光纤的光传输原理是什么
光纤的光传输原理是什么？
1. 光纤通信原理——简介光纤通信(Fiber-optic communication) ，也作光纤通讯。光纤通信是以光作为信息载体，以
光纤作为传输媒介的通信方式，首先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。光经过调变后便能携带资讯。自1980 年代起，光纤通讯系统对于电信工业产生了革命性，同时也在数位时代里扮演非常重要的角色。光纤通信传输容量大，保密性好等优点。光纤通信现在已经成为当今最主要的有线通信方式。
2. 光纤通信原理——组成部分最基本的光纤通信系统由
光发信机、光收信机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。其中光发信机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光收信机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。(1) 光发信机---------------------------------------- 由光源、驱动器和
调制器组成，实现电/光转换的光端机。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。(2) 光收信机由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的
光端机。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电
信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放
大到足够的电平，送到接收端的电端级去。(3) 光纤线路
-- 其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的
远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
(4) 中继器---------------- 由光检测器、光源和判决再生电
路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。(5)
无源器件-- 包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、
光纤与光端机的连接及耦合。3.光纤通信原理光纤通信的原理就是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电
信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤经过光的全反射原理传送;在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。光通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。光纤的导光特性基于光射线在纤芯和包层界面上的全反射，使光线限制在纤芯中传输。光纤中有两种光线，即子午光线和斜射光线，子午光线是位于子午面上的光光线，而斜射光线是不经过光纤轴线传输的光线。下面以光线在阶跃光纤中传输为例解释光通信的原理。如图所示为阶跃型光纤，纤芯折射率为n1 ，包层的折射率为n2，且n1>n2，空气折射率为n0。在光纤内传输的子午光线，简称内光线，遇到纤芯与包层的分界面的入射角大于Be时，才能保证光线在纤芯内产生多次反射，使光线沿光纤传输。然而，内光线的入射角大小又取决于从空气中入射的光线进入纤芯中所产生折射角 B 2，因此，空气和
纤芯界面上入射光的入射角9就限定了光能否在光纤中以
全反射形式传输，与内光线入射角的临界角9 c相对应，光
纤入射光的入射角9 i有一个最大值9 max。当光线以
9 i> 9 ma入射到纤芯端面上时，内光线将以小于9 c的入射
角投射到纤芯和包层界面上。这样的光线在包层中折射角小于90 度，该光线将射入包层，很快就会露出光纤。当
光线以9 i4 、有关光线的基本相关概念电磁波谱通信波段划分及相应传输媒介光的折射/反射和全反射因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。反射率分布：表征光学材料的一个重要参数是折射率，用N 表示，真空中的光速C 与材料中光速V 之比就是材料的折射率。N = C/V光纤通信用的石英玻璃的
折射率约为1.5 光的基本知识光纤结构光纤裸纤一般分为三
层：第一层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为9-10卩m,（单模）50 或62.5（多模）。第二层：中间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125卩m）o第三层：最外是加强用的树脂涂层。1）纤芯
core ：折射率较高，用来传送光；2）包层coating ：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；3）保护套jacket ：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。3mm光缆橘色MM
多模黄色SM 单模光纤的尺寸外径一般为125um（一根头发平均100um）内径：单模9um 多模50/62.5um 数值孔径入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同光纤的种类按光在光纤中的传输模式可分为：多模（Multi-Mode ）（简称：MM ）单
模（Single-Mode）（简称：SM）多模光纤：中心玻璃芯较
粗（50或62.5卩n）,可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM 的光纤在2KM 时则只有300MB 的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤：中心玻璃芯较细（芯径一般为9或10卩m, 只能传一种模式的光。实际上是阶跃型光纤的种，只是纤芯径很小，理论上只允许单一传播途径的直进光入射至光纤内，并在纤芯内作直线传播。光纤脉冲几乎没有展宽。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。光纤的分类按材料分类：玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输距离长，成本高；胶套硅光纤：纤芯是玻璃，包层为塑料，特
