重要光纤类型及应用指南
在不断扩展的光纤通信世界中，一种尺寸并不适合所有的光纤。符合国际电信联盟G.652规范的步进式单模光纤有时被称为"标准单模"，因为它们已经被广泛使用了几十年。然而，G.652光纤已经随着需求的变化而发展，其他单模光纤已经被开发出新的用途，多模光纤已经找到了新的市场，并且出现了更多的奇异光纤。
重要光纤类型及应用指南
这些变化反映了为特定应用定制光纤的优势。室内使用的导管中需要抗弯曲的纤维。收缩纤维包层允许在电缆中使用更多的纤维数量。低水光纤可以在1270和1610nm之间以20nm为步长进行廉价的粗波分复用（WDM）。超低损耗光纤可以拉伸放大器的间距。多模分级光纤可以在短距离内传输高数据速率，削减发射机和接收机成本。
以下是重要光纤类型及其在通信中的应用指南：
渐变折射率多模光纤
梯度指数多模光纤最初是在20世纪60年代末开发的，目的是增加大芯光纤的带宽，现在主要用于短数据链路。过去使用的是LED光源，但现在大多数数据链路的速度都需要大规模生产的发射波长为800至960nm的垂直腔面发光激光器（VCSELs）。大多数分级光纤的纤芯为50μm，但一些纤芯为62.5μm的光纤仍在使用。表中列出了标准多模光纤的性能。
在实际应用中，多模数据链路只使用到550米左右，更远的距离使用单模光纤。虽然多模光纤在1310nm波段的损耗比短波长的损耗低，但廉价的VCSEL只在短波长波段大量生产。OM3和更新的标准使用VCSEL支持每秒多千兆比特的数据传输速率。
OM5标准规定，在850——953nm的两个或四个波长上，以25Gbit/s的短波分复用(SWDM)传输速率达到100Gbit/s的双工。2020年1月，IEEE工作组批准了IEEEP802.3cm400Gbit/soverMultimodeFiber标准，该标准将400Gbit/s信号在4根或8根光纤中进行分流，跨度可达100或150米，主要应用在大型数据中心内和5G网络的短距离高速链路上。
重复使用旧版光纤
数据中心安装的传统多模光纤可以重新利用，以高于表中所列的速率传输单模信号。Cailabs(法国雷恩)已经开发出一种光学器件，可以将高达99.5%的单模输入耦合到光纤的多种模式之一。他们报告说，传输速率为10Gbit/s，最高可达一公里，并正在测试100Gbit/s的速率。
二十年前安装的遗留G.652单模光纤，如果仍然是暗的或未充分使用，只需要进行最小的处理，就可以点亮使用。得益于数字信号处理和相干光传输，原本安装在一个或几个波长上传输10Gbit/s的G.652光纤可以在多达100个波长上传输相干的100Gbit/s信号，而不需要以适当的排列方式拼接不同类型的光纤来管理色散。这为传统光纤带来了新的生命，并可以为运营商节省安装新电缆的高昂费用，在城市地区安装新电缆的费用高达50万美元。
单模光纤标准
国际电联G.652单模标准的第一个版本是在1984年起草的，当时光纤通信的波长限制在1310纳米，那里的色散基本为零。它要求模场直径为8.6至9.5微米，截止波长不超过1260纳米，1310纳米处衰减不超过0.5分贝/公里，1550纳米处衰减不超过0.4分贝/公里。掺铒光纤放大器(EDFA)的发展将大部分传输转移到了1550nm窗口，但G.652光纤仍在广泛使用，当前G.652.D版本最显著的变化是将1310至1625nm处的损耗限制降低到0.4dB/km，1530至1565nm处的损耗限制降低到0.30dB/km6。
随着光纤传输的发展，其他新标准也随之而来。零色散移至1550nm的光纤的发展刺激了G.653标准的发展。最初的版本于1988年通过，要求纤芯直径为7.8至8.5微米，1500至1600纳米之间为零色散，最大色散为3.5ps/(nm-km)。一些零色散光纤仍在使用，但1550nm铒波段严重的四波混杂噪声使WDM不切实际，除非在1570——1625nmL波段使用放大器。
ITUG.654标准是为另一种基本被废弃的技术而制定的：1300nm附近零色散的海底电缆，单模截止波长转移到长达1530nm的波长。最近的变化将1530至1612nm处的最大损耗降低到0.25dB/km，因此它可以用于色散管理海底电缆的L波段传输。
WDM和色散管理的发展也导致了1996年ITUG.655非零色散位移单模光纤标准的出台.该标准规定的色散高到足以防止紧密间隔的光通道之间的非线性串扰，但低到足以允许通过混合不同色散的光纤进行色散补偿。最大单模截止波长为1450nm，最小和最大色散的单独公式规定了1460和1550nm之间的值，以及1550和1625nm之间的值，以允许通过拼接不同色散的光纤长度进行色散补偿。
