shí)用率不高。近期,由于在玻璃光纖的表面采用低損耗的非電解鍍膜法,使其性能大有改善。
?。?)摻稀土光纖
摻稀土光纖是在光纖的纖芯中,摻雜鉺(Er)、釹(Nd)、鐠(Pr)等稀土族元素的光纖。1985年英國的索斯安普頓(Sourthampton)大學(xué)的佩思(Payne)等首先發(fā)現(xiàn)摻雜稀土元素的光纖(Rare Earth Doped Fiber)有激光振蕩和光放大的現(xiàn)象?,F(xiàn)在使用的1.55pm EDFA就是利用摻鉺的單模光纖,其利用1.47pm的激光進(jìn)行激勵(lì),得到1.55pm光放大信號。另外,摻鐠的氟化物光纖放大器(PDFA)正在開發(fā)中。
(9)發(fā)光光纖
發(fā)光光纖是采用含有熒光物質(zhì)制造的光纖。它是在受到輻射線、紫外線等光波照射時(shí),產(chǎn)生的熒光一部分,可經(jīng)光纖閉合進(jìn)行傳輸?shù)墓饫w。發(fā)光光纖(Luminescent Fiber)可以用于檢測輻射線和紫外線,以及進(jìn)行波長變換,或用做溫度敏感器、化學(xué)敏感器。在輻射線的檢測中也稱做閃光光纖(Scintillation Fiber)。
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