性同玻璃光纤差不多，成本较低；塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损耗大，传输距离很短，价格很低。多用于家电、音响，以及短距的图像传输。按最佳传输频率窗口:常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。常规型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300nm 。色散位移型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个
波长的光上，如：1300nm 和1550nm 。突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低，模间色散高。适用于短途低速通讯，如：工控。但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。常用光纤规格光纤尺寸：1）单模纤芯直径：9/125 卩m 10/125 叩2）包层外径（2D ） = 125 卩
m3）
一次涂敷外径= 250卩m4）尾纤：300卩m5）多模：50/125卩m 欧洲标准62.5/125卩m美国标准6）工业，医疗和低速网络：
100/140 卩m 200/230 卩m 7）塑料：
98/1000卩m用于汽车控制光纤衰减造成光纤衰减的主要因
素有：本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的
光，造成的损失。不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴（单模光纤同轴度要求小于0.8卩m）端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。光缆的种类 1 ）按敷设方式分有：自承重架空
光缆，管道光缆，铠装地埋光缆和海底光缆。2）按光缆结构
分有：束管式光缆，层绞式光缆，紧抱式光缆，带式光缆，非金属光缆和可分支光缆。3）按用途分有：长途通讯用光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。光缆的接续与成端光缆的接续与成端是光缆线路维护人员必须掌握的基本技能。光缆的接续技术分类：1）光纤的接续技术和光缆的接续技术两部分。2）光缆的成端类似光缆的接续，只不过由于接头材料不同而操作该当也有所不同。光纤接续的种类光缆接续一般可分为两大类：1）光纤的固定接续（俗称死接头）一般采用光纤熔接机；用于光缆直接头。2）光纤的活动接头（俗称活接头）。用能够拆卸的连接器连接（俗称活接头）用于光纤跳线、设备连接等地方由于光纤端面的不完整性和光纤端面压力的不均匀性，一次放电熔接光纤的接头损耗还比较大，现在采用二次放电熔接法。先对光纤端面预热放电，给端面整形，去除灰尘和杂物，同时通过预热使光纤端面压力均匀。光纤连接损耗的监测方法光纤连接损耗的监测方法有三种：1、在熔接机上进行监测。2、光源、光功率计监测。3、OTDR 测量法光纤接续的操作方法光纤接续操作一般分为：1、光纤端面的处理。2、光纤的接续安装。3、光纤的熔接。4、光纤接头的保护。5、余纤的盘留五个步骤。通常整个光缆的接续按以下
步骤进行：第一步：大量好长度，开剥光缆，除去光缆护套；第二步：清洗、去除光缆内的石油填充膏。第三步：捆扎好光纤。第四步：检查光纤心数，进行光纤对号，核对光纤色标是否有误；第五步：加强心接续；第六步：各种辅助线对，包括公务线对、控制线对、屏蔽地线等接续(如果有上述线对。第七步：光纤的接续。第八步：光纤接头保护处理；第九步：光纤余纤的盘库留处理；第十步：完成光缆护套的接续；第十一步：光缆接头的保护。光纤的损耗1310 nm : 0.35 ~
0.5 dB/Km1550 nm : 0.2 ~ 0.3dB/Km850 nm : 2.3 ~ 3.4 dB/Km 光纤熔接点损耗：0.08dB/点光纤熔接点1点/2km常见光纤名词1)衰减衰
减: 光在光纤中传输时的能量损耗单模光纤1310nm 0.4~0.6dB/km ，
1550nm 0.2~0.3dB/km ，塑料多模光纤
300dB/km2) 色散色散(Dispersion) :光脉冲沿着光纤行进段距离后造成的频宽变粗。它是限制传输速率的主要因素
模间色散：只发生在多模光纤，因为不同模式的光沿着不同的路径传输。材料色散：不同波长的光行进速度不同。波导色散：发生原因是光能量在纤芯及包层中传输时，会以稍有不同的速度行进。在单模光纤中，通过改变光纤内部结构来改变光纤的色散非常重要。光纤类型G.652 零色散点在1300nm 左右G.653 零色散点在1550nm 左右G.654 负色散光纤G.655 色散位移光纤全波光纤3）散射由于光线的基本结构不完美，引起的光能量损失，此时光的传输不再具有很好的方向性。光纤系统基础知识基本光纤系统的构架及其功能介绍：1.发送单元：把电信号转换成光信号；2.传输单元：载送光信号的介
光纤材料
光纤材料 1.光纤的概念及原理 光导纤维是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具’。光导纤维由两层折射率不同的玻璃组成。内层为光内芯，直径在几微米至几十微米，外层的直径0.1～0.2mm。一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大1%。根据光的折射和全反射原理, 当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，全部反射。 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。 2.光纤与光缆的区别 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 等。光缆分为：缆皮、芳纶丝、缓冲层和光纤。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。 3光纤的传输特点 由于光纤是一种传输媒介,它可以像一般铜缆线,传送电话通 话或电脑数据等资料,所不同的是,光纤传送的是光信号而非电信
号，光纤传输具有同轴电缆无法比拟的优点而成为远距离信息传输的首选设备。因此，光纤具有很多独特的优点。（1）传输损耗低，（2）传输频带宽，（3）抗干扰性强，（4）安全性能高，（5）重量轻，机械性能好，（6）光纤传输寿命长。 4.光纤分类 （1）石英光纤 石英光纤是以二氧化硅为主要原料，并按不同的掺杂量，来控制纤芯和包层的折射率分布的光纤。石英（玻璃）系列光纤，具有低耗、宽带的特点，已广泛应用于有线电视和通信系统。石英玻璃光导纤维的优点是损耗低。 （2）掺氟光纤 掺氟光纤为石英光纤的典型产品之一。通常，作为1.3μm波域的通信用光纤中，控制纤芯的掺杂物为二氧化锗，包层是用SiO2作成的。但掺氟光纤的纤芯，大多使用SiO2，而在包层中却是掺入氟素的。由于，瑞利散射损耗是因折射率的变动而引起的光散射现象。所以，希望形成折射率变动因素的掺杂物，以少为佳。氟素的作用主要是可以降低SIO2的折射率。因而，常用于包层的掺杂。 石英光纤与其它原料的光纤相比，还具有从紫外线光到近红外线光的透光广谱，除通信用途之外，还可用于导光和图像传导等领域。 （3）红外光纤
