光纤是什么,有什么用途

Question

除传递信息外还有什么用途

Answer 1

光纤」除应用在大量资讯传输之外,一般最常用的则是影像传送,例如工程师
可在安全距离检查核能电厂的辐射区,「光纤」在医学上的应用也很多,例如内
视镜,它是一根柔软可弯曲且内含数条「光纤」的管子.当它滑入病人的嘴,鼻,
消化道及其它心脏等由体外看不到的地方时,医生便能由内视镜看到内部变化,
而减少进行冒险性手术的需要.

光纤的应用范围很广,光纤除了作通讯用
途外,还可以用来制造内窥镜等医疗器材,光纤感应器或光纤装饰,交通,夜视
感测器度量测量和控制工程显微镜学,显微镜学,机器视觉,照明,成像,健康,
电荷耦合元件(CCD)汽车等.所以逐渐替代铜线成为主要的通讯媒介.

光纤应用新技术

70年代后期，光纤技术开始进入商业领域，光纤的一
些固有特性优点(如不受噪声干扰以及较高的传输带宽等)
使它成为了各种应用领域中的理想传输介质。高传输速率
系统的垂直干线用光纤来实现已经成为了网络设计者们的
首选设计方案。对这些垂直主干上的光电器件的投资通常
可在带宽和保密性方面得到补偿。但是，在水平工作区，
光纤的应用长期被忽视。八十年代初，终端用户开始将光
缆安装到工作站的信息出口，希望在将来会有经济实用的
光纤产品问世，但是大多数用户所安装的水平光缆是在“
黑暗”模式下工作的，这是因为系统光电器件不能达到要
求的带宽，并且价格太高。

由于没有经济实用的光纤产品，用户对光纤水平区布
线失去了兴趣。近来，由于布线标准的改变以及光电器件
、光缆、连接器技术的发展和应用带宽的逐步升级，很多
用户开始重新考虑用“光纤到桌面”来替代水平布线系统
中的铜缆方案。下面我们将对一些与此相关的技术问题和
标准加以讨论。

光纤连接器技术的发展

近几年，光纤连接器、光缆和光电器件等光纤技术得
到了长足的发展。光纤连接器的物理尺寸和外形（如ST、
SC接口）的改变一直被产品开发者和最终用户们所关注。
由于许多局域网中的应用只要求使用两根光纤（一根用于
发射，另一根用于接收），所以在大多数情况下需要使用
双芯光纤连接器。双芯光纤连接器的尺寸总是比用于非屏
蔽双绞线（UTP）布线系统的RJ45插座的尺寸要大得多，考
虑到配线架上连接器的密度，非屏蔽双绞线（UTP）布线系
统将更有吸引力。在工作站信息出口，双芯光纤连接器也
存在着严重的空间问题——在一个单孔美标安装盒上，很
难设计出能支持2个以上双芯光纤连接器的面板和模块。

为了解决这个问题，几个生产商开发出了小尺寸的双
芯光纤连接器，使光纤连接器可以在尺寸上与RJ45连接器
竞争。这些连接器中有几种在设计上很有创意，且大大减
少了光纤端接所需的时间。一些厂商还和光电器件生产厂
商结成伙伴关系，来生产相同外形尺寸的耦合器以安排LE
D/PIN 对，支持了新型光纤连接器的生产。然而，当前EI
A/TIA TR41.8 建议中规定,在工作站一端仍然把SC 双芯光
纤连接器作为标准光纤连接器，而在电信间一端则可以使
用任何光纤连接器。不管TR41.8 如何看待这一问题，小尺
寸光纤连接器的开发已使得光纤连接器和UTP 连接器的尺
寸基本相当。

光纤技术的发展

短波长是指850nm，而长波长则是指1300nm 。表1 给
出了多模光纤两个波段的独立工作窗口。这些工作窗口是
由光纤的衰减特性决定的。然而，1996年以后，由于光纤
制造技术的进步，光纤衰减特性得到了改善，使得光纤在
整个 720nm～1370nm的波段内都可以使用。这对波分复用
（WDM）系统的开发是很重要的。