另一个色散驱动的标准是G.656，2004年提供的是1460到1625nm之间低色散的单模光纤，适用于四波混杂不会成为严重问题的宽幅分离的WDM系统。后来，它被修改为用于拉曼光放大。
相干光传输采用数字信号处理进行前向纠错，避免了色散管理的需要，基本上不需要严格规定色散的标准。
弯曲损耗不敏感光纤
当光纤安装在网络的接入和传输部分的狭小空间时，弯曲损耗可能是一个重要的问题，因此ITU制定了G.657标准，定义了两类光纤的抗弯曲性能。A类涵盖了在传输和接入网中使用的G.652型光纤，它的弯曲半径可以是10或7.5mm。B类涵盖接入网中可能不符合G.652的光纤，当弯曲到7.5毫米或5毫米的半径时，具有低损耗。
弯曲损耗发生在单模光纤遇到弯曲或紧密包装的地方，如机柜、电缆管道、立管和隔板内。限制损耗的一种方法是减小模场直径，以改善对光的限制。另一种方法是嵌入一层折射率较低的玻璃，作为紧邻核心的凹陷内包层，或作为包层内的"沟槽"。其他的选择包括在纤芯中嵌入亚波长的孔或纳米结构。
1.用于降低弯曲损耗和改善导光性的光纤结构。
减薄型光纤
减少光纤的厚度可以让光纤被挤压成更小的体积，并弯曲成更小的半径，而不会引发可能导致光纤断裂的微小裂缝的形成。它还可以让更多的光纤装入电缆中。有两种选择：减少包层和覆盖在包层上的保护层，或者只减少保护层。
2.缩小包层直径如何改变10µm纤芯的单模光纤的尺寸。
标准光纤的外径为125µm，与单模光纤10µm的纤芯相比，纤芯很厚。可以将包层直径减小到80µm，这样光纤的玻璃体积就减少了2.4倍。带有塑料涂层的缩小包层光纤的外径约为170µm，而普通涂层光纤的外径为250µm。
另外，在标准的125µm包层上涂抹的涂层厚度也可以减少，因此涂覆纤维的直径只有200µm，而不是通常的250µm。
低水光纤
标准的光纤制造会留下氢的痕迹，氢在熔融硅纤维中与氧结合成羟基，在1360和1460nm之间吸收，在1383nm处有一个强峰。当光纤系统只在1310和1550nm波段工作时，这个波段可以忽略，但对于1270和1610nm之间20nm间距的廉价粗波分复用来说，这个波段就成了问题。
3.低水位和零水位峰值纤维的损耗比较（由Sterlite技术公司提供）。
已开发出将光纤中的氢气(通常称为"水")降低到两个水平的工艺。"低水"光纤通常在1383nm峰值处的损耗不高于1310nm处的损耗，通常低于0.34dB/km。目前版本的G.652.D和G.657标准都规定，1310——1625nm之间的光纤损耗应不超过0.40dB/km，低水光纤符合这一要求。标准还要求1383nm峰值处的损耗即使在老化后也要保持在0.4dB/km以下。
零水光纤可进一步降低OH的吸收，使1383nm峰值基本消失，衰减低于0.27和0.31dB/km。要达到如此低的损耗，需要用氘（重氢-2同位素）进一步加工，以阻止轻氢与玻璃中的氧结合，保持低吸收。
单模光纤的其他特殊功能
一些通信光纤提供了针对特殊情况进行优化的功能，例如拉伸放大器间距或跨越非常长的距离。
其中一个特点是扩大单模光纤的有效模式面积。虽然G.652的纤芯直径名义上是9到10微米，但它传输的单模以高斯模式扩散，因此有效模式面积更大一些--大约80nm2。如果这种光纤传输的功率很大，那么在靠近发射器或放大器的区域，功率最大的地方就会产生非线性效应。扩大有效模式面积可以降低纤芯的功率密度，减少非线性效应。改变磁芯-包层折射率差可以将有效模面积增加到100µm2以上，但这是有限制的。
大的有效模面积可以与极低的衰减相结合。例如，康宁公司（纽约州康宁市）和OFSOptics公司（佐治亚州诺克罗斯市）都提供了用于海底电缆的单模光纤，其有效模面积为125和150µm2，在1550nm处的衰减低于0.16dB/km。
还为通信系统中的端接或耦合光纤等任务制造了特殊光纤。
微结构和空芯光纤
新一代的光纤技术已经出现，基于微结构光纤，其长度上有孔。它们依靠光子晶体、光子带隙或其他结构来限制光，开辟了新的可能性。
微结构光纤具有由不同密度的微结构所产生的材料折射率差异；这些折射率差异引导或限制光。如果微结构与光纤传输的波长相比较小，它所包含的孔洞就会降低孔隙材料的平均折射率，因此它可以作为低折射率的包层，引导光通过固体或孔隙核心。
光子晶体光纤会产生光子带隙效应，阻止某些波长的光通过某些区域的传输。这种现象可用于将某些波长的光限制在一个有效面积较大的芯内，OFS光学公司在2020年10月出版的《激光聚焦世界》中对此进行了描述。网格结构作为内包层。标有"分流器"的六个六边形单元围绕着25微米的核心，将高阶模式从25微米的大核心中分流出来，使其有效地成为单模。
