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。通過本次專題實驗,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名詞會被混淆.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,只要入射角度大于一個臨界值,就會發(fā)生反射現(xiàn)象,能量將不受損失。這時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。對光載波的調(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,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器之后將微信號進(jìn)行放大,以提高接收能力
光纜傳輸?shù)膶崿F(xiàn)與發(fā)展形成了它的幾個優(yōu)點。相對于銅線每秒1.54MHZ的速率光纖網(wǎng)絡(luò)的運行速率達(dá)到了每秒2.5GB。從帶寬看,很大的優(yōu)勢是:光纖具有較大的信息容量。光纖電纜對諸如無線電、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。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動,光纖內(nèi)部全反射原理說明了當(dāng)入射角超過臨界值時,光就不能從玻璃中溢出;相反,光纖會反射回玻璃內(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,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。傳輸介質(zhì)是決定傳輸損耗的重要因素,決定了傳輸信號所需中繼的距離,光纖作為光信號的傳輸介質(zhì)具有低損耗的特點,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、控制信號或接點信號方面更為優(yōu)勢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,易爆等場合特別適用。