光纤传输优点

微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管（light emitting diode,LED）或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。

在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。

通常光纤与光缆两个名词会被混淆。多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。光纤外层的保护层和绝缘层可防止周围环境对光纤的伤害，如水、火、电击等。光缆分为：光纤，缓冲层及披覆。光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。

在多模光纤中，芯的直径是50μm和62.5μm两种， 大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8μm~10μm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套， 以使光线保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。 纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆，易断裂，因此需要外加一保护层。

双芯光纤在包层中存在两个纤芯，属于特种光纤。从光波导的物理结构出发，双芯光纤主要分为同轴双芯光纤和非同轴双芯光纤。近年来也出现了光子晶体双芯光纤、带状双芯光纤和双子芯光纤。

同轴双芯光纤

同轴双芯光纤，也称作双包层光纤或双环芯光纤，即包层中的两个芯子在以包层圆心为轴线的同一轴线上，表现为内外两个芯子的结构。同轴双芯光纤常用于制作大功率的光纤激光器。

非同轴双芯光纤

非同轴双芯光纤在一个在包层中存在两个独立芯子的光纤。根据两个芯子的位置分布，非同轴双芯光纤可分为轴对称( 相对于光纤包层的圆心) 的非同轴双芯光纤和轴偏移的非同轴双芯光纤。轴对称的非同轴对称双芯光纤，两个芯子对称于波导中心。轴偏移的非同轴双芯光纤的两个芯子仍是平行芯，但是两个芯子的对称轴向光纤一侧偏移。典型的例如可以使其中一个芯子正好位于整个双芯光纤的中轴上。另外，如果双芯光纤的两个芯子折射率及形状相同，可称为匹配双芯光纤。如果两个芯子的折射率及形状不相同，则可称为失配双芯光纤。

双芯光子晶体光纤

光子晶体光纤是由一种单一介质( 通常为石英玻璃) 构成，在二维方向上呈现周期性紧密排列( 如周期性六角形等) ，而在光纤轴向基本保持不变的波长量级空气孔所构成的微结构包层的新型光纤。

双芯光子晶体光纤也是光子晶体光纤的研究热点之一，主要体现在其耦合特性与其在色散和色散斜率补偿的应用。一般双芯光子晶体光纤的光纤的双芯由除去中心孔两侧的空气柱形成，属于非同轴双芯光纤。环双芯光子晶体光纤用于制作新型的模式干涉仪，也是研究的热点之一，属于同轴双芯光纤的一种。

带状双芯光纤

带状双芯光纤是一种新型特种光纤。带状双芯光纤的两根纤芯分布在内部，而包层较薄，整体的光纤截面近似矩形。带状双芯光纤可以直接当作双芯光纤使用，制作成多种光纤传感器和光纤器件。在纤芯中掺杂增益物质和包层由高分子聚合物制作的带状双芯光纤，则可类似为双包层光纤。

双子芯光纤

双子芯光纤由两个邻近的分支波导通过一个共同的薄边缘相粘绑定在一起;每个分支波导的形状和尺寸与标准的单模光纤相同。双子芯光纤能够使每个分支波导的独立尾纤的输入输出实现低插入损耗，通过熔融拉锥的方法，可以制作成热平衡和机械耦合稳定的干涉仪。

将四氯化硅等原材料制成光纤的过程。光纤制造的过程决定了光纤的机械强度、传输特性和使用寿命，对保证光纤质量十分重要。通信光纤的制造分为制棒和拉丝两道工序。

大多数用途的双芯光纤都是基于双芯光纤两个纤芯间的模式耦合效应。通过单模光纤和双芯光纤的连接，可制作出高性能的紧凑的全光纤耦合型滤波器，紧凑的全光纤Mach-Zehnder 干涉仪，紧凑的全光纤Michelson 干涉仪。下面重点介绍基于非同轴双芯光纤的耦合型滤波器和Mach-Zehnder 干涉仪的原理及其应用设计，同时介绍双芯光纤在光连接器、光纤放大器、光分插复用器、光开关、光学镊子、光纤传感方面的应用。

基于轴对称双芯光纤的耦合型滤波器

研究者们提出基于轴对称双芯光纤的耦合型滤波器，该滤波器将两根普通单模光纤的芯子分别和一段长度为L 的两个纤芯相同的轴对称的非同轴双芯光纤的中心熔接在一起，再将两根单模光纤分别与宽带光源和光谱分析仪相接，通过光谱分析仪则可观察滤波器的梳状谱。基于双芯光纤耦合型的滤波器结构简单，制作容易，但是由于轴对称双芯光纤与单模光纤的模场不匹配，会影响滤波器的耦合效率以及插入损耗。