4.OFSOptics的中空芯光子带隙光纤的结构，该光纤在真空中以接近光速的速度传输信号（OFSOptics提供）。
虽然光子带隙光纤比传统的实芯光纤有更高的损耗，但其中空芯可以以30万公里/秒的速度传输光，而不是实芯光纤的20万公里/秒。光在中空芯中的领先时间获得了1.5微秒/公里，对于高频交易商来说，微秒意味着金钱，他们要为通过特殊电缆传输支付溢价。
2020年，南安普顿大学的衍生公司Lumenisity（英国罗姆西）推出了使用基于嵌套抗谐振无节光纤（NANF）技术的新型中空芯光纤的有线光纤。在这里，中空芯周围环绕着一层坚实的包层，其中几对嵌套的芯沿芯-包层边界运行。与光子带隙光纤相比，这种方法可以在更宽的波长范围内实现低损耗传输。在OFC2020上，南安普顿的研究人员报告说，在实芯光纤衰减的1550nm最小值处，损耗仅为0.28dB/km。
5.最小损耗为0.28dB/km的中空芯NANF光纤的结构（左）及其在1200和1700之间的衰减（蓝色）与早期最小为0.65dB/km的NANF光纤、纯硅实芯光纤（紫色）和光子带隙光纤（绿色）的衰减比较。
研究管道
另外两种新兴的实芯光纤仍在研究之中。
少模光纤的有效模态面积略高于单模工作的上限，使其只能携带少数几个模态(相比之下，传统多模光纤有数百或数千个模态)。研究人员已经证明，模分复用可以将单模信号耦合到少模光纤中的各个模式中，并在没有明显的串扰的情况下将其分离出来。
多芯光纤在其包层内嵌入了许多独立的导光芯，并将其分开以防止串扰。这样就可以实现芯分复用，每个芯传输单独的信号。
重要光纤类型及应用指南
这两种技术都已经在高数据速率下得到了证明，实验者已经成功地制造出包含多个芯的光纤，所有芯都以多种模式传输信号。这两种技术与在同一光缆中的不同光纤中或在平行线路中分别传输不同信号的不太优雅的方法一起被归类为空分复用。某种形式的空分多路复用在我们的未来，但哪种方法在电信系统中最具成本效益仍有待确定。
在不断扩展的光纤通信世界中，一种尺寸并不适合所有的光纤。符合国际电信联盟G.652规范的步进式单模光纤有时被称为"标准单模"，因为它们已经被广泛使用了几十年。然而，G.652光纤已经随着需求的变化而发展，其他单模光纤已经被开发出新的用途，多模光纤已经找到了新的市场，并且出现了更多的奇异光纤。
重要光纤类型及应用指南
这些变化反映了为特定应用定制光纤的优势。室内使用的导管中需要抗弯曲的纤维。收缩纤维包层允许在电缆中使用更多的纤维数量。低水光纤可以在1270和1610nm之间以20nm为步长进行廉价的粗波分复用（WDM）。超低损耗光纤可以拉伸放大器的间距。多模分级光纤可以在短距离内传输高数据速率，削减发射机和接收机成本。
以下是重要光纤类型及其在通信中的应用指南：
渐变折射率多模光纤
梯度指数多模光纤最初是在20世纪60年代末开发的，目的是增加大芯光纤的带宽，现在主要用于短数据链路。过去使用的是LED光源，但现在大多数数据链路的速度都需要大规模生产的发射波长为800至960nm的垂直腔面发光激光器（VCSELs）。大多数分级光纤的纤芯为50μm，但一些纤芯为62.5μm的光纤仍在使用。表中列出了标准多模光纤的性能。
在实际应用中，多模数据链路只使用到550米左右，更远的距离使用单模光纤。虽然多模光纤在1310nm波段的损耗比短波长的损耗低，但廉价的VCSEL只在短波长波段大量生产。OM3和更新的标准使用VCSEL支持每秒多千兆比特的数据传输速率。
OM5标准规定，在850——953nm的两个或四个波长上，以25Gbit/s的短波分复用(SWDM)传输速率达到100Gbit/s的双工。2020年1月，IEEE工作组批准了IEEEP802.3cm400Gbit/soverMultimodeFiber标准，该标准将400Gbit/s信号在4根或8根光纤中进行分流，跨度可达100或150米，主要应用在大型数据中心内和5G网络的短距离高速链路上。
重复使用旧版光纤
数据中心安装的传统多模光纤可以重新利用，以高于表中所列的速率传输单模信号。Cailabs(法国雷恩)已经开发出一种光学器件，可以将高达99.5%的单模输入耦合到光纤的多种模式之一。他们报告说，传输速率为10Gbit/s，最高可达一公里，并正在测试100Gbit/s的速率。
二十年前安装的遗留G.652单模光纤，如果仍然是暗的或未充分使用，只需要进行最小的处理，就可以点亮使用。得益于数字信号处理和相干光传输，原本安装在一个或几个波长上传输10Gbit/s的G.652光纤可以在多达100个波长上传输相干的100Gbit/s信号，而不需要以适当的排列方式拼接不同类型的光纤来管理色散。这为传统光纤带来了新的生命，并可以为运营商节省安装新电缆的高昂费用，在城市地区安装新电缆的费用高达50万美元。