表2给出了62.5nm和50nm光纤在特定波段的特性比较。
两种纤芯尺寸都可用于局域网。从表2中可以明显看出，5
0nm光纤的带宽与波长无关，这是50nm光纤的一大优点，然
而，由于其纤芯尺寸与常用的62.5nm光纤有差异，使用50
nm光纤会产生3dB的能量衰减。如果能量大到在最坏的链路
情况下能容纳这3dB的衰减，那么它所增加的带宽就可以支
持更多的应用了(如千兆位以太网)，并有很大的带宽余量
。

既然62.5nm光纤的信号衰减在820nm至920nm波段内是
最大的，那么为什么它仍工作在这一波段呢？很简单，这
是因为光电器件（LED和PIN）与相应的长波长器件比较价
格很低，只有其价格的30％ 左右，因此使用短波长光电器
件是非常重要的。

光纤器件的发展

发光二极管（LED）和PIN 光电二极管是短波长多模光
纤中最常用的光源和光检测器。LED 可以支持的数据速率
高达125Mbps。普通PIN受噪声影响较大，为了减少噪声的
影响，在PIN封装中增加了一个互阻抗放大器，这种光检测
器就是PIN－FET组件。这种器件的优点是造价较低，但LE
D 可支持的传输速率较低，难以将其应用在高速数据传输
的场合中。

激光器（laser）和雪蹦光电二极管（APD）是另一类
用于光纤系统的光源和探测器。这些器件可支持极高的数
据传输速率。APD有很高的量子效率，这使其非常适合于“
弱光”应用。然而，这两种器件都很复杂，要保持它们稳
定地工作对电子和温度的控制要求都很高。正是这种复杂
性使得它们的应用费用相当高，因而限制了使用。

“激光原则”的一个例外是工作于短波长波段的垂直
腔表面发射激光(VCSEL)。它与LED相比的优点是——它是
一种半导体激光，可支持高达2Gbps的传输速率。而且，它
的驱动电流小，输出光功率可达1mW(0dBm)，光谱宽度小于
0.5nm。更重要的是它对电路的要求较低，从而大大地简化
了设计要求，同时也降低了器件造价。VCSEL在封装上也优
于 LED ，它不需要棱镜，几个VCSEL 可以在同一个基片上
组成一个阵列，这使其非常适合于带状光纤和WDM应用。上
述优点使得VCSEL成为理想的光源。VCSEL优越的带宽性能
使多模光纤成为千兆以太网应用的理想选择之一。表3 给
出了LED和VCSEL的比较。

光纤标准

用户和网络设计者们越来越关心电磁干扰/射频干扰（
EMI/RFI）、带宽、链路距离、数据安全性和网络故障等问
题。能同时满足上述各项指标要求的唯一介质就是光纤。
1995年，TIA/EIA TSB－72 标准的出台和1998年TIA 光纤
局域网小组（FOLS）短波长联盟的形成就是最好的证明。

TSB－72是一种集中式光纤布线系统的标准。TSB－72
允许光纤布线的距离为300米，使网络设计者可以利用长传
输距离去将网络电子设备（如路由器、集线器和交换机等
）集中到一个设备间内。这种结构给用户提供了一个由当
前共享带宽环境过渡到交换环境的途径。集中式网络结构
增加了网络的灵活性，简化了网络的扩充、移动、变更和
管理，减少了网络的故障时间，最重要的是它显著地减少
了安装费用。

100Mbps快速以太网是增长速度最快的一种局域网应用
。1995年IEEE802.3u 100BASE－FX 标准定义了光纤介质的
快速以太网标准。100BASE－FX 标准采用FDDI标准的信号
编码（4B5B编码）方式和物理介质信号部分。它使用长波
长（1300nm）光电器件，而长波长（1300nm）光电器件的
价格比短波长（850nm）光电器件的价格高许多（前面已介
绍过）。因此，IEEE 目前正在制定一个新标准——100BA
SE－SX。一些相关的厂商也在1998年1季度成立了短波长联
盟。它的任务就是制订采用低成本短波长光纤器件的快速
以太网标准。注意，这是非常重要的。它的短期目标是：

