石英光纖

由於石英光纖傳輸波長範圍寬（從近紫外到近紅外，波長從0.38-2.1um ），所以石英光纖適用於紫外到紅外各波長信號及能量的傳輸，石英光纖數值孔徑大、光纖芯徑大、機械強度高、彎曲性能好和很容易與光源耦合等優點，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）、激光醫療、測量技術、刑偵，信息傳輸和照明等領域的應用極為廣泛。已廣泛應用於電子、醫療、生物工程、材料加工、傳感技術、國防軍事等各個領域。由於石英光纖的商品化、低成本、優異的光傳輸性能和生物相容性，以及高強度、高可靠性和高激光損傷閾值等諸多優點，使得石英光纖在能量傳輸，尤其是在工業和醫學等領域的激光傳輸中得到了廣泛的應用，這是其他種類的光纖無法比擬的。隨着成本的降低和技術的成熟，石英光纖在照明領域的應用也越來越廣泛，需求量逐年倍增 ^[1]  。

石英光纖是光導纖維的簡稱，是用純度特別高的石英玻璃（以SiO2為主要成分）製作的纖維狀波導結構。石英光纖的基本功能是對光束的束縛及傳播，即把一定波長的光能束縛在幾到幾十微米的徑向範圍內而沿石英光纖長度方向作低損耗傳播。石英光纖作為傳輸介質的基本特性用傳輸容量表示，它等於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中，石英光纖具有的帶寬潛力是其它介質無法比擬的。電話雙絞線傳輸帶寬一般約100KHz量級，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到20THz。光纖的傳輸損耗也很低，1.55µm波長石英光纖批量生產的損耗可在0.22dB/km以下，1.31µm波長的損耗在0.34dB/km以下。相比之下，中同軸電纜工作在60MHz時，損耗已有19dB/km。

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體結構，因此單位長度的重量可以是光纖的幾千倍。這當然會增加運輸和施工費用；

2、石英光纖的傳輸過程沒有電磁泄漏，這不僅有利於保密，而且避免了線路的串擾；

3、石英光纖的傳輸不受外界電磁輻射的影響，可以在馬達附近、核實驗現場等惡劣環境合作，而且強度高，耐大氣侵蝕好；

4、經特殊設計的光纖，其傳輸光束的振幅、相位、偏振狀態、波長等物理量可受外界環境調製而變化。用石英光纖組成干涉儀，通過相位檢測，可得到極高的檢測靈敏度，因而石英光纖已成為傳感介質廣泛用於工業自動控制、軍用偵察等領域；

5、石英光纖中摻入某些元素後會成增益介質，可做成具有不同性能的光纖激光器。光纖激光器是激光領域的一個重要發展方向，它在激光器的小型化、實用化方面起着非常重要作用，是激光技術進入信息領域的切入點 ^[2]  。

  

光纖是光導纖維（OF：Optical Fiber）的簡稱。但光通信系統中常常將Optical Fibe（光纖）又簡化為Fiber，例如：光纖放大器（FiberAmplifier）或光纖幹（Fiber Backbone）等等。有人忽略了Fiber雖有纖維的含義，但在光系統中卻是指光纖而言的。因此，有些光產品的説明中，把fiber直譯成“纖維”，顯然是不可取的。光纖實際是指由透明材料作成的纖芯和在它周圍採用比纖芯的折射率稍低的材料作成的包層所被覆，並將射入纖芯的光信號，經包層界面反射，使光信號在纖芯中傳播前進的媒體。光纖的種類很多，根據用途不同，所需要的功能和性能也有所差異。但對於有線電視和通信用的光纖，其設計和製造的原則基本相同，諸如：①損耗小；②有一定帶寬且色散小；③接線容易；④易於成統；⑤可靠性高；⑥製造比較簡單；⑦價廉等。光纖的分類主要是從工作波長、折射率分佈、傳輸模式、原材料和製造方法上作一歸納的，茲將各種分類舉例如下。 

（1）工作波長：紫外光纖、可觀光纖、近紅外光纖、紅外光纖（0.85pm、1.3pm、1.55pm）。 （2）折射率分佈：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：單模光纖（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、複合材料（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機材料（碳等）、金屬材料（銅、鎳等）和塑料等。  

（5）製造方法：預塑有汽相軸向沉積（VAD）、化學汽相沉積（CVD）等，拉絲法有管律法（Rod intube）和雙坩鍋法等 ^[3]  。