单模光纤标准
国际电联G.652单模标准的第一个版本是在1984年起草的，当时光纤通信的波长限制在1310纳米，那里的色散基本为零。它要求模场直径为8.6至9.5微米，截止波长不超过1260纳米，1310纳米处衰减不超过0.5分贝/公里，1550纳米处衰减不超过0.4分贝/公里。掺铒光纤放大器(EDFA)的发展将大部分传输转移到了1550nm窗口，但G.652光纤仍在广泛使用，当前G.652.D版本最显著的变化是将1310至1625nm处的损耗限制降低到0.4dB/km，1530至1565nm处的损耗限制降低到0.30dB/km6。
随着光纤传输的发展，其他新标准也随之而来。零色散移至1550nm的光纤的发展刺激了G.653标准的发展。最初的版本于1988年通过，要求纤芯直径为7.8至8.5微米，1500至1600纳米之间为零色散，最大色散为3.5ps/(nm-km)。一些零色散光纤仍在使用，但1550nm铒波段严重的四波混杂噪声使WDM不切实际，除非在1570——1625nmL波段使用放大器。
ITUG.654标准是为另一种基本被废弃的技术而制定的：1300nm附近零色散的海底电缆，单模截止波长转移到长达1530nm的波长。最近的变化将1530至1612nm处的最大损耗降低到0.25dB/km，因此它可以用于色散管理海底电缆的L波段传输。
WDM和色散管理的发展也导致了1996年ITUG.655非零色散位移单模光纤标准的出台.该标准规定的色散高到足以防止紧密间隔的光通道之间的非线性串扰，但低到足以允许通过混合不同色散的光纤进行色散补偿。最大单模截止波长为1450nm，最小和最大色散的单独公式规定了1460和1550nm之间的值，以及1550和1625nm之间的值，以允许通过拼接不同色散的光纤长度进行色散补偿。
另一个色散驱动的标准是G.656，2004年提供的是1460到1625nm之间低色散的单模光纤，适用于四波混杂不会成为严重问题的宽幅分离的WDM系统。后来，它被修改为用于拉曼光放大。
相干光传输采用数字信号处理进行前向纠错，避免了色散管理的需要，基本上不需要严格规定色散的标准。
弯曲损耗不敏感光纤
当光纤安装在网络的接入和传输部分的狭小空间时，弯曲损耗可能是一个重要的问题，因此ITU制定了G.657标准，定义了两类光纤的抗弯曲性能。A类涵盖了在传输和接入网中使用的G.652型光纤，它的弯曲半径可以是10或7.5mm。B类涵盖接入网中可能不符合G.652的光纤，当弯曲到7.5毫米或5毫米的半径时，具有低损耗。
弯曲损耗发生在单模光纤遇到弯曲或紧密包装的地方，如机柜、电缆管道、立管和隔板内。限制损耗的一种方法是减小模场直径，以改善对光的限制。另一种方法是嵌入一层折射率较低的玻璃，作为紧邻核心的凹陷内包层，或作为包层内的"沟槽"。其他的选择包括在纤芯中嵌入亚波长的孔或纳米结构。
1.用于降低弯曲损耗和改善导光性的光纤结构。
减薄型光纤
减少光纤的厚度可以让光纤被挤压成更小的体积，并弯曲成更小的半径，而不会引发可能导致光纤断裂的微小裂缝的形成。它还可以让更多的光纤装入电缆中。有两种选择：减少包层和覆盖在包层上的保护层，或者只减少保护层。
2.缩小包层直径如何改变10µm纤芯的单模光纤的尺寸。
标准光纤的外径为125µm，与单模光纤10µm的纤芯相比，纤芯很厚。可以将包层直径减小到80µm，这样光纤的玻璃体积就减少了2.4倍。带有塑料涂层的缩小包层光纤的外径约为170µm，而普通涂层光纤的外径为250µm。
另外，在标准的125µm包层上涂抹的涂层厚度也可以减少，因此涂覆纤维的直径只有200µm，而不是通常的250µm。
低水光纤
标准的光纤制造会留下氢的痕迹，氢在熔融硅纤维中与氧结合成羟基，在1360和1460nm之间吸收，在1383nm处有一个强峰。当光纤系统只在1310和1550nm波段工作时，这个波段可以忽略，但对于1270和1610nm之间20nm间距的廉价粗波分复用来说，这个波段就成了问题。
3.低水位和零水位峰值纤维的损耗比较（由Sterlite技术公司提供）。
已开发出将光纤中的氢气(通常称为"水")降低到两个水平的工艺。"低水"光纤通常在1383nm峰值处的损耗不高于1310nm处的损耗，通常低于0.34dB/km。目前版本的G.652.D和G.657标准都规定，1310——1625nm之间的光纤损耗应不超过0.40dB/km，低水光纤符合这一要求。标准还要求1383nm峰值处的损耗即使在老化后也要保持在0.4dB/km以下。
