光纖技術(shù)原理與未來應(yīng)用（奧利維爾）
新聞來源：未知
添加時(shí)間：2017-06-04 09:22:48
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摘要：光纖是光導(dǎo)纖維的簡稱，是一種導(dǎo)引光波的新型傳輸介質(zhì)。人們利用光纖作為光的傳輸介質(zhì)的研究工作經(jīng)歷了一段艱辛的道路。目前，光纖在通訊、傳感、激光治療、激光加工等許多方面都獲得了廣泛應(yīng)用，但其最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是光纖通訊和光纖傳感。通過本次專題實(shí)驗(yàn)，了解到了光纖的結(jié)構(gòu)和一般性質(zhì)，學(xué)習(xí)到光纖的耦合，傳輸及傳感特性及其在通訊和傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用。
關(guān)鍵字： 光纖，光纖特性，光信號(hào)傳輸，光纖傳感，光纖通信，激光的應(yīng)用
一 光纖的簡介
是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。光導(dǎo)纖維由前香港中文大學(xué)校長高錕發(fā)明。
微細(xì)的光纖封裝在塑料護(hù)套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常，光纖的一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測(cè)脈沖。
在日常生活中，由于光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)損耗比電在電線傳導(dǎo)的損耗低得多，光纖被用作長距離的信息傳遞。
通常光纖與光纜兩個(gè)名詞會(huì)被混淆.多數(shù)光纖在使用前必須由幾層保護(hù)結(jié)構(gòu)包覆,包覆后的纜線即被稱為光纜.光纖外層的保護(hù)結(jié)構(gòu)可防止周遭環(huán)境對(duì)光纖的傷害,如水,火,電擊等.光纜分為:光纖,緩沖層及披覆.光纖和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。在多模光纖中，芯的直徑大致與人的頭發(fā)的粗細(xì)相當(dāng)。芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套， 以使光纖保持在芯內(nèi)。再外面的是一層薄的塑料外套，用來保護(hù)封套。光纖通常被扎成束，外面有外殼保護(hù)。 纖芯通常是由石英玻璃制成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體，它質(zhì)地脆,易斷裂,因此需要外加一保護(hù)層。
二 光纖的傳輸
1 光纖傳輸材料 ：
綜合布線系統(tǒng)中使用的光纖為玻璃多模850nm波長的LED，傳輸率為100M/bps，有效范圍約20Km.其纖芯和包層由兩種光學(xué)性能不同的介質(zhì)構(gòu)成。內(nèi)部的介質(zhì)對(duì)光的折射率比環(huán)繞它的介質(zhì)的折射率高。由物理學(xué)可知，在兩種介質(zhì)的界面上，當(dāng)光從折射率高的一側(cè)射入折射率高的一側(cè)時(shí)，只要入射角度大于一個(gè)臨界值，就會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，能量將不受損失。這時(shí)包在外圍的覆蓋層就象不透明的物質(zhì)一樣，防止了光線在穿插過程中從表面逸出。只有那些初始入射角偏小的光線才有折射發(fā)生，并且在很短距離內(nèi)就被外層物質(zhì)吸收干凈。
目前生產(chǎn)的光纖，無論是玻璃介質(zhì)還是塑料介質(zhì)，都可傳輸全部可見光和部分紅外光譜。用光纖做的光纜有多種結(jié)構(gòu)形式。短距離用的光纜主要有兩種，一種層結(jié)構(gòu)光纜是在中心加鋼絲或尼龍絲，外束有若干根光纖，外面在加一層塑料護(hù)套；另一種是高密度光纜，它有多層絲帶疊合而成，每一層絲帶上平行敷設(shè)了一排光纖。
