光纤技术
光
通
信
(9 0 1 1 )的介质波导理论，但由于光在光纤中的损耗机理、光用技术的迅速发展，使光纤通信的通信距离和通信容量的拓展纤波导的弱导性、微小的光纤截面尺寸以及其它传输特性均与发挥到极致。G 6 3纤迅速被G 6 5 . 5光纤赶出历史舞 .5光 . 5,G 6 6微波介质波导不相同，故光纤波导理论是一门独立的理论。一台。目前，一波长的传输容量已从 2 5 b t s 1G i/发展到单 .G i/, 0 b t s大批学者为此作出了原创性的贡献，有关文献浩如烟海。这 4 G i/ .并已开始 1 0 G i/的研究。D D的波长间隔已从 0bt 8, 6 bt s WM里仅撷数例，以窥一斑：如 S y e A W ( 9 9 n d r . . 1 6 )和 G o e D lg, .
1 6 m 0 8 m小到0 4 m(0 H ) .n,. n减 . n 5 G z。全波光纤的技术突破，使“堑变通途”,天使单模光纤的有效使用波段扩展为从1 8 r - 2 0 m i12 n的石英光纤低损耗区的全部波段。可以想见，一根光纤 65m在
(9 1 17 )基于光纤波导的弱导性， ( ln )< n (l 2即 n— 2< ln和n分别 18 n波长的水峰损耗消失，遂令第五波段 ( 3 0 m 13 n ) 35m 1 6 n一 5 0 m
为光纤纤芯和包层的折射率)将经典的模式 (,两重和四重 )简并为线性偏振 (P模，而大大简化了光纤波导的理论分析： L)从各种损耗机理的理论研究为低损耗光纤制造提供了理论依据：
K c, . . O a s y R和 P t r a n K等学者对光在光纤中上同时传送千万路电话已不再是人类的梦想的了。 e k D B, 1h n k, . e em n, . s
光纤传感技术是与光纤通信技术相伴而生的光纤技术发
J u h m e L, a c s, . G m l n W A等学者对光纤波导展的又一方向。它己由零星研究走向集中开发、由军用催生民 e n o m, . M r u eD和 a b g . . i的色散性能的研究则为G 6 5 G 6 6色散位移光纤的开发奠
用、由单点监测技术发展到分布式网络监测技术，其应用领域 . 5, . 5等定了理论基础
之广、其市场潜力之大、其发展势头之猛已令万众瞩目。与传
在华盛顿和波士顿之间的世界上第一条商用光纤通信系统统的传感技术相比，光纤传感器的优势是本身的物性特性而不于1 8年建成。短短几十年间，光纤网络已遍布全球，至今已是功能特性。光波在光纤中传播时，在外界因素，如温度、压 91在全球敷设了数亿公里的光纤，成为互联网、全球信息通信的力、位移、电场、磁场、转动等的作用下，通过光的反射、折基础。光纤的发明不但解决了信息长距离传输的问题，而且极射和吸收效应，光学多普勒效应、声光、电光、磁光、弹光效
大地提高了效率并降低了成本。今天，二氧化硅光纤已成为通信系统的基石，就如同硅 集成电路是计算机的基石一样。
应，S g a效应和光声效应等原理，使表 anc
征光波的特征参量：振幅、相位、偏振态、波长等，直接或间接地发生变化，因而可将光纤用作敏感元件来探测各种物理
今因光纤技术而催生的产业庞大得无法估计；从光纤光缆的制造，到光纤网络通信系统；从通信网、电视网到互联网；从打
量，此即光纤传感器的基本原理。此外，光纤还有各种衍生的传感功能，例如，光纤光栅周围化学物质浓度的变化通过倏逝
网络游戏到看高清电视，光纤已成为整个人类信息社会的基础。诺贝尔奖评委会是如此
场影响光栅的布拉格波长，利用这种特性，通过对光纤光栅进行特殊处理，可制成探测各种化学物质的光纤光栅化学和生物化学传感器。与普通光纤光栅相比，长
描述神奇的光纤：“波流动在纤细的光纤光中，它携带着各种信息数据传递向每一个方向，文本、音乐、图片和视频因此能在瞬问传遍全球。” 与传统的导电材料铜不同，铜是不可再生资源，再过几十年，地球上铜矿必将开采殆尽。自从西门子公司开发出第一根铜质通信电缆至今，已逾一百年。再也没有另
周期光栅对光纤包层外材料的折射率变化更敏感，因为长周期光栅
将正向导模耦合到几个正向包层模，围绕包层的材料折射
率的任何变化都会改变透射光波的性质。将光纤光栅涂上特殊的活性涂覆层，可测量低浓度 ( 0 9 )的目标分子。此类光 1—级
外一百年的铜资源可资利用了。而光纤的材料，二氧化硅及其掺杂材料均是地球上取之不尽，用之不竭的物质，是大自然恩赐于人
纤传感器可用于航天器的氢气漏泄检测， 油气管道的碳氢化合物的漏泄检测，煤矿
类的无穷的财富。光纤的价格之低廉也是任何其他传输媒质无中的瓦斯检测等等。 而光纤本身又是光波的传输媒质，这种“”、“”合传感法比拟的。每公里 G 6 2纤价格已从初期的上千元下降到目前 .5光
的七十多元人民币。今天，应用最广泛的G 6 2 . 5光纤，其结构
一
的特征所带来的优势，堪称无可匹敌。基于瑞利散射、布里
(阶跃型折射率剖面)之简单，其性能之优越，价格之低廉已无渊散射和拉曼散射原理的O D, B T R O D一类的分布式光 T R O D及R T R纤传感器以及基于双光束干涉的光纤传感干涉仪，如马赫一曾德有能望其项背者。G 6 7纤的出现，也将原先人们对光纤“ .5光脆 M c— e n e )干涉仪、迈克尔孙 ( ih lo )干涉仪、 M cesn 弱易折”的观感一扫而空。光纤到户 ( T H F T )时代的来临，已尔 ( a h Z h d r萨格奈克 (a n c干涉仪等，其光纤传感臂上的每一点既是敏 S ga)指日可待。 感点又是传输介质。即使对于基于多光束干涉的准分布式光纤
=,光纤通信与光纤传感光纤技术正在向两个方向发展；第一波是光纤通信技术，
法布里一罗 ( a r— e o )传感器，以及近年来发展最为迅珀 Fb yPr t 速的光纤光栅传感器而言，前者的工作原理是通过两个光纤端
第二波则是随之而来的光纤传感技术。光纤通信技术历经 3余面作为反射面之间的距离变化来测量被测量的变化，后者则是 0
年的发展，日臻成熟；光纤传感技术则是方兴未艾。后者也正利用光纤材料的光敏性，即外界入射光子和光纤纤芯内锗离子相互作用引起折射率的永久性变化，从而在光纤纤芯内形成空在借助光纤通信技术的成果处于迅速发展
中。 进入二十世纪 9年代后，由于光纤放大器及光纤波分复间相位光栅所构成，因此光纤光栅是在光纤纤芯中形成。两者 O网络电信二零一零年六月