零水光纤可进一步降低OH的吸收，使1383nm峰值基本消失，衰减低于0.27和0.31dB/km。要达到如此低的损耗，需要用氘（重氢-2同位素）进一步加工，以阻止轻氢与玻璃中的氧结合，保持低吸收。
单模光纤的其他特殊功能
一些通信光纤提供了针对特殊情况进行优化的功能，例如拉伸放大器间距或跨越非常长的距离。
其中一个特点是扩大单模光纤的有效模式面积。虽然G.652的纤芯直径名义上是9到10微米，但它传输的单模以高斯模式扩散，因此有效模式面积更大一些--大约80nm2。如果这种光纤传输的功率很大，那么在靠近发射器或放大器的区域，功率最大的地方就会产生非线性效应。扩大有效模式面积可以降低纤芯的功率密度，减少非线性效应。改变磁芯-包层折射率差可以将有效模面积增加到100µm2以上，但这是有限制的。
大的有效模面积可以与极低的衰减相结合。例如，康宁公司（纽约州康宁市）和OFSOptics公司（佐治亚州诺克罗斯市）都提供了用于海底电缆的单模光纤，其有效模面积为125和150µm2，在1550nm处的衰减低于0.16dB/km。
还为通信系统中的端接或耦合光纤等任务制造了特殊光纤。
微结构和空芯光纤
新一代的光纤技术已经出现，基于微结构光纤，其长度上有孔。它们依靠光子晶体、光子带隙或其他结构来限制光，开辟了新的可能性。
微结构光纤具有由不同密度的微结构所产生的材料折射率差异；这些折射率差异引导或限制光。如果微结构与光纤传输的波长相比较小，它所包含的孔洞就会降低孔隙材料的平均折射率，因此它可以作为低折射率的包层，引导光通过固体或孔隙核心。
光子晶体光纤会产生光子带隙效应，阻止某些波长的光通过某些区域的传输。这种现象可用于将某些波长的光限制在一个有效面积较大的芯内，OFS光学公司在2020年10月出版的《激光聚焦世界》中对此进行了描述。网格结构作为内包层。标有"分流器"的六个六边形单元围绕着25微米的核心，将高阶模式从25微米的大核心中分流出来，使其有效地成为单模。
4.OFSOptics的中空芯光子带隙光纤的结构，该光纤在真空中以接近光速的速度传输信号（OFSOptics提供）。
虽然光子带隙光纤比传统的实芯光纤有更高的损耗，但其中空芯可以以30万公里/秒的速度传输光，而不是实芯光纤的20万公里/秒。光在中空芯中的领先时间获得了1.5微秒/公里，对于高频交易商来说，微秒意味着金钱，他们要为通过特殊电缆传输支付溢价。
2020年，南安普顿大学的衍生公司Lumenisity（英国罗姆西）推出了使用基于嵌套抗谐振无节光纤（NANF）技术的新型中空芯光纤的有线光纤。在这里，中空芯周围环绕着一层坚实的包层，其中几对嵌套的芯沿芯-包层边界运行。与光子带隙光纤相比，这种方法可以在更宽的波长范围内实现低损耗传输。在OFC2020上，南安普顿的研究人员报告说，在实芯光纤衰减的1550nm最小值处，损耗仅为0.28dB/km。
5.最小损耗为0.28dB/km的中空芯NANF光纤的结构（左）及其在1200和1700之间的衰减（蓝色）与早期最小为0.65dB/km的NANF光纤、纯硅实芯光纤（紫色）和光子带隙光纤（绿色）的衰减比较。
研究管道
另外两种新兴的实芯光纤仍在研究之中。
少模光纤的有效模态面积略高于单模工作的上限，使其只能携带少数几个模态(相比之下，传统多模光纤有数百或数千个模态)。研究人员已经证明，模分复用可以将单模信号耦合到少模光纤中的各个模式中，并在没有明显的串扰的情况下将其分离出来。
多芯光纤在其包层内嵌入了许多独立的导光芯，并将其分开以防止串扰。这样就可以实现芯分复用，每个芯传输单独的信号。
重要光纤类型及应用指南
这两种技术都已经在高数据速率下得到了证明，实验者已经成功地制造出包含多个芯的光纤，所有芯都以多种模式传输信号。这两种技术与在同一光缆中的不同光纤中或在平行线路中分别传输不同信号的不太优雅的方法一起被归类为空分复用。某种形式的空分多路复用在我们的未来，但哪种方法在电信系统中最具成本效益仍有待确定。
#阳光信用# [心]#每日一善#
【，较好及以上可互动】
我们这一生，路要自己走，苦要自己吃，任何人无法给予全部依赖，以为走不过去的路，跨过去后回头看看，也不过如此。
日行一善，其福必厚，善良之人，一世心安！
生活，需要追求；梦想，需要坚持；生命，需要珍惜；人生的路上，更需要坚强。
信任是一缕春风，它会让枯藤绽出新绿；信任是一条纽带，它连结了无数心灵。信任又像绽放的花朵，它需要友爱作空气，忠诚作阳光，关切作雨露。
【，较好及以上可互动】