光纤传光原理
11-2 光纤传光原理 一、教学目的 1．了解光的全反射原理 2．掌握光的全反射条件 3．了解光纤传光原理 二、教学重点难点 重点：光的全反射条件 难点：由折射定律计算临界角 三、教学器材 光具盘 四、教学建议 教法建议：多媒体演示光的全反射现象，讲解，讨论 教学设计方案： （一）多媒体课件演示引入新课 草叶上露珠在阳光下晶莹透亮；透过杯壁观察盛满水的玻璃杯水面，光灿如银；水或玻璃中的气泡显得特别明亮。 为什么会出现这一些现象呢？这些都是光的全反射引起的。 （二）引出课程内容 1．光的全反射 （1）通过下面的实验观察光发生了怎样的变化。 让一束光沿着半圆柱玻璃砖从玻璃射向空气。（见11-7图），这时可以同时看到反射光线和折射光线，这两条光线都比入射光线要弱。增大入射角，折射角也随之增大，这时折射光线 90，这时折射越来越弱，反射光线越来越强。当入射角增大到某一角度?时，折射角等于0 光线沿两种介质的界面传播。再增大入射角，折射光线消失，只剩下反射光线，光线全部反射回到玻璃中，如下图所示。此时的反射光线几乎与入射光线一样亮。 图 11-7：观察光的全反射现象 （2）光的全反射定义 90折射角的入射角?称为临入射光全部被反射回原介质的现象称为光的全反射。对应于0 界角。
(3) 光发生全反射必须具备的条件是： ①光从光密介质射向光疏介质； ②入射角大于临界角。 复习提问：什么叫光疏介质，什么叫光密介质？ 答：两种介质相比较，折射率较小的（或光传播速度较大的）称为光疏介质；折射率较大的（或光传播速度较小的）称为光密介质。光疏介质和光密介质是相对的。 记住：光的全反射现象只发生在光密介质内部，如果光线从光疏介质射入光密介质不会发生全反射。 （4）临界角的计算 同学们还记得上次课所学习的折射定律吗？（提问2到3名同学回答，并在黑板上写下折射定律表达式） 由折射定律可以计算临界角： 201 sin sin 90n n ?= 21 sin n n ?= (11—5) 若光从某介质n 射向真空(或空气)，则 2n =l 1sin n ?= 根据上式，只要知道某种介质的折射率n ，就可以求出它对真空(或空气)的临界角?。书上用表11—2为我们列出了几种介质对真空(或空气)的临界角。 （5）全反射技术的应用 全反射在生产技术中有着广泛的应用。用全反射棱镜可以制造潜望镜；利用光在光导纤维中的全反射传光、传像等更是当今世界上最先进的通信方式。 提问请同学们思考讨论： 全反射在生产技术中还有哪些广泛应用？ （6）例题讲解 例题1.某种玻璃的折射率1n =1.52，水的折射率2n =1．33，光线如何射人，可在界面发生全反射?临界角?多大? 解 因为玻璃相对水是光密介质，所以只有当光从玻璃射向水里时才可能发生全反射，得 201sin sin 90n n ?= 21sin n n ?==1.331.52 =0.875 临界角?=0/ 613
光纤通信原理及应用
光纤通信原理及应用 摘要：光纤通信技术是利用半导体激光器等光电转换器将电信号转换成光信号，并使其在光纤中快速、安全地传输的一门新兴技术。光纤是一种理想的传输媒体，它具有传输时延低、高通信质量、高带宽、抗干扰能力强等特点。光纤在高速以太网中有着广泛的应用。论文主要分析了光电信号的转换、光纤通信的基本原理并介绍了光纤在通信领域中的一些应用。 关键词：光纤通信；光电转换；全反射 1. 引言 光纤是用光透射率高的电介质构成的光通路，它是一种介质圆柱光波导，它是用非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。光纤通信就是在发送端利用半导体激光转换器将电信号转换成光信号并利用光导纤维传递光脉冲来进行通信，光波通过纤芯以全反射的方式进行传导，有光脉冲相当于1，没有光脉冲相当于0。同时，接收端利用光电二极管或半导体激光器做成光检测器，检测到光脉冲时将光信号还原成电信号。在由于可见光的频率非 常高，约为8 10MHz的量级，因此一能做到使用一根光个光纤通信系统的传输带宽远远大于其它的传输媒体的带宽。同时利用光的频分复用技术，就纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号，使得光纤的传输能力成倍地提高。 2.理论模型 在光纤通信系统的发送端使用光电信号检测电路将电信号转换成光信号，并使得光信号以大于某一角度入射到光通道，此时光信号在光纤以全反射的方式不断向前传输，并在接收端再将光信号转换成电信号进行进一步的处理。 2.1 光电信号检测电路的基本原理 光电检测电路主要由光电器件、输入电路和前置放大器组成。其中，光电检测器件是实现光电转换的核心器件，它把被测光信号转换成相应的电信号；输入电路为光电器件正常的工作条件，进行电参量的变换并完成前置放大器的电路匹配；前置放大器能够放大光电器件输出的微弱电信号，并匹配后置处理电路与检测器件之间的阻抗。 2.1.1 光电信号输入电路的静态计算 图解计算法是利用包含非线性元件的串联电路的图解法对恒流源器件的输入电路进行计算。反射偏置电压作用下的光电二极管的基本输入电路如下：
光纤的导光原理
光纤的导光原理 光就是一种频率极高的电磁波,而光纤本身就是一种介质波导,因此光在光纤中的传输理论就是十分复杂的。要想全面地了解它,需要应用电磁场理论、波动光学理论、甚至量子场论方面的知识。但作为一个光纤通信系统工作者,无需对光纤的传输理论进行深入探讨与学习。 为了便于理解,我们从几何光学的角度来讨论光纤的导光原理,这样会更加直观、形象、易懂。更何况对于多模光纤而言,由于其几何尺寸远远大于光波波长,所以可把光波瞧作成为一条光线来处理,这正就是几何光学的处理问题的基本出发点。 ·5、1 全反射原理 我们知道,当光线在均匀介质中传播时就是以直线方向进行的,但在到达两种不同介质的分界面时,会发生反射与折射现象,如图5-1 所示。 图5-1 光的反射与折射 根据光的反射定律,反射角等于入射角。 根据光的折射定律: (公式5-1) 其中n1为纤芯的折射率,n2为包成的折射率。 显然,若n1>n2,则会有。如果n1与n2的比值增大到一定程度,则会使折射率,此时的折射率光线不再进入包层,而会在纤芯与包层的分界面上经过(),或者重返回到纤芯中进行传播()。这种现象叫光的全反射现象,如图5-2所示。 图5-2 光的全反射现象 人们把对应于折射角等于90的入射角叫做临界角,很容易可以得到临界角 。
不难理解,当光在光纤中发生全反射现象时,由于光线基本上全部在纤芯区进行传播,没有光跑到包层中去,所以可以大大降低光纤的衰耗。早期的阶跃光纤就就是按这种思路进行设计的。 ·5、2光在阶跃光纤中的传播 传播轨迹了解了光的全反射原理之后,不难画出光在阶跃光纤中的传播轨迹,即按“之”之形传播及沿纤芯与包层的分界面掠过,如图5-3 所示。 图5-3 光在阶跃光纤中的传输轨迹 通常人们希望用入射光与光纤顶端面的夹角来衡量光纤接收光的能力。于就是产生了光纤数值孔径NA的概念。 因为光在空气的折射率n0=1,于就是多次应用光的折射率定律可得: (公式5--2) 其中,相对折射率差: (公式5--3) 因此,阶跃光纤数值孔径NA的物理意义就是:能使光在光纤内以全反射形式进行传播的接收角θc之正弦值。 需要注意的就是,光纤的NA并非越大越好。NA越大,虽然光纤接收光的能力越强,但光纤的模式色散也越厉害。因为NA越大,则其相对折射率差Δ也就越大(见5--2 公式),以后就会知道,Δ值较大的光纤的模式色散也越大,从而使光纤的传输容量变小。因此NA 取值的大小要兼顾光纤接收光的能力与模式色散。CCITT建议光纤的NA=0、18--0、23。
