[科普中國(guó)]-石英光纖

石英光纖是一種以高折射率的純石英玻璃材料為芯，以低折射率的有機(jī)或無(wú)機(jī)材料為包皮的光學(xué)纖維。

簡(jiǎn)介由于石英光纖傳輸波長(zhǎng)范圍寬（從近紫外到近紅外，波長(zhǎng)從0.38-2.1um ），所以石英光纖適用于紫外到紅外各波長(zhǎng)信號(hào)及能量的傳輸，石英光纖數(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（特別是傳輸He-Ne、Ar+離子和YAG激光的理想介質(zhì)）、激光醫(yī)療、測(cè)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。已廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)療、生物工程、材料加工、傳感技術(shù)、國(guó)防軍事等各個(gè)領(lǐng)域。由于石英光纖的商品化、低成本、優(yōu)異的光傳輸性能和生物相容性，以及高強(qiáng)度、高可靠性和高激光損傷閾值等諸多優(yōu)點(diǎn)，使得石英光纖在能量傳輸，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(wú)法比擬的。隨著成本的降低和技術(shù)的成熟，石英光纖在照明領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，需求量逐年倍增1。

用途石英光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱，是用純度特別高的石英玻璃（以SiO2為主要成分）制作的纖維狀波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。石英光纖的基本功能是對(duì)光束的束縛及傳播，即把一定波長(zhǎng)的光能束縛在幾到幾十微米的徑向范圍內(nèi)而沿石英光纖長(zhǎng)度方向作低損耗傳播。石英光纖作為傳輸介質(zhì)的基本特性用傳輸容量表示，它等于傳輸速率與傳輸距離的乘積。決定傳輸距離與傳輸性能指標(biāo)則是石英光纖的損耗和色散（或帶寬）。在已使用的多種傳輸介質(zhì)中，石英光纖具有的帶寬潛力是其它介質(zhì)無(wú)法比擬的。電話雙絞線傳輸帶寬一般約100KHz量級(jí)，同軸電纜一般工作在幾百到幾千MHz，微波通信傳輸帶寬也只有幾十GHz，但一根光纖在1.31μm和1.55μm窗口傳輸帶寬可以達(dá)到20THz。光纖的傳輸損耗也很低，1.55μm波長(zhǎng)石英光纖批量生產(chǎn)的損耗可在0.22dB/km以下，1.31μm波長(zhǎng)的損耗在0.34dB/km以下。相比之下，中同軸電纜工作在60MHz時(shí)，損耗已有19dB/km。

特點(diǎn)1、石英光纖主要材料是SiO2，其比重是2.2。銅的比重是8.9，而石英光纖外徑只125μm，同軸電纜約100mm，同軸電纜又是雙層導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，因此單位長(zhǎng)度的重量可以是光纖的幾千倍。這當(dāng)然會(huì)增加運(yùn)輸和施工費(fèi)用；

2、石英光纖的傳輸過程沒有電磁泄漏，這不僅有利于保密，而且避免了線路的串?dāng)_；

3、石英光纖的傳輸不受外界電磁輻射的影響，可以在馬達(dá)附近、核實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)等惡劣環(huán)境合作，而且強(qiáng)度高，耐大氣侵蝕好；

4、經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的光纖，其傳輸光束的振幅、相位、偏振狀態(tài)、波長(zhǎng)等物理量可受外界環(huán)境調(diào)制而變化。用石英光纖組成干涉儀，通過相位檢測(cè)，可得到極高的檢測(cè)靈敏度，因而石英光纖已成為傳感介質(zhì)廣泛用于工業(yè)自動(dòng)控制、軍用偵察等領(lǐng)域；

5、石英光纖中摻入某些元素后會(huì)成增益介質(zhì)，可做成具有不同性能的光纖激光器。光纖激光器是激光領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向，它在激光器的小型化、實(shí)用化方面起著非常重要作用，是激光技術(shù)進(jìn)入信息領(lǐng)域的切入點(diǎn)2。

光纖的分類光纖是光導(dǎo)纖維（OF：Optical Fiber）的簡(jiǎn)稱。但光通信系統(tǒng)中常常將Optical Fibe（光纖）又簡(jiǎn)化為Fiber，例如：光纖放大器（FiberAmplifier）或光纖干（Fiber Backbone）等等。有人忽略了Fiber雖有纖維的含義，但在光系統(tǒng)中卻是指光纖而言的。因此，有些光產(chǎn)品的說(shuō)明中，把fiber直譯成“纖維”，顯然是不可取的。光纖實(shí)際是指由透明材料作成的纖芯和在它周圍采用比纖芯的折射率稍低的材料作成的包層所被覆，并將射入纖芯的光信號(hào)，經(jīng)包層界面反射，使光信號(hào)在纖芯中傳播前進(jìn)的媒體。光纖的種類很多，根據(jù)用途不同，所需要的功能和性能也有所差異。但對(duì)于有線電視和通信用的光纖，其設(shè)計(jì)和制造的原則基本相同，諸如：①損耗?。虎谟幸欢◣捛疑⑿。虎劢泳€容易；④易于成統(tǒng)；⑤可靠性高；⑥制造比較簡(jiǎn)單；⑦價(jià)廉等。光纖的分類主要是從工作波長(zhǎng)、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(zhǎng)：紫外光纖、可觀光纖、近紅外光纖、紅外光纖（0.85pm、1.3pm、1.55pm）。 （2）折射率分布：階躍（SI）型、近階躍型、漸變（GI）型、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。

（3）傳輸模式：?jiǎn)文９饫w（含偏振保持光纖、非偏振保持光纖）、多模光纖。

（4）原材料：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、復(fù)合材料（如塑料包層、液體纖芯等）、紅外材料等。按被覆材料還可分為無(wú)機(jī)材料（碳等）、金屬材料（銅、鎳等）和塑料等。

（5）制造方法：預(yù)塑有汽相軸向沉積（VAD）、化學(xué)汽相沉積（CVD）等，拉絲法有管律法（Rod intube）和雙坩鍋法等3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)