用光纖做的光纜有多種結(jié)構(gòu)形式。短距離用的光纜主要有兩種，一種層結(jié)構(gòu)光纜是在中心加鋼絲或尼龍絲，外束有若干根光纖，外面在加一層塑料護(hù)套；另一種是高密度光纜，它有多層絲帶疊合而成，每一層絲帶上平行敷設(shè)了一排光纖。
2、光纖傳輸過程：
由發(fā)光二極管LED或注入型激光二極管ILD發(fā)出光信號(hào)沿光媒體傳播，在另一端則有PIN或APD光電二極管作為檢波器接收信號(hào)。對(duì)光載波的調(diào)制為移幅鍵控法，又稱亮度調(diào)制。典型的做法是在給定的頻率下，以光的出現(xiàn)和消失來表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字。發(fā)光二極管LED和注入型激光二極管ILD的信號(hào)都可以用這種方法調(diào)制，PIN和ILD檢波器直接響應(yīng)亮度調(diào)制。
功率放大──將光放大器置于光發(fā)送端之前，以提高入纖的光功率。使整個(gè)線路系統(tǒng)的光功率得到提高。在線中繼放大──建筑群較大或樓間距離較遠(yuǎn)時(shí)，可起中繼放大作用，提高光功率。前置放大──在接收端的光電檢測(cè)器之后將微信號(hào)進(jìn)行放大，以提高接收能力
光纜傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)與發(fā)展形成了它的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于銅線每秒1.54MHZ的速率光纖網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行速率達(dá)到了每秒2.5GB。從帶寬看，很大的優(yōu)勢(shì)是：光纖具有較大的信息容量。光纖電纜對(duì)諸如無線電、電機(jī)或其他相鄰電纜的電磁噪聲具有較大的阻抗，使其免于受電噪聲的干擾。從長遠(yuǎn)維護(hù)角度來看，光纜最終的維護(hù)成本會(huì)非常低。光纖使用光脈沖沿光線路傳輸信息，以替代使用電脈沖沿電纜傳輸信息。在系統(tǒng)的一端是發(fā)射機(jī)，是信息到光纖線路的起始點(diǎn)。發(fā)射機(jī)接收到的已編碼電子脈沖信息來自于銅線電纜，然后將信息處理并轉(zhuǎn)換成等效的編碼光脈沖。使用發(fā)光二極管或注入式激光器產(chǎn)生光脈沖，同時(shí)采用透鏡，將光脈沖集中到光纖介質(zhì)，使光脈沖沿線路在光纖介質(zhì)中傳輸。由內(nèi)部全反射原理可知，光脈沖很容易眼光纖線路運(yùn)動(dòng)，光纖內(nèi)部全反射原理說明了當(dāng)入射角超過臨界值時(shí)，光就不能從玻璃中溢出；相反，光纖會(huì)反射回玻璃內(nèi)。應(yīng)用這一原理制作光纖的多芯電纜，使得與光脈沖形式沿光線路傳輸信息成為可能。光纖傳輸具有衰減小、頻帶寬、抗干擾性強(qiáng)、安全性能高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，所以在長距離傳輸和特殊環(huán)境等方面具有無法比擬的優(yōu)勢(shì)。傳輸介質(zhì)是決定傳輸損耗的重要因素，決定了傳輸信號(hào)所需中繼的距離，光纖作為光信號(hào)的傳輸介質(zhì)具有低損耗的特點(diǎn)，光纖的頻帶可達(dá)到1．0GHz以上，一般圖像的帶寬只有8MHz，一個(gè)通道的圖象用一芯光纖傳輸綽綽有余，在傳輸語音、控制信號(hào)或接點(diǎn)信號(hào)方面更為優(yōu)勢(shì)t光纖傳輸中的載波是光波，光波是頻率極高的電磁波，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比電波通訊中所使用的頻率高，所以不受干擾。且光纖采用的玻璃材質(zhì)，不導(dǎo)電，不會(huì)因斷路、雷擊等原因產(chǎn)生火花，因此安全性強(qiáng)，在易燃，易爆等場(chǎng)合特別適用。