光纤传输的特点优势及传输原理
光纤传输的特点优势及传输原理 优点 光缆传输的实现与发展形成了它的几个优点。相对于铜线每秒1.54MHZ的速率 光纤网络的运行速率达到了每秒2.5GB。从带宽看，很大的优势是：光纤具有较大的信息容量，这意味着能够使用尺寸很小的电缆，将来就不用更新或增强传输光缆中信号。光纤电缆对诸如无线电、电机或其他相邻电缆的电磁噪声具有较大的阻抗，使其免于受电噪声的干扰。从长远维护角度来看，光缆最终的维护成本会非常低。光纤使用光脉冲沿光线路传输信息，以替代使用电脉冲沿电缆传输信息。在系统的一端是发射机，是信息到光纤线路的起始点。发射机接收到的已编码电子脉冲信息来自于铜线电缆，然后将信息处理并转换成等效的编码光脉冲。使用发光二极管或注入式激光器产生光脉冲，同时采用透镜，将光脉冲集中到光纤介质，使光脉冲沿线路在光纤介质中传输。由内部全反射原理可知，光脉冲很容易眼光纤线路运动，光纤内部全反射原理说明了当入射角超过临界值时，光就不能从玻璃中溢出；相反，光纤会反射回玻璃内。应用这一原理制作光纤的多芯电缆，使得与光脉冲形式沿光线路传输信息成为可能。光纤传输具有衰减小、频带宽、抗干扰性强、安全性能高、体积小、重量轻等优点，所以在长距离传输和特殊环境等方面具有无法比拟的优势。传输介质是决定传输损耗的重要因素，决定了传输信号所需中继的距离，光纤作为光信号的传输介质具有低损耗的特点，光纤的频带可达到1．0GHz以上，一般图像的带宽只有8MHz，一个通道的图象用一芯光纤传输绰绰有余，在传输语音、控制信号或接点信号方面更为优势t光纤传输中的载波是光波，光波是频率极高的电磁波，远远比电波通讯中所使用的频率高，所以不受干扰。且光纤采用的玻璃材质，不导电，不会因断路、雷击等原因产生火花，因此安全性强，在易燃，易爆等场合特别适用。 组成部分 光源(又称光发送机)，传输介质、检测器(又称光接收机)。计算机网络之间的光纤传输中，光源和检测器的工作一般都是用光纤收发器完成的，光纤收发器简单的来说就是实现双绞线与光纤连接的设备，其作用是将双绞线所传输的信号转换成能够通过光纤传输的信号(光信号)。当然也是双向的，同样能将光纤传输的信号转换能够在双绞线中传输的信号，实现网络间的数据传输。在普通的视、音频、数据等传输过程中，光源和检测器的工作一般都是由光端机完成的，光端机就是将多个E1信号变成光信号并传输的设备，所谓E1是一种中继线路数据传输标准，我国和欧洲的标准速率为2．048Mbps，光端机的主要作用就是实现电一光、光一电的转换。由其转换信号分为模拟式光端机和数字式光端机。因此，光纤传输系统按传输信号可分为数字传输系统和模拟传输系统。模拟传输系统是把光强进行模拟调制，将输入信号变为传输信号的振幅(频率或相位)的连续变化。数字传输系统是把输入的信号变换成“1”，“O”脉冲信号，并以其作为传输信号，在接受端再还原成原来的信号。当然，随着光纤传输信号的不同所需要的设备有所不同。光纤作为传输介质，是光纤传输系统的重要因素。可按不同的方式进行分类：按照传输模式来划分：光线只沿光纤的内芯进行传输，只传输主模我们称之为单模光纤(Single—Mode)。有多个模式在光纤中传输，我们称这种光纤为多模光纤(Multi-Mode)。 按照纤芯直径来划分：缓变型多模光纤、缓变增强型多模光纤和缓变型单模光纤按照光纤芯的折射率分布来划分：阶跃型光纤(Step index fiber)，简称SIF；梯度型光纤(Graded index f iber)，简称GIF；环形光纤（r iv er f iber)；W 型光纤。 光缆：点对点光纤传输系统之间的连接通过光缆。光缆含1根光纤(称单纤)，有2根光纤(称双纤)，或者更多。 单、多模光纤传输设备的原理 光纤传输设备传输方式可简单的分成：多模光纤传输设备和单模光纤传输设备。
光纤通信原理与技术课程教学大纲
《光纤通信原理与技术》课程教学大纲 英文名称：Fiber Communication Principle and its Application 学时：51 学分：3 开课学期：第7学期 一、课程性质与任务 通过讲授光纤通信技术的基础知识，使学生了解掌握光纤通信的基本特点，学习光纤通信系统的三个重要组成部分：光源（光发射机）、光纤（光缆）和光检测器（光接收机）。通过本课程的学习，学生将掌握光纤通信的基本原理、光纤通信系统的组成和系统设计的基本方法，了解光纤通信的未来与发展，为今后的工程应用和研究生阶段的学习打下基础。 二、课程教学的基本要求 要求通过课堂认真听讲和实验课，以及课下自学，基本掌握光纤通信的基础理论知识和应用概况，熟悉光纤通信在电信、通信中的应用，为今后的工作打下坚实的理论基础。 三、课程内容 第一章光通信发展史及其优点（1学时） 第二章光纤的传输特性（2学时） 第三章影响光纤传输特性的一些物理因素（5学时） 第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件（9学时） 第五章光纤通信技术中的光有源器件（3学时） 第六章光纤通信技术中使用的光放大器（4学时） 第七章光纤传输系统（4学时） 第八章光纤网络介绍（6学时） 第九章光纤通信原理与技术实验（17课时） 四、教学重点、难点 本课程的教学重点是光电信息技术物理基础、电光信息转换、光电信息转换，光电信息技术应用，光电新产品开发举例。本课程的教学难点是光电信息技术物理基础。
五、教学时数分配 教学时数51学时，其中理论讲授34学时，实践教学17学时。（教学时数具体见附表1和实践教学具体安排见附表2） 六、教学方式 理论授课以多媒体和模型教学为主，必要时开展演示性实验。 七、本课程与其它课程的关系 1.本课程必要的先修课程 《光学》、《电动力学》、《量子力学》等课程 2.本课程的后续课程 《激光技术》和《光纤通信原理实验》以及就业实习。 八、考核方式 考核方式：考查 具体有三种。根据大多数学生学习情况和学生兴趣而定其中一种。第一种是采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定。对于理论和常识部分采用闭卷考试，期末考试成绩占总成绩的55％，实验成绩占总成绩的30%，作业成绩及平时考勤占总成绩的15％；第二种是采用课程设计（含市场调查报告）和平时成绩相结合的方式，课程设计占总成绩的55%，实验成绩占总成绩的30%，作业成绩及平时考勤占总成绩的15%。第三种是采用课程论文（含市场调查报告）和平时成绩相结合的方式，课程论文占总成绩的55%，实验成绩占总成绩的30%，作业成绩及平时考勤占总成绩的15%。 九、教材及教学参考书 1.主教材 《光纤通信原理与技术》，吴德明编著，科学出版社，第二版，2010年9月 2.参考书 （1）《光纤通信原理与仿真》，郭建强、高晓蓉、王泽勇编著，西南交通大学出版社，第一版，2013年5月 （2）《光通信原理与技术》，朱勇、王江平、卢麟，科学出版社，第二版，2011年8月