改进的基于轴对称双芯光纤的耦合型滤波器

为减小插入损耗，研究者们提出了一种改进的基于轴对称双芯光纤的耦合型滤波器。该滤波器通过在线监测滤波器输出功率的方法，将两根普通单模光纤的芯子通过错位方式分别和一段长度为L 的两个纤芯相同的轴对称的非同轴双芯光纤的其中一个纤芯熔接在一起。这种滤波器插入损耗较小，但是需要分别精密对准单模光纤与双芯光纤的其中一个芯子，花费较长时间，仍然存在一定的难度。

基于轴偏移双芯光纤的耦合型滤波器

为解决以上问题，这里提出基于轴偏移双芯光纤的耦合型滤波器。该滤波器将两根单模光纤的芯子分别和一段长度为L 的两个纤芯相同的轴偏移双芯光纤的中心纤芯熔接在一起。由于单模光纤和轴偏移双芯光纤的中心纤芯的波导对称性，这种滤波器有利于双芯光纤与单模光纤纤芯接续点的对准进行模场匹配，制作时间较短，能够减小单模光纤和双芯光纤之间的插入损耗，从而提高整个滤波器的性能。

基于轴对称双芯光纤的Mach-Zehnder 干涉仪

该干涉仪将两根普通单模光纤的芯子分别和一段长度为L 的两个纤芯折射率不相同( 即失配双芯光纤) 的轴对称的非同轴双芯光纤的中心熔接在一起。双芯光纤的两个纤芯因存在差异而产生有效折射率差使光信号在两个纤芯传输时产生相位差，在两路光信号耦合到单模光纤时发生干涉。这种干涉仪结构简单，制作容易，但是单模光纤与双芯光纤熔接处由于模场不匹配而插入损耗较大。

为了解决上述干涉仪中插入损耗的问题，研究者们提出了一种改进的基于轴对称双芯光纤Mach-Zehnder 干涉仪。该干涉仪在两处单模光纤与双芯光纤熔接的位置分别进行熔融拉锥使单模光纤和双芯光纤的模场实现较好的匹配，但是利用这种方法进行熔融拉锥的精确位置不容易确定。

改进的基于轴偏移双芯光纤的Mach-Zehnder干涉仪

由于实际操作中不能确保拉制双锥区域光纤具有良好的形状对称性的问题，在此提出一种改进的基于轴偏移双芯光纤的Mach-Zehnder 干涉仪。该干涉仪将两根普通单模光纤的芯子分别和轴偏移的非同轴双芯光纤的中心纤芯熔接在一起，并在双芯光纤上选择两处合适的位置进行熔融拉锥。这种滤波器有利于双芯光纤与单模光纤纤芯接续点的对准，制作时间较短，能够减小单模光纤和双芯光纤之间的插入损耗; 同时能够很好地控制两个芯子间的能量耦合，从而提高整个滤波器的性能。

光连接器

光连接器的主要用途是用以实现光纤的接续。研究者们提出一种新型的基于双芯光纤的连接器。将轴对称的非同轴双芯光纤( TCF) 连接到两对芯子的相速度不一致的非对称的双对芯光纤( DPCF) ，经过远端的DPCF 和双子芯光纤最终分别与两个单模光纤连接。此光连接器因低损耗和低信号串扰的特征，有良好的应用前景。

光纤放大器

基于双芯光纤制作的掺铒光纤放大器，可自动提供信道功率均衡，忽略放大器之间的损耗变化和信号的瞬态交叉饱和。该器件主要利用了信道的空间分离作用和铒离子与功率相关的饱和特性。在双芯掺铒光纤均衡放大器中，两纤芯均为Er3 + 掺杂。研究者们提出一种增益平坦的双芯掺铒光纤放大器。此放大器能在一定程度实现输出功率均衡，适合未来通信发展中多信道多级放大波分复用光纤系统和网络的要求。

光分插复用器

光分插复用器的作用是上传和下载信号的节点，是长途干线网和城域网的重要组成部分。研究者们提出一种基于双芯光纤的分插复用器。在两根纤芯中写入等长的光纤光栅后，从A1端输入不同波长的信号光，光在非光栅区域相互耦合后进入光栅段，利用布拉格光栅将特定波长的光信号反射从B1端输出，而其余信号则继续向前传输，从而达到下载信号的作用。同理反方向输入可实现了信号的上传功能。

全光开关

光开关是对集成光路或者传输线路中的光信号进行相互逻辑操作或转换的光学器件。研究者们提出了基于双芯光纤的全光开关，其原理是利用双芯光纤的耦合特性。