我们这一生，路要自己走，苦要自己吃，任何人无法给予全部依赖，以为走不过去的路，跨过去后回头看看，也不过如此。
日行一善，其福必厚，善良之人，一世心安！
生活，需要追求；梦想，需要坚持；生命，需要珍惜；人生的路上，更需要坚强。
信任是一缕春风，它会让枯藤绽出新绿；信任是一条纽带，它连结了无数心灵。信任又像绽放的花朵，它需要友爱作空气，忠诚作阳光，关切作雨露。
帕克走了，但帕克号依然向着太阳前进
从人类生存及技术应用的角度来说，对太阳风性质的探究和对日冕物质抛射的预测，是人类进行空间活动的必然需求，也是人类理解生命起源，寻找地外生命的重要基础。
美国著名太阳物理学家尤金·帕克于近日逝世，享年94岁。
帕克是最早提出并通过数学计算证明“太阳风”存在的天文学家，对太阳物理学研究起到了奠基性作用。
2018年8月，以帕克命名的太阳探测器发射升空，当时91岁的帕克亲临发射现场观看了此次发射，而这也使得帕克号太阳探测器成为美国国家航空航天局（NASA）历史上第一个以在世科学家命名的探测器。
如今，帕克走了，但帕克号依然向着太阳前进。
太阳风理论颠覆人们对太阳大气认知
能够“冠名”太阳探测器，帕克对太阳领域的研究，究竟有着怎样的贡献？上世纪中叶，权威学者查普曼提出的静态太阳大气理论成为当时的主流观点。该理论认为，太阳大气一方面受到太阳超高温度下形成的向外膨胀力的作用，另一方面又受到太阳自身引力的作用，两种力实现平衡，形成了太阳大气的静止状态。
但也有科学家提出了不同看法，1956年德国科学家路德维希·比尔曼通过观察彗星“尾巴”的朝向指出，彗星的一条“尾巴”之所以总是背向太阳，是由于彗星的挥发物受到了太阳上吹来的风的影响，被吹向了与太阳相反的方向，从而形成了彗尾。
这一学说在当时并未受到广泛认可，美国芝加哥大学教授约翰·辛普森便认为该学说与权威理论相悖，于是他将验证这一假说的任务交给了他的学生——尤金·帕克。
当时还是研究生的帕克便以查普曼的静态太阳大气理论为基础，进行数学推导。但最终得出的结果却令他大为震惊。计算结果显示，如果以静态太阳大气为条件，则在距离太阳无穷远的地方，依然存在着巨大的太阳大气压强。这个明显矛盾的结果让帕克意识到，查普曼的理论并不正确。再加之此前比尔曼提出的假说，帕克认为，太阳大气不是静止的，而是一直处于活跃状态，并持续向外抛出粒子。通过计算，帕克指出太阳大气粒子在脱离太阳引力后会不断加速，其在地球附近的速度可达到每秒数百公里，帕克将其命名为太阳风。
中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地主任邓元勇介绍，帕克的太阳风理论刚发表时便颠覆了人们对静态太阳大气的认知，遭到了当时科学界的普遍质疑。但是在1962年，“水手2号”探测器在前往金星的过程中，对太阳进行了连续100多天的观测，持续观测到了速度高达400—700公里/秒的带电粒子流，全面证实了太阳风的存在。人们终于认可了帕克此前提出的太阳风理论，而帕克也当之无愧成为了太阳风研究的奠基人。
不仅如此，邓元勇表示，帕克还在太阳磁重联、太阳发电机理论等方面，做出了开创性的工作。尤其是他与天文学家斯威特共同提出了斯威特—帕克磁重联模型，首次给出了磁重联定量的数学描述，为此后建立更为严格的磁重联理论奠定了基础。而在太阳发电机理论方面，帕克提出的科里奥利力与对流区湍流耦合理论，打破了此前托马斯·考林提出的发电机过程不能最终产生轴对称的磁场，即发电机产生的磁场必须是三维的反发电机理论模型，推动了太阳发电机理论发展；并且他还将太阳发电机理论延伸、拓展到了星系磁场，推动了星系发电机理论的发展。
研究太阳是开展空间活动的必然需求
帕克是太阳风之父，而帕克号也承担着研究太阳风，尤其是太阳风暴的任务。如果说正常状态下的太阳风还称得上是“微风和煦”，那么能量大得多的太阳风暴则可以算是“狂风暴雨”了。在今年2月初，由太阳风暴引发的地磁暴，便有可能是SpaceX公司的40颗“星链”卫星未能升至预定轨道而宣告报废原因之一。
太阳的“脾气”阴晴不定、难以捉摸，但也并非完全不可预测。邓元勇表示，太阳高能粒子到达地球至少需要数小时，等离子云到达地球则至少需要两三天，所以目前人类已经可以对太阳风暴进行一定的预报。但他也指出，仅靠目前的地面装置还无法对太阳风进行更为深入的研究，“实际观测的太阳风速度要远大于理论值，它是如何被加速的？太阳风中粒子温度存在各向异性，又是如何形成的？这些重要的问题我们目前都还没有定论。”