光纤传输原理
光纤传输原理 光纤传输设备传输方式可简单的分成:多模光纤传输设备和单模光纤传输设备。光纤，不仅可用来传输模拟信号和数字信号，而且满足视频传输的需求。其数据传输率能达几千Mbps。如果在不使用中继器的情况下，传输范围能达到6-8km。 综观国内外配线系统的发展，我们可看出这样三个阶段: 1、双绞线阶段。在这个阶段语音同大规模数据通信不能混用也适应这样的数据通信。 2、同轴电缆 +双绞线阶段。 3、光纤阶段。 射线光学理论是用光射线去代替光能量传输路线的方法，这种理论对于光波长远远小于光波到尺寸的多模光纤是容易得到简单而直观的分析结果的，但对于复杂问题，射线光学只能给出比较粗糙的概念。 多模光纤传输设备所采用的光器件是LED，通常按波长可分为850nm和1300nm两个波长，按输出功率可分为普通LED和增强 LED--ELED。多模光纤传输所用的光纤，有62.5mm和50mm两种。 在多模光纤上传输决定传输距离的主要因素是光纤的带宽和LED 的工作波长，例如，如果采用工作波长1300nm的LED和50微米的光纤，其传输带宽是 400 MHz .km，链路衰减为0.7dB/km，如果基带传输频率F为150MHz，对于出纤功率为-18dBm，接收灵敏度为-25 dBm 的光纤传输系统，其最大链路损耗为7 dB，则可计算:
ST连接器损耗: 2dB(两个ST连接器) 光学损耗裕量:2 则理论传输距离: L=(7 dB-2 dB-2 dB)/0.7dB/km=4.2 km L为传输距离，而根据光纤的带宽计算: L=B/F=400 MHz .km/150MHz=2.6km 其中 B为光纤带宽，F为基带传输频率，那么实际传输测试时，L￡2.6km，由此可见，决定传输距离的主要因素是多模光纤的带宽。 9.1单模传输设备 图1 单模光纤传输光纤传输应用 单模传输设备所采用的光器件是LD，通常按波长可分为850nm 和1300nm两个波长，按输出功率可分为普通LD、高功率LD、DFB-LD(分布反馈光器件)。单模光纤传输所用的光纤最普遍的是G.652，其线径为9微米。 1310nm波长的光在G.652光纤上传输时，决定其传输距离限制的是衰减因数;因为在1310nm波长下，光纤的材料色散与结构色散相
光纤的导光原理
光纤的导光原理 光是一种频率极高的电磁波，而光纤本身是一种介质波导，因此光在光纤中的传输理论是十分复杂的。要想全面地了解它，需要应用电磁场理论、波动光学理论、甚至量子场论方面的知识。但作为一个光纤通信系统工作者，无需对光纤的传输理论进行深入探讨与学习。 为了便于理解，我们从几何光学的角度来讨论光纤的导光原理，这样会更加直观、形象、易懂。更何况对于多模光纤而言，由于其几何尺寸远远大于光波波长，所以可把光波看作成为一条光线来处理，这正是几何光学的处理问题的基本出发点。 -全反射原理 我们知道，当光线在均匀介质中传播时是以直线方向进行的, 介质 的分界面时，会发生反射与折射现象，如图5-1所示。 （公式5-1） 其中n1为纤芯的折射率，n2为包成的折射率。 显然，若n1>n2,贝U会有F诗^1。如果n1与n2的比值增大到一定程度，则会使折射率?，此时的折射率光线不再进入包层，而会在纤芯与包层的分界面上经过（: ），或者重返回到纤芯中进行传播（鬥応讣I朋|）。这种现象叫光的全反射 现象，如图5-2所示。 图5-2光的全反射现象 人们把对应于折射角◎等于90的入射角叫做临界角，很容易可以得到临界角 但在到达两种不同根据光的反射定律, 根据光的折射定律 : I 2=903 O
不难理解，当光在光纤中发生全反射现象时，由于光线基本上全部在纤芯区进行 传播，没有光跑到包层中去，所以可以大大降低光纤的衰耗。 早期的阶跃光纤就是按 这种思路进行设计的。 -光在阶跃光纤中的传播 传播轨迹了解了光的全反射原理之后，不难画出光在阶跃光纤中的传播轨迹，即 按 “之”之形传播及沿纤芯与包层的分界面掠过，如图 5-3所示。 通常人们希望用入射光与光纤顶端面的夹角来衡量光纤接收光的能力。 于是产生 了光纤数值孔径NA 的概念。 因为光在空气的折射率nO=1,于是多次应用光的折射率定律可得: Sin? 为黒证去祖Jte 蚌中的全反射.则应心吗?％, H （公式5--2） 其中，相对折射率差: * 听 占 =T 1 （公式 5--3） 因此，阶跃光纤数值孔径 NA 的物理意义是：能使光在光纤内以全反射形式进行 传播的接收角B c 之正弦值。 需要注意的是，光纤的NA 并非越大越好。NA 越大，虽然光纤接收光的能力越 强，但光纤的模式色散也越厉害。因为 NA 越大，则其相对折射率差△也就越大（见 5--2公式），以后就会知道，△值较大的光纤的模式色散也越大，从而使光纤的传输 容量变小。因此NA 取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和模式色散。 CCITT 建议光 纤的NA=。 -光在渐变光纤中的传播 定性解释 图5-3光在阶跃光纤中的传输轨迹 = =
光纤传输原理
三、光纤传输原理 分析光波在光纤中的传输可应用两种理论：射线理论和波动理论。前者是一个近似的分析方法，但简单直观，对定性理解光的传播现象很有效，而且对光纤半径远大于光波长的多模光纤能提供很好的近似，但在应用上有它的局限性。后者是严密的解析方法，为了全面分析光纤中光的传播、信号失真、功率损耗，特别是分析单模光纤和得出全面的定量结果，就必须采用波动理论方法，即求解麦克斯韦方程并满足光波导的边界条件。光纤传播原理的理论分析是复杂的，这里只是粗糙地进行概念性描述，并引出与光纤传输特性有关的参量。 1. 光学中的反射、折射原理 光波是波长极短的电磁波，因此可采用光波长λ→0时的几何光学进行分析。于是一条很细很细的光束，它的轴线就是光射线，简称射线，它代表光能量传输的方向。光在同一媒质中传播时是直线前进，在不同媒质传播时，在媒质交界面处要发生反射和折射。 如图3-12，媒质Ⅰ和Ⅱ的折射率分别是n1和n2，当光射线从媒质Ⅰ入射到界面上时，则一部分能量被反射，另一部分能量进入媒质Ⅱ发生折射，由于光波本质上是电磁波，这时可利用平面电磁波的电磁场方程式和无穷大平面交界面边界条件，求得光波的反射和折射定律（这里仅考虑传播方向的），即
式中θ1和θ1′分别是射线的入射角和反射角，二者相等；θ2是射线的折射角；v1、v2和n1、n2分别为媒质Ⅰ、媒质Ⅱ中的光速及其折射率，二者关系为n＝，c是光在真空中的传播速度（c≈3×108m/s），媒质的折射率（v）越大，在其中的光速（v）就愈低。 根据式（3-2），假设n1＞n2，则sinθ2＞sinθ1，必有θ2＞θ1。现在逐渐增大入射角θ1，当增大到一定程度时，θ2就变为90°，光不能进入媒质Ⅱ，此时的入射角称为临界角θc（θ1＝θc），这时 （3-3） 下面考虑折射与反射的两种情况： ①在假设的n1＞n2条件下，当θ1≥θc时，能量全部被反射，不发生折射，这种现象称为全反射。由此可见，当光波从光密（n值大的）媒质入射到光疏（n值小的）媒质时，光射线的入射角θ1≥θc时，将发生全反射。