1.降低成本，即采用普通的光电器件，通过使用已开
发出的短波长光电器件（LED和PIN）达到降低成本的目的
。

2.100BASE－SX标准将与10BASE－FL标准兼容。

3.可采用连接器。

4.易于升级到100Mbps。

介质转换

完整地考虑一个光纤到桌面的解决方案，不仅要有光
纤信息出口（ST、SC、平直或倾斜等）和光纤配线箱（ST
、SC、墙面安装型、机柜安装型、可抽拉式等），还需要
考虑光纤直接到桌面后计算机网卡及集线器等设备的问题
。

因此，在众多的光纤到桌面解决方案中，很多技术人
员会碰到网络设备的造价将会提高很多这样一个很现实的
问题，即我们平常使用的计算机网卡将被换成光纤网卡，
普通集线器的RJ45出口也不能再使用了，而是被纯光纤出
口的集线器所取代。由于光纤网卡及光出口的集线器价格
非常昂贵，致使整个系统造价上升，所以光纤到桌面现在
在国内还基本上只是纸上谈兵。

一种非常实用的实现光纤到桌面的方法是使用介质转
换器(即光电转换器)。这种器件使局域网的升级非常简单
，且可以保护铜缆LAN设备的投资。

Answer 2

光纤是以光脉冲的形式来传输信号，以玻璃或有机玻璃等为网络传输介质。它由纤维芯、包层和保护套组成。

光纤可分为单模(Single Mode )光纤和多模(Multiple Mode)光纤。

单模光纤只提供一条光路，加工复杂，但具有更大的通信容量和更远的传输距离。

多模光纤使用多条光路传输同一信号，通过光的折射来控制传输速度。

在计算机网络中使用的光纤有以下几类

(1)8.3pm芯/125pm外壳，单模；

(2)62.5um芯/125um外壳，多模；

(3)5OPm芯/125pm外壳，多模;

(4)loopm 芯/140pm外壳，多模。

光缆之所以发展迅速，其主要原因是具有以下几个特点：

(1)传输带宽非常宽，通信容量很大；

(2)传输损耗小，中继距离长，特别适用于长距离传输；

(3)抗雷电和抗电磁干扰能力强；

(4)保密性好，不易被窃听或截取数据；

(5)体积小，重量轻；

(6)误码率低，传输可靠性高；

(7)价格正在不断下降。

光纤」除应用在大量资讯传输之外,一般最常用的则是影像传送,例如工程师
可在安全距离检查核能电厂的辐射区,「光纤」在医学上的应用也很多,例如内
视镜,它是一根柔软可弯曲且内含数条「光纤」的管子.当它%B

Answer 3

现代信息社会中通讯联系是家喻户晓，几乎人人都要用到它。过去用铜线联结的电话电讯已经不能满足城市通讯的需要，近年发1／10的细丝，一根光纤电缆可纳上千个通道。多通道增加了通讯的容量、提高了效率。另外光纤传输的光损失小，约为0．2dB／km，因此失真度小，通讯质量高。光缆的敷设使全世界通讯进行了一次革新。现在不仅是电话电讯用光纤，高清晰电视传送也用光纤，计算机联网也是光纤，—根光缆可做多种用途，对现代信息社会作出了巨大的贡献。我国光缆实际敷设量已达120—150万公里，1998年生产光纤250万公里，光纤通信市场每年以20％速度递增，光纤通讯产品的销售额约为200亿元/年左右。

目前光纤通讯材料主要用高透明度的二氧化硅材料，可用化学蒸汽沉积法(CVD)制成纯二氧化硅。近年来还有新的光纤材料，如ZrF4、LaF3和BaF2二元混合体的氟玻璃，其性能优于二氧化硅，光损失更小，上万公里光信号传输不需要任何中继站。当然2l世纪将会推出更多种类、更优性能的光纤通讯材料。

Answer 4

你知道光纤是什么吗，跟光缆有什么区别？它的材料源于这种金属