而相较于地面设施，帕克号太阳探测器最独特的优势，便是它能够前所未有地接近太阳。“它距离太阳最近时仅约9个太阳半径，相较于地面观测缩短了96%的距离。”中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地副研究员宋永亮表示，凭借这一无与伦比的优势，帕克号可以探测到初始太阳风的性质，研究太阳局地日冕磁场和粒子运动的耦合，这是地面及地球轨道探测器所不可比拟的。
宋永亮认为，从人类生存及技术应用的角度来说，对太阳风性质的探究和对日冕物质抛射的预测，是人类进行空间活动的必然需求，也是人类理解生命起源，寻找地外生命的重要基础。而帕克号太阳探测器也将在太阳磁场、等离子体、高能粒子、太阳风性质等方面展开深入研究，帮助科学家加深对太阳活动的认知。
太阳探测进入“触摸式”时代
2021年12月，NASA发布消息称，帕克号太阳探测器已于2021年4月成功穿过太阳外层大气，并对其进行了粒子和磁场采样，这也是人类探测器首次成功进入太阳大气。
科学家普遍认为，在太阳大气最外层存在着一个阿尔芬临界面，它标示着太阳大气的终结和太阳风的开始。根据此前的研究估计，该临界面距离太阳表面在10到20个太阳半径之间。穿过这个临界面，便意味着真正进入了太阳大气。
在此次穿越中，帕克号太阳探测器采取了循序渐进的策略，其首先围绕着太阳“转圈圈”，逐步接近太阳大气外层；随后，找准时机以每小时69.2万公里的超高速度飞行至距离太阳表面18.8个太阳半径处；在这里，帕克号检测到了特定的磁场和粒子条件，这意味着帕克号正式进入了太阳大气；随后帕克号又似穿针引线般，反复进出太阳大气，在这一过程中，帕克号发现阿尔芬临界面不是光滑的球形，它的表面有着起伏的峰谷，而将这些峰谷与太阳表面活动联系起来进行研究，可以帮助科学家了解太阳活动是如何影响太阳大气和太阳风的。
在此次帕克号进入太阳大气之前，距离太阳最近的人造探测器是“太阳神2号”，其在1976年时曾抵达过距离太阳4273万公里处。而帕克号之所以能够和太阳来个前所未有的“亲密接触”，主要得益于其“夹心饼干”结构的隔热罩。该隔热罩被安装在探测器面向太阳的一侧，由厚度约为12厘米的碳复合材料制成，具体结构为两块碳纤维面板之间夹着一层厚约11.4厘米的碳复合泡沫材料。凭借着这块“夹心饼干”的保护，隔热罩面向太阳的一侧温度高达约1371摄氏度，而隔热罩的另一侧则仅为29摄氏度。
按照计划，帕克号接下来将在2024年12月，逼近至距离太阳表面约616万公里处，有望再次打破它自己保持的人造探测器靠近太阳的极限距离。
用邓元勇的话说，帕克号太阳探测器正将人类对太阳的研究真正推入到“触摸式”时代。
来源：科技日报
从人类生存及技术应用的角度来说，对太阳风性质的探究和对日冕物质抛射的预测，是人类进行空间活动的必然需求，也是人类理解生命起源，寻找地外生命的重要基础。
美国著名太阳物理学家尤金·帕克于近日逝世，享年94岁。
帕克是最早提出并通过数学计算证明“太阳风”存在的天文学家，对太阳物理学研究起到了奠基性作用。
2018年8月，以帕克命名的太阳探测器发射升空，当时91岁的帕克亲临发射现场观看了此次发射，而这也使得帕克号太阳探测器成为美国国家航空航天局（NASA）历史上第一个以在世科学家命名的探测器。
如今，帕克走了，但帕克号依然向着太阳前进。
太阳风理论颠覆人们对太阳大气认知
能够“冠名”太阳探测器，帕克对太阳领域的研究，究竟有着怎样的贡献？上世纪中叶，权威学者查普曼提出的静态太阳大气理论成为当时的主流观点。该理论认为，太阳大气一方面受到太阳超高温度下形成的向外膨胀力的作用，另一方面又受到太阳自身引力的作用，两种力实现平衡，形成了太阳大气的静止状态。
但也有科学家提出了不同看法，1956年德国科学家路德维希·比尔曼通过观察彗星“尾巴”的朝向指出，彗星的一条“尾巴”之所以总是背向太阳，是由于彗星的挥发物受到了太阳上吹来的风的影响，被吹向了与太阳相反的方向，从而形成了彗尾。
这一学说在当时并未受到广泛认可，美国芝加哥大学教授约翰·辛普森便认为该学说与权威理论相悖，于是他将验证这一假说的任务交给了他的学生——尤金·帕克。
当时还是研究生的帕克便以查普曼的静态太阳大气理论为基础，进行数学推导。但最终得出的结果却令他大为震惊。计算结果显示，如果以静态太阳大气为条件，则在距离太阳无穷远的地方，依然存在着巨大的太阳大气压强。这个明显矛盾的结果让帕克意识到，查普曼的理论并不正确。再加之此前比尔曼提出的假说，帕克认为，太阳大气不是静止的，而是一直处于活跃状态，并持续向外抛出粒子。通过计算，帕克指出太阳大气粒子在脱离太阳引力后会不断加速，其在地球附近的速度可达到每秒数百公里，帕克将其命名为太阳风。