光纤通信原理试题__参考答案
光纤通信原理试题＿1 参考答案 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1. 光纤通信指的是（ B ） A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式； D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2.已知某Si-PIN 光电二极管的响应度R 0＝0.5 A/W ，一个光子的能量为2.24×10－19 J ，电子电荷量为1.6×10 －19 C ，则该光电二极管的量子效率为（ ） A.40％ B.50％ C.60％ D.70％ R 0=e 错误！未找到引用源。 /hf 3.STM-4一帧中总的列数为（ ） A.261 B.270 C.261×4 D.270×4 4.在薄膜波导中，要形成导波就要求平面波的入射角θ1满足（ ） A.θc13<θ1<θc12 B.θ1=0° C.θ1<θc13<θc12 D.θc12<θ1<90° 5.光纤色散系数的单位为（ ） A.ps/km B.ps/nm C.ps/nm.km ? D.nm/ps?km 6.目前掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达（ ） A.20 dB B.30 dB C.40 dB D.60 dB 7.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会（ ） A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大后逐渐减少 8.在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为（ ） A.LP00 值为0 B.LP01 C.LP11为第一高次模 D.LP12 9.在薄膜波导中，导波的截止条件为（ ） A.λ0≥λC B.λ0<λC C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 10.EDFA 在作光中继器使用时，其主要作用是（ ） A.使光信号放大并再生 ? B.使光信号再生 C.使光信号放大 D.使光信号的噪声降低 二、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.根据传输方向上有无电场分量或磁场分量，可将光（电磁波）的传播形式分为三类：一为_TEM_波；二为TE 波；三为TM 波。 2.对称薄膜波导是指敷层和衬底的_折射率相同_的薄膜波导。 3.光学谐振腔的谐振条件的表示式为__错误！未找到引用源。______。q L c n 2= λ 4.渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的这种现象称为_自聚焦_现象。 5.利用_光_并在光纤中传输的通信方式称为光纤通信。 6.在PIN 光电二极管中，P 型材料和N 型材料之间加一层轻掺杂的N 型材料，称为本征层（I ）层。 7. 光源的作用是将 电信号电流变换为光信号功率 ；光检测器的作用是将 光信号功
光纤传输原理
光纤，不仅可用来传输模拟信号和数字信号，而且
： 综合布线系统中使用的光纤为玻璃多模850nm波长的 其纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成。内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高。由物理学可知，在两种介质的界面上，当光从折射率高的一侧射入折射率高的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。只有那些初始入射角偏小的光线才有折射发生，并且在很短距离内就被外层物质吸收干净。
4、光纤传输的特点优势及传输原理 光缆传输的实现与发展形成了它的几个优点。相对于铜线每秒1.54MHZ的速率 光纤网络的运行速率达到了每秒2.5GB。从带宽看，很大的优势是：光纤具有较大的信息容量，这意味着能够使用尺寸很小的电缆，将来就不用更新或增强传输光缆中信号。光纤电缆对诸如无线电、电机或其他相邻电缆的电磁噪声具有较大的阻抗，使其免于受电噪声的干扰。从长远维护角度来看，光缆最终的维护成本会非常低。光纤使用光脉冲沿光线路传输信息，以替代使用电脉冲沿电缆传输信息。在系统的一端是发射机，是信息到光纤线路的起始点。发射机接收到的已编码电子脉冲信息来自于铜线电缆，然后将信息处理并转换成等效的编码光脉冲。使用发光二极管或注入式激光器产生光脉冲，同时采用透镜，将光脉冲集中到光纤介质，使光脉冲沿线路在光纤介质中传输。由内部全反射原理可知，光脉冲很容易眼光纤线路运动，光纤内部全反射原理说明了当入射角超过临界值时，光就不能从玻璃中溢出；相反，光纤会反射回玻璃内。应用这一原理制作光纤的多芯电缆，使得与光脉冲形式沿光线路传输信息成为可能。光纤传输具有衰减小、频带宽、抗干扰性强、安全性能高、体积小、重量轻等优点，所以在长距离传输和特殊环境等方面具有无法比拟的优势。传输介质是决定传输损耗的重要因素，决定了传输信号所需中继的距离，光纤作为光信号的传输介质具有低损耗的特点，光纤的频带可达到1．0GHz以上，一般图像的带宽只有8MHz，一个通道的图象用一芯光纤传输绰绰有余，在传输语音、控制信号或接点信号方面更为优势t光纤传输中的载波是光波，光波是频率极高的电磁波，远远比电波通讯中所使用的频率高，所以不受干扰。且光纤采用的玻璃材质，不导电，不会因断路、雷击等原因产生火花，因此安全性强，在易燃，易爆等场合特别适用。
光纤结构和基本原理
光纤基本结构及原理 2011-08-16 12:04 2.6.1 光纤通信的概念与基本原理 多种多样的通信业务迫切需要建立高速率的信息传输网。在传输网，特别是骨干网中，高速数字通信的速率已迈向每秒G（109）比特级，正在向T（1012）比特级迈进。要实现这样高速的数字通信，依靠无线媒质或是以传统电缆为代表的有线媒质均是不可想象的。这一难题直到光纤作为一种传输媒质被人们发现之后才得以破解。光纤的潜在容量可达数百T，要比传统电缆的容量至少高出5个数量级。 纵观通信发展史，不难发现，人们一直在不断开拓电磁波的各个频段，把如何利用电磁波作为通信技术的重要研究方向。在大学物理课程中我们已经学到，光可以看作是可见光波段的电磁波。因此，开发光波作为通信的载体与介质是很自然的。在光通信的发展历史中，两大主要的技术难点是光源和传输介质。在上世纪60年代，美国开发了第一台激光器，相对于其他普通光源，激光器具有亮度高、谱线窄、方向性好的特点，可以产生理想的光载波。另一方面，激光如果在大气中传播，会受到变幻无常的气候条件的影响。因此人们设想利用可以导光的玻璃纤维——光纤进行长距离的光波传输。1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB/1km的石英玻璃光纤，达到了实用水平。目前实用的光纤直径很小，既柔软又具有相当的强度，是一种理想的传输媒质。目前，在朗迅（Lucent）、北电（Nortel）、阿尔卡特（Alcatel ）、西门子（Siemens）等公司的实验室中，光纤传输技术已经达到数千公里无中继的先进水平。 光纤通信的定义：光纤通信是以光波为载频，光导纤维为传输媒介的一种通信方式。光纤通信一般在发送方对信息的数字编码进行强度调制，在接收端以直接检波的方式来完成光/电变换。 2.6.2 光纤的工作窗口 1．工作窗口的定义 光波可以看作是电磁波，不同的光波就会有不同的波长与频率。我们知道，透明的彩色玻璃之所以有颜色，是因为它只允许一种颜色的光波通过，而其他颜色的光波通过较少。石英光纤也具有类似的选择特性，对特定波长的光波的传输损耗要明显小于其它波长的光波，这些特定的波长就是光纤的工作窗口。工作窗口是随着原材料工艺的不断发展和对光纤传输特性研究的不断深入而一个接一个被打开的。
