1.1.1 光纤

光纤的完整名称叫作光导纤维（Optical Fiber），是用纯石英（玻璃）以特别的工艺拉成比头发还细、中间有介质的玻璃管，可作为光传导工具，如图1-1所示为光纤拉丝及成品示意图。

1.光纤的生产工艺

光纤的生产流程包括制棒、拉丝、涂覆、筛选、复绕。其中，制棒包含3种方法：外部气相沉积法、内部气相沉积法和轴向气相沉积法，具体生产流程详见图1-2。光纤制造的关键技术是高纯度（光纤材料要求达到高纯度99.9999%）和高精度（精确控制光纤折射率和几何尺寸）。

2.光纤的结构

光纤是由两种不同折射率的玻璃材料拉制而成的，基本结构包括3个部分：折射率（n1）较高的纤芯部分、折射率（n2）较低的包层部分以及表面涂覆层，如图1-3所示。注意，纤芯和包层仅在折射率等参数上不同，在结构上是一个完整的整体。同时为保护光纤，在涂覆层外有二次涂覆层（又称塑料套管）。纤芯的作用是传输光信号；包层的作用是使光信号封闭在纤芯中传输。

通信用的光纤的标称外径为125µm，多模光纤纤芯的标称直径为50µm，单模光纤纤芯的标称模场直径为4~10µm。

3.光纤的分类

光纤按照材料、折射率、传输模式、二次涂覆层结构等，被划分成多种类型。

（1）按光纤的材料分类：石英光纤、塑料光纤。

石英光纤一般是指由掺杂石英芯和掺杂石英包层组成的光纤。这种光纤具有很低的损耗和中等程度的色散。目前，通信网络中所使用的光纤大多数是掺锗石英光纤（掺杂物为锗，掺杂物的作用为改变石英玻璃的折射率）。

塑料光纤（POF）是由高透明聚合物如聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）作为芯层材料，PMMA、氟塑料等作为皮层材料的一类光纤。不同的材料具有不同的光衰减性能和温度应用范围。塑料光纤不但可用于接入网的最后100~1000m，而且可以用于汽车、飞机等各种运载工具上，是优异的短距离数据传输介质。石英光纤和塑料光纤的结构如图1-4所示。

（2）按光纤剖面折射率分布分类：阶跃型光纤、渐变型光纤。

阶跃型光纤是指纤芯和包层的折射率均匀，呈阶跃形状，如图1-5（a）所示。由于这种光纤会产生脉冲展宽，目前，多模光纤已经不再使用这种折射率分布形式。而单模光纤中只有一种传输模式，不存在这种由于入射角度的不同而带来的脉冲展宽，因此仍然使用这种折射率分布形式。

渐变型光纤的纤芯折射率分布如图1-5（c）所示，由于渐变型光纤具有类似透镜的“自聚集”作用，对光脉冲的展宽比阶跃型光纤小得多，因此，光信号传输距离较长。目前使用的多模光纤均采用此类折射率分布形式。

（3）按传输模式分类：多模光纤、单模光纤。

多模光纤是指在一定的工作波长上有多个模式同时在光纤中传输。按多模光纤截面折射率的分布可分为阶跃型多模光纤和渐变型多模光纤。

单模光纤是指只能传输一种模式的光纤。单模光纤只能传输基模（最低阶模），不存在模间时延差，其带宽一般比渐变型多模光纤高一两个数量级，这对于高码速传输是非常重要的。因此，单模光纤广泛应用于大容量、长距离的通信。多模和单模光纤结构及传输模式如图1-6所示。

（4）按二次涂覆层结构分类：紧套结构光纤、松套结构光纤。

紧套结构光纤是指光纤的二次涂敷（塑料套管）与一次涂敷紧密接触，光纤在套管中不能松动。松套结构光纤是指光纤的二次涂敷与一次涂敷留有空间（一般充油膏），光纤在套管中可以松动，如图1-7所示。

4.常用光纤传输特性介绍

目前，常见的ITU-T规定的光纤代号有G.651光纤（多模光纤）、G.652光纤（常规单模光纤）、G.653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（低损耗光纤）、G.655光纤（非零色散位移光纤）。我国的国家标准采用IEC标准，ITU-T和IEC关于光纤标准的对比情况参见表1-1。

（1）G.652光纤。

G.652光纤是通信网中应用最广泛的一种单模光纤。G.652A光纤支持10Gbit/s系统传输距离超过400km，支持40Gbit/s系统传输距离达2km；G.652B光纤支持10Gbit/s系统传输距离达3000km以上，支持40Gbit/s系统传输距离达80km以上；G.652C光纤的基本属性与G.652A相同，但在1550nm处衰减系数更低，且消除了1380nm附近的水吸收峰，即系统可以工作在1360~1530nm波段；G.652D光纤的属性与G.652B基本相同，衰减系数与G.652C相同，即系统可以工作在1360~1530nm波段。

（2）G.657光纤。

G.657光纤（接入网用抗弯损失单模光纤）被优选应用于FTTH室内光缆。G.657A光纤是“弯曲提高”光纤，最小弯曲半径为10mm，已在国内的FTTH工程中得到比较好的推广应用。G.657B光纤是“弯曲冗余”光纤，最小弯曲半径可降低到7.5mm，G.657B光纤的技术要求和制造工艺要求更高，也已开始得到应用。符合G.657标准的光纤可以用与敷设铜缆类似的方式在室内进行安装，降低了对施工人员的技术要求，同时有助于提高光纤的抗老化性能。

（3）G.655光纤。

G.655光纤称为非零色散位移光纤，在1550nm波长处有较低的色散（但不是最小），能有效抑制“四波混频”等非线性现象。适用于速率高于10Gbit/s的使用光纤放大器的波分复用系统。