一、光纤的结构与类型

光纤（OpticFiber），是光导纤维的简称，它能够将进入光纤一端的光线传送到光纤的另一端。光纤是一种多层介质结构的对称柱体光学纤维，它一般由纤芯、包层、涂覆层与护套层构成，如图1所示。

图1 光纤结构示意图

纤芯与包层是光纤的主体，对光波的传播起着决定性作用。纤芯多为石英玻璃，直径一般为5~75^m，材料主体为二氧化硅，其中掺杂其他微量元素，以提高纤芯的折射率。包层直径很小，一般为100~200pm，其材料主体也为二氧化硅，但折射率略低于纤芯。涂覆层的材料一般为硅酮或丙烯酸盐，主要用于隔离杂光。护套的材料一般为尼龙或其他有机材料，用于提高光纤的机械强度，保护光纤。一般，没有涂覆层和护套的光纤，称为裸纤。

光纤的种类很多，从不同的角度出发有不同的分类，一般有以下4种分类。

（1）按光纤材料分，可分7种：石英系光纤、多组分玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤、液芯光纤、晶体光纤、红外材料光纤。

（2）按光纤横截面上折射率的分布分，可分两类：阶跃型（突变型）光纤和梯度型（自聚焦或渐变型）光纤。

阶跃型光纤纤芯折射率径向分布函数如图2（a）所示，在纤芯和包层两种介质内部，折射率均匀分布，即们、"2均为常数，因此在纤芯与包层的分界处折射率产生阶跃变化。梯度型光纤的纤芯折射率沿径向呈非线性规律递减，故亦称为渐变折射率光纤。图2（b）为一种常见的梯度型光纤的折射率径向分布函数。

图2 光纤纤芯折射率径向分布示意图

（3）按传输模式多少分，可分为两类：单模光纤（Single-Mode）和多模光纤（Multi-Mode），如图3所示。

图3 单模与多模光纤示意图

光纤中传播的模式就是光纤中存在的电磁场场形（HE）或者光场场形，其各种场形，都是光波导中经过多次的反射和干涉的结果，而各种模式是不连续的。由于驻波才能在光纤中稳定的存在，它的存在反映在光纤横截面上就是各种形状的光场，即各种光斑。如果是一个光斑，称为单模光纤，它只传输主模，也就是说，光线只沿光纤的内芯进行传输（见图3）o由于单模光纤完全避免了模式色散，从而使得它的传输频带很宽，因而适用于大容量、长距离的光纤通信。一般，单模光纤使用的光波长为1310nm或1550nm。若为两个以上光斑，则称为多模光纤，即它有多个模式在光纤中传输。由于色散或像差的关系，这种光纤的传输性能较差，频带比较窄，传输容量也比较小，所以传输距离比较短。图3所示为多模光纤光线轨迹图。

（4）按光纤工作波长分，可分三种：0.8~0.9pm的短波长光纤、1~1.7pm的长波长光纤、2nm以上的超长波长光纤。

由于光纤的材料与制造工艺的不同，使光在光纤中传输时会有一定的衰减，其衰减量一般用dB/km表示。而不同波长的光，在光纤中传播时造成的衰减是不一样的。光波长与传输损耗的关系，如图4所示。

图4 光波长与传输损耗的关系

由图4可知，在以纳米（nm）表示波长的一些特定点上，其光的衰减最小。因此，光纤通信中常用的光波长，一般选用使光衰减量最小的850nm，1300nm及1550nm等波长。

一般，光纤裸纤是很脆弱的，它虽然有防护层的保护，但仍不适于长距离室外工程项目的架设。在实际的工程应用中，光纤都是包在高抗拉强度的外套内，以光缆形式出现的。目前，光缆一般具有两种基本类型，即用于室外的松管型和用于室内的紧包缓冲型，室外的松管型光缆如图5所示，室内的紧包缓冲型光缆如图6所示。

图5 松管型光缆示意图

图6 紧包缓冲型光缆示意图

在图5所示的松管型光缆内，填充有防潮用的软胶，每根管内最多可以装12根光纤。在实际的多光纤室外应用时，一般采用如图7所示的多光纤室外光缆。

图7 多光纤室外光缆