光纤光缆原理与应用
光纤光缆原理与应用发布时 间：10-09-0 1 来 源： 点击 量： 26160 字段选 择：大中 小 前言 光纤光缆原理与应用（历史） 1976年，美国贝尔研究所在亚特兰大建成第一条光纤通信实验系统，采用了西方电气公司制造的含有144根光纤的光缆。1980年，由多模光纤制成的商用光缆开始在市内局间中继线和少数长途线路上采用。单模光纤制成的商用光缆于1983年开始在长途线路上采用。1988年，连接美国与英法之
间的第一条横跨大西洋海底光缆敷设成功，不久又建成了第一条横跨太平洋的海底光缆。中国于1978年自行研制出通信光缆，采用的是多模光纤，缆心结构为层绞式。曾先后在上海、北京、武汉等地开展了现场试验。后不久便在市内电话网内作为局间中继线 试用，1984年以后，逐渐用于长途线路，并开始采用单模光纤。通信光缆比铜线电缆具有更大的传输容量，中继段距离长、体积小，重量轻，无电磁干扰，自1976年以后已发展成长途干线、市内中继、近海及跨洋海底通信、以及局域网、专用网等的有线传输线路骨干，并开始向市内用户环路配线网的领域发展，为光纤到户、宽代综合业务数字网提供传输线路。 光纤光缆原理与应用光缆是信息高速路的 基石）
光缆是当今信息社会各种信息网的主 要传输工具。如果把互联网称作信息高速路的话，那么，光缆网就是信息高速路的基石---光缆网是互联网的物理路由。一旦某条光缆遭受破坏而阻断，该方向的“信息高速公路”即告破坏。通过光缆传输的信息，除了通常的电话、电报、传真以外，现在大量传输的还有电视信号，银行汇款、股市行情等一刻也不能中断的信息。目前，长途通信光缆的传输方式已由PDH向SDH发展，传输 速率已由当初的140MB/S发展到2.5GB/S、4×2.5GB/S、16×2.5GB/S甚至更高，也就是说，一对纤芯可开通3万条、12万条、48 万条甚至向更多话路发展。如此大的传输容量，光缆一旦阻断不但给电信部门造成巨大损失，而且由于通信不畅，会给广大群众造
光纤通信原理光纤传输原理图
光纤通信原理光纤传输原理图 光纤通信原理 光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维 中的全反射原理而达成的光传导工具。掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒(Er)离子的光纤，它是掺铒光纤放大器的核心。从20世纪80年代后期开始，掺铒光纤放大器的研究工作不断取得重大的突破。WDM技术、极大地增加了光纤通信的容量。成为当前光纤通信中应用最广的光放大器件。 光纤放大器是光纤通信系统对光信号直接进行放大的光放大器件。在使用光纤的通信系统中，不需将光信号转换为电信号，直接对光信号进行放大的一种技术。掺铒光纤放大器(EDFA即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er3 + 的光信号放大器)是1985年英国南安普顿大 学首先研制成功的光放大器，它是光纤通信中最伟大的发明之一。掺铒光纤放大器的工作原理： 铒光纤放大器主要是由一段掺铒光纤（长约10-30m）和泵浦光源组成。其工作原理是：掺铒光纤在泵浦光源（波长980nm或1480nm）的作用下产生受激辐射，而且所辐射的光随着输入光信号的变化而变化，这就相当于对输入光信号进行了放大。研究表明，掺铒光纤放大器通常可得到15-40db的增益，中继距离可以在原来的基础上提高
100km以上。那么，人们不禁要问：科学家们为什么会想到在光纤放大器中利用掺杂铒元素来提高光波的强度呢？我们知道，铒是稀土元素的一种，而稀土元素又有其特殊的结构特点。长期以来，人们就一直利用在我学器件中掺杂稀土元素的方法，来改善光学器件的性能，所以这并不是一个偶然的因素。另外，为什么泵浦光源的波长选在980nm或1480nm呢？其实，泵浦光源的波长可以是520nm、650nm、980nm、和1480nm，但证明波长980nm的泵浦光源激光效率最高，次之是波长1480nm的泵浦光源。 掺铒光纤放大器的基本结构： EDFA的基本结构，它主要由有源媒质(几十米左右长的掺饵石英光纤，芯径3-5微米，掺杂浓度(25-1000)x10-6)、泵浦光源(990或1480nm LD)、光耦合器及光隔离器等组成。信号光与泵浦光在铒光纤内可以在同一方向(同向泵浦)、相反方向(反向泵浦)或两个方向(双向泵浦)传播。当信号光与泵光同时注入到铒光纤中时，铒离子在泵光作用下激发到高能级上，三能级系统)，并很快衰变到亚稳态能级上，在入射信号光作用下回到基态时发射对应于信号光的光子，使信号得到放大。其放大的自发发射(ASE)谱，带宽很大(达20-40nm)，且有两个峰值分别对应于1530nm和1550nm。 掺铒光纤放大器的优点:
光纤通信的原理和应用
光纤通信的原理和应用 一、课程简述 资优生拓展课程《光纤通信的原理和应用》隶属于华东师范大学出版社版的高级中学物理拓展型课程中高二年级、第二册、第十六讲内容。主要通过学习有关光的反射知识了解光纤通信的原理，亲身体验光通信的过程并了解光导纤维的最前沿应用领域和发展前景。 二、课程目标 1.知识与技能：（1）知道光的全反射现象。（2）知道光纤通信的应用。 2.过程与方法：通过光纤通信实验经历探究实现光纤通信的方法。 3.情感态度价值观：体验科学探究的过程，了解2009年诺贝尔物理学奖得主高琨的生平，培养爱国主义的感情，培养爱家乡金山的感情。 三、课程实施 本课程的组织实施需要两个课时。 第一课时在课堂完成，主要以有关光纤通信的知识原理学习为主。 第二课时在展教中心完成，主要通过“光纤通信演示仪”项目，组织学生实践体验学习。 四、课外探究 1.光导纤维内窥镜的原理是什么？物理实验室中有可以研究光纤通信和光导纤维内窥镜的实验演示器材。请主动联系物理实验员研究之。 2.光纤输电的优势和困难在哪里？你有志于献身这一前沿领域的研究吗？ 五、课程内容 1.第一人高锟 高锟，1933年11月4日，出生于上海金山张堰 镇，现年76岁。祖父是清末民初时期南社著名文人高 吹万，父亲高君湘是留美归国的执业律师，堂叔父高 君平为近代著名天文学家。 高锟曾先后担任过标准电话和电缆公司工程师， 标准电信实验室主任研究工程师，国际电话和电报公