中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地主任邓元勇介绍，帕克的太阳风理论刚发表时便颠覆了人们对静态太阳大气的认知，遭到了当时科学界的普遍质疑。但是在1962年，“水手2号”探测器在前往金星的过程中，对太阳进行了连续100多天的观测，持续观测到了速度高达400—700公里/秒的带电粒子流，全面证实了太阳风的存在。人们终于认可了帕克此前提出的太阳风理论，而帕克也当之无愧成为了太阳风研究的奠基人。
不仅如此，邓元勇表示，帕克还在太阳磁重联、太阳发电机理论等方面，做出了开创性的工作。尤其是他与天文学家斯威特共同提出了斯威特—帕克磁重联模型，首次给出了磁重联定量的数学描述，为此后建立更为严格的磁重联理论奠定了基础。而在太阳发电机理论方面，帕克提出的科里奥利力与对流区湍流耦合理论，打破了此前托马斯·考林提出的发电机过程不能最终产生轴对称的磁场，即发电机产生的磁场必须是三维的反发电机理论模型，推动了太阳发电机理论发展；并且他还将太阳发电机理论延伸、拓展到了星系磁场，推动了星系发电机理论的发展。
研究太阳是开展空间活动的必然需求
帕克是太阳风之父，而帕克号也承担着研究太阳风，尤其是太阳风暴的任务。如果说正常状态下的太阳风还称得上是“微风和煦”，那么能量大得多的太阳风暴则可以算是“狂风暴雨”了。在今年2月初，由太阳风暴引发的地磁暴，便有可能是SpaceX公司的40颗“星链”卫星未能升至预定轨道而宣告报废原因之一。
太阳的“脾气”阴晴不定、难以捉摸，但也并非完全不可预测。邓元勇表示，太阳高能粒子到达地球至少需要数小时，等离子云到达地球则至少需要两三天，所以目前人类已经可以对太阳风暴进行一定的预报。但他也指出，仅靠目前的地面装置还无法对太阳风进行更为深入的研究，“实际观测的太阳风速度要远大于理论值，它是如何被加速的？太阳风中粒子温度存在各向异性，又是如何形成的？这些重要的问题我们目前都还没有定论。”
而相较于地面设施，帕克号太阳探测器最独特的优势，便是它能够前所未有地接近太阳。“它距离太阳最近时仅约9个太阳半径，相较于地面观测缩短了96%的距离。”中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地副研究员宋永亮表示，凭借这一无与伦比的优势，帕克号可以探测到初始太阳风的性质，研究太阳局地日冕磁场和粒子运动的耦合，这是地面及地球轨道探测器所不可比拟的。
宋永亮认为，从人类生存及技术应用的角度来说，对太阳风性质的探究和对日冕物质抛射的预测，是人类进行空间活动的必然需求，也是人类理解生命起源，寻找地外生命的重要基础。而帕克号太阳探测器也将在太阳磁场、等离子体、高能粒子、太阳风性质等方面展开深入研究，帮助科学家加深对太阳活动的认知。
太阳探测进入“触摸式”时代
2021年12月，NASA发布消息称，帕克号太阳探测器已于2021年4月成功穿过太阳外层大气，并对其进行了粒子和磁场采样，这也是人类探测器首次成功进入太阳大气。
科学家普遍认为，在太阳大气最外层存在着一个阿尔芬临界面，它标示着太阳大气的终结和太阳风的开始。根据此前的研究估计，该临界面距离太阳表面在10到20个太阳半径之间。穿过这个临界面，便意味着真正进入了太阳大气。
在此次穿越中，帕克号太阳探测器采取了循序渐进的策略，其首先围绕着太阳“转圈圈”，逐步接近太阳大气外层；随后，找准时机以每小时69.2万公里的超高速度飞行至距离太阳表面18.8个太阳半径处；在这里，帕克号检测到了特定的磁场和粒子条件，这意味着帕克号正式进入了太阳大气；随后帕克号又似穿针引线般，反复进出太阳大气，在这一过程中，帕克号发现阿尔芬临界面不是光滑的球形，它的表面有着起伏的峰谷，而将这些峰谷与太阳表面活动联系起来进行研究，可以帮助科学家了解太阳活动是如何影响太阳大气和太阳风的。
在此次帕克号进入太阳大气之前，距离太阳最近的人造探测器是“太阳神2号”，其在1976年时曾抵达过距离太阳4273万公里处。而帕克号之所以能够和太阳来个前所未有的“亲密接触”，主要得益于其“夹心饼干”结构的隔热罩。该隔热罩被安装在探测器面向太阳的一侧，由厚度约为12厘米的碳复合材料制成，具体结构为两块碳纤维面板之间夹着一层厚约11.4厘米的碳复合泡沫材料。凭借着这块“夹心饼干”的保护，隔热罩面向太阳的一侧温度高达约1371摄氏度，而隔热罩的另一侧则仅为29摄氏度。
按照计划，帕克号接下来将在2024年12月，逼近至距离太阳表面约616万公里处，有望再次打破它自己保持的人造探测器靠近太阳的极限距离。
用邓元勇的话说，帕克号太阳探测器正将人类对太阳的研究真正推入到“触摸式”时代。
来源：科技日报
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