April 19, 2011

24

「光纖」就是能輸送光線的纖維。其實它與能輸送自來水的水管以及能輸送瓦斯的瓦斯管一樣,只是管子的粗細小了許多,管徑的大小大約只有萬分之一公尺,只比頭髮稍粗。「光纖」的主要功用就是傳輸「光波」,因為「光波」在空氣中傳送都是沿直線進行,很容易被障礙物阻擋,所以需要「光纖」來幫忙輪送。其實它的作用,與水管輸送自來水和瓦斯管輪送瓦斯的功能並無不同,只是「光纖」是根據「全反射」的原理來傳輸「光波」,而在「全反射」的狀況下,整條「光纖」就像一條周圍都是鏡子的管線,一旦光線進入這條管子,它再也跑不出來,只有乖乖地從進口的這一端乖乖地跑到出口的那一端,就完成了「光波」的傳輸。
其實,一旦「光波」進入「光纖」,或多或少的還是會從「光纖」內部漏出來,跑出來量的多少,跟「光纖」的品質有很大的關係。玻璃做的光纖,品質較好,價格較貴,漏出的光量較少;塑膠做的光纖,價格較低廉,但相對地漏光量也較大,這也是一分錢一分貨的道理。可是無論漏光量的大小,聰明的科學家與工程師們,都有因應的辦法:把「玻璃光纖」使用在需要傳真度較高的訊號傳輸,例如有線電視、光纖網路等應用上,而故意把漏光量大的塑膠光纖,應用到照明的用途上,像是把「塑膠光纖」環繞游泳池的周邊,不但達到省電照明的功效(比四周設置電燈要便宜),而且還有藝術的效果。這種化腐朽為神奇、把缺點變成優點的作法,其實就是能深切體會到「尺有所量,寸有所短」這個道理。
近代的「光纖通訊」始於1960年代,而使得「光纖」成為現在及未來通訊的主力乃是基於兩個事件的激發:首先是西元1960年美國物理學家梅門(Theodore Harold Maiman)成功地使紅寶石振盪產生「雷射光」。第二則為西元1966年,科學家高錕(Charles Kao)及George A. Hockham,他們預測所製作的「光纖」,能夠讓「光波」在其中傳輸 一公里 ,仍有原來1﹪的光能量,那麼「光纖」就能夠像電纜一般,來作為傳輸工具。因為在當時,即使是最好的「光纖」,「光波」在其中傳輸20公尺就已使光能量降低至原來能量的1﹪。
到了西元1970年,由貝爾實驗室製作成功,可於常溫下連續振盪之半導體雷射(Semi-Conductor-Laser)及康寧玻璃工廠(Corning Glass Work)製造出每公里衰滅小於20分貝的低損失石英質(Silica)光纖後,「光纖」技術一日千里。今日,由於光電科技的發展,每公里衰滅低於1分貝,傳輸頻寬(「頻率寬度」)高於800MHZ的光電纜已可大量生產,再配合「高階數位多工」(High Order Digital Multiplex)技術的發展以及高性能「光電元件」(Opto-Electronic Device)的開發,每秒傳播速度高達九千萬「位元(Binary Digit,簡稱bit)」,甚至每到每秒四億「位元」之高速大容量光通訊系統,目前已達實用化的階段。
光纖的結構為圓形且細如髮絲之玻璃纖維,主要分為兩部分,裏層稱「核心(Core)」,通常以玻璃做成;外層稱為「纖殼(Clad)」。因為「光纖」是屬於介質波導之一種,故只要條件許可,也可使用特殊的塑膠材料或液體材料。由於「光纖」的「核心」的直徑只有數個「微米」(百萬分之一米)至數十「微米」,而「纖殼」的直徑也僅在一百至兩百「微米」之間,其本身相當微弱。因此,在一般應用中,會於外層再鍍上一層塑膠,並再加一層尼龍,以免受到外界化學物質的侵蝕。若將幾條如上述一般之光纖維起來,就可形成所謂的「光纖電纜」了,或簡稱為「光纜」。
「光纖」依其「折射率」分布之不同,可分為兩種:一種是「級(階)射率光纖(Step Index Fiber)」;另一種為「斜(緩)射率光纖(Graded Index Fiber)」。又可依「傳播模態」的不同,分為兩「單模態光纖(Single-Mode Fiber)」及「多模態光纖(Multi-Mode Fiber)」。在此要強調一點,除「單模態光纖」之外,其它如「級射率」或「斜射率」光纖則都屬於「多模態光纖」。「級射率光纖」因其「核心」與「纖殼」之「折射率」變化劇烈,因此「核心」射向外殼之光束會在介面產生「全反射」;光則不停的依「全反射」之形式傳播,沿中心軸前進的光線和反射前進的光線到達終點的時間有差異。「單模態光纖」之「核心」其直徑非常細,因此只有平行中心軸的光線進入「核心」,故光線到達終點的時間一致。「斜射率光纖」,因其「核心」「折射率」之變化是緩和且連續,又因光在介質中之速度和「折射率」成反比,故原先偏離中心軸的光線,經過連續曲折後,依序會再回中心軸,最後到達終點的時間大約一致。
「光纖」除應用在大量資訊傳輸之外,一般最常用的則是影像傳送,例如工程師可在安全距離檢查核能電廠的輻射區,「光纖」在醫學上的應用也很多,例如內視鏡,它是一根柔軟可彎曲且內含數條「光纖」的管子。當它滑入病人的嘴、鼻、消化道及其它心臟等由體外看不到的地方時,醫生便能由內視鏡看到內部變化,而減少進行冒險性手術的需要。
光纖的速度介紹: 骨幹常用的光纖規格STM16642的傳輸速率,為銅線E1E5的速率,分別為5~100020~4000倍。
銅線與光纖傳輸速率比較:
TDMSDH/SONET
傳輸規格傳輸速度傳輸規格傳輸速度:
E12.048MbpsOC-1/STM052Mbps
E28.448MbpsOC-3/STM1155Mbps
E334.368MbpsOC-12/STM4622Mbps
E4139.268MbpsOC-48/STM162.5Gbps
E5565.148MbpsOC-192/STM6410Gbps

Today's Visitors: 0 Total Visitors: 0
Personal Category: Uncategorized Articles Topic: learning / academic / Science
[Trackback URL]

Post A Comment









Yes No



Please input the magic number:

( Prevent the annoy garbage messages )
( What if you cannot see the numbers? )
Please input the magic number

誰來收藏
Loading ...
unlog_NVPO 0