司电光产品部任副经理，香港中文大学校长。 高锟在电磁波导、陶瓷科学（包括光纤制造）方面获28项专利。从1957年开始，高锟即从事光导纤维在通讯领域运用的研究。1964年，他提出在电话网路中以光代替电流，以玻璃纤维代替导线。1966年，在标准电话实验室与何克汉共同提出光纤可以用作通讯媒介。 高锟于1996年当选为中国科学院外籍院士。2009年诺贝尔物理学奖得主。2009年，高锟入选中国世界纪录协会世界光纤第 2.通信的原理 光是一种电磁波具有折射，反 射和全反射。因光在不同物质中的 传播速度是不同的，所以光从一种 物质射向另一种物质时，在两种物 质的交界面处会产生折射和反射。 而且，折射光的角度会随入射光的 角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时， 折射光会消失， 入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通信就是基于以上全反射原理而形成的。当光在芯线中传播时，在芯线和包层界面上发生全反射，使光在弯曲的光导纤维内经多次全反射而传到另一端，如图所示。 例如，已知玻璃的折射率为1.52，水的折射率为1.33，那么当光从玻璃射到水里时才可能发生全反射。它的临界角是 875.052 .133.1sin w 0===g n n α 临界角α0=61°3′ 3.纤维的结构及种类 （1）光纤结构：光纤裸纤一般分为三层，中心高折射率玻璃芯，中间为低折射率硅玻璃包层，最外是加强用的树脂涂层。 （2）数值孔径：入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某
光纤传感器结构原理及分类
光纤温度传感器 1、光纤传感器结构原理 以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接，见图(a)。光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成，见图(b)。 由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。 可见,光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。
光是一种电磁波，其波长从极远红外的lmm到极远紫外线的10nm。它的物理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。因此，讨论光的敏感测量必须考虑光的电矢量E的振动，即 A——电场E的振幅矢量；ω——光波的振动频率； φ——光相位；t——光的传播时间。 可见，只要使光的强度、偏振态(矢量A的方向)、频率和相位等参量之一随被测量状态的变化而变化，或受被测量调制，那么，通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位调制等进行解调，获得所需要的被测量的信息。 2、光纤传感器的分类
注：MM多模；SM单模；PM偏振保持；a,b,c功能型、非功能型、拾光型 （1）根据光纤在传感器中的作用 光纤传感器分为功能型、非功能型和拾光型三大类。 1）功能型（全光纤型）光纤传感器 利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤) 作传感元件，将“传”和“感”合为一体的传感器。光纤不仅起传光作用，而且还利用光纤在外界因素(弯曲、相变)的作用下，其光学特性(光强、相位、偏振态等)的变化来实现“传”和“感” 的功能。因此，传感器中光纤是连续的。由于光纤连续，增加其长度，可提高灵敏度。 2）非功能型（或称传光型）光纤传感器 光纤仅起导光作用，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。光纤不连续。此类光纤传感器无需特殊光纤及其他特殊技术，比较容易实现，成本低。但灵敏度也较低，用于对灵敏度要求不太高的场合。
光纤光缆的结构及其传输原理
光纤光缆的结构及其传输原理 一光纤分类 1. 按波长分类，综合布线所用光纤有三个波长区： a.0.85μm波长区(0.8μm～0.9μm)﹔ b.1.3μm波长区(1.25μm～1.35μm)﹔ c.1.5μm波长区(1.53μm～1.58μm)。 不同的波长范围光纤损耗也不相同，其中0.85μm波长区为多模光纤通信方式，1.5μm波长区为单模光纤通信方式，1.3μm波长区有多模和单模两种。建筑物综合布线采用0.85μm和1.3μm两个波长。 2. 按纤芯直径划分，光纤有二类： a.62.5μm渐变增强型(graded index,enhanced)多模光纤﹔ b.8.3μm 突变型(step index)单模光纤。 光纤的包层直径均为125μm。62.5/125μm增强型多模光纤结构. 其中，62.5/125μm光纤被推荐应用于所有的建筑物综合布线。这是因为它的物理特性和传输特性与建筑物布线环境中应用系统设备的光/电转换器件相兼容。62.5/125μm的大纤芯直径和传输特性有以下优点： a.光耦合效率高﹔ b.光纤对准要求不太严格，需要较少的管理点和接头盒﹔ l)对微弯曲损耗不太灵敏﹔ 2)符合FDDI标准。 8.3/125μm突变型单模光纤如图B所示。单模光纤常用于传输距离大于2km的建筑群。由于这种光纤纤芯直径小，在建筑物中，采用LED驱动的数据链路器件耦合时，会发生物理不兼容的问题，而且价格较贵，所以，在建筑物内或传输距离小于2km时很少使用。 3. 按应用环境划分，光缆有两类 a.室内光缆采用增强型缓冲带，主要用于建筑物内干线子系统和水平子系统。 b.室外光缆常采用束状，在保护层内填满相应的复合物，护套采用高密度的聚乙烯，加上增强的钢丝或玻璃纤维，可提供额外的保护，以防止环境造成的损坏。这种光缆主要用于建筑群子系统。 二光缆的结构 光缆的结构大体上分为缆芯(Cable core)和护层(Sheath)两大部分。 1.光缆的缆芯 综合布线常用的室外光缆缆芯主要有两类：中心束管式和集合带式。 (1) 中心束管式缆芯由装在塑料套管中的1~8束(最多)光纤单元束组成，简称“中心束管式”。每束光纤单元是由松绞在一起的4，6，8，10或12(最多)根一次涂覆光纤构成，并在单元束外面松绕有一条纱线。为了区分方便，每根光纤的涂层及每条纱线都着有颜色，中心束管式缆芯的光纤数最少为4根，最多为96根﹔塑料套管内皆填充专用油膏. 由于这种填充专用油膏在小拉力时，如同一个有弹性的固体，但是当拉力增加时，该专用油膏如同液体，允许光纤束在其中移动，因而大大减少了微弯曲损耗。 在头两个束(蓝色束、橙色束)中各有一条备用线，颜色编码是自然色加上绿色的阴影。图D中给出中心束管式光缆中一束光纤的颜色编码模式。图E中给出了中心束管式光缆中的标准光纤数。 图E 束管式光缆中的标准光纤数和色标光缆中保证的光纤数目束数分配给光纤束的光纤 蓝束橙束绿束棕束蓝灰束白束红束黑束 4 1 4 6 1 6