光电子技术——光纤与光纤技术简介
光纤的概念和技术简介
光纤的概念和技术简介背景介绍1881年,亚历山大·格雷厄姆·贝尔成功传输声音信号光线。
“发射器”是一面镜子,反射的光在它上面产生振动，发出略有不同的声音。
接收器是一块硒,它有一个电阻对光线很敏感。
贝尔称他的发明为“光”,认为这是注定要成为他一生中最大的成就。
尽管贝尔发明的原理性质,作为光通信系统里面成功运作的所有必需的组件:一个发射机将交流信号转换成一个光源,光接收器接受并把它转换成一个可读的(电子)信号;以及媒介携带光从一点到另一点。
在设计一个光纤通信系统时,贝尔最大的障碍不是发射机或接收机,而是作为媒体的光必须能够传递,户外太阳光束的传播显然不能胜任这份工作。
快进到1970年,当终于实现产生一个商业上可行的光通信技术。
就像贝尔教授,主要还是集中在传输媒体的发明能够携带光信号长距离水平可以接受的衰减(功率损耗)。
在传输途中,光脉冲失去一些能量。
研究人员可接受的损失值为20 db/公里或更少。
也就是1%的光进入媒体仍将在1公里中“传输”。
在1970年初,康宁玻璃的科学家们成功地开发了一种玻璃纤维，其损失20 db/公里,而在70年末杜邦公司推出第一个小直径丙烯酸纤维具有类似衰减。
商业应用的光纤之后很快运用起来。
电话公司迅速开始取代铜线骨干光纤线在两个地区、在长途电话系统以及城际电信系统。
有线电视公司也开始将光纤集成到电缆系统带宽升级干线连接中央办公室和区域中心或节点。
许多学院,大学,写字楼,工厂也开始利用光纤互连大型机和局域网络计算系统——无论是增加带宽,也为了提高可靠性的日益复杂的计算机网络。
在同一时期，光纤在航空电子设备和其他军事航空航天也得到应用。
1976年美国空军更换线束的a-7飞机的所有光学数据链路的机载光技术项目(在空中):302电缆,1200多米长,体重在40000克被替换为12纤维,76米长,体重低于1700克。
今天,使用光纤系统进行数字化视频、语音和数据是常见的。
光电子技术基础
光电子技术基础•光电子技术概述•光源与光辐射•光电探测器与光电转换目录•光学系统与光路设计•光电子器件与工艺•光电子技术应用实例光电子技术概述01CATALOGUE光电子技术的定义与发展光电子技术的定义光电子技术是研究光与电子相互作用及其应用的科学领域，涉及光的产生、传输、调制、检测和处理等方面。
光电子技术的发展历程自20世纪初爱因斯坦提出光电效应以来，光电子技术经历了从基础研究到应用研究的逐步发展，现已成为现代科技领域的重要分支。
光电子技术在通信领域的应用主要包括光纤通信、无线通信和卫星通信等，实现了高速、大容量的数据传输。
通信领域光电子技术在显示技术方面的应用如液晶显示、有机发光显示等，为现代电子产品提供了丰富多彩的视觉体验。
显示技术光电子技术在太阳能利用、光伏发电等领域的应用，为可再生能源的开发和利用提供了技术支持。
能源领域光电子技术在生物医学领域的应用如光学成像、光动力疗法等，为疾病的诊断和治疗提供了新的手段。
生物医学随着微电子技术的发展，光电子器件将越来越微型化、集成化，实现更高的性能和更小的体积。
微型化与集成化人工智能和自动化技术的引入将进一步提高光电子系统的智能化水平，实现更高效的运行和管理。
智能化与自动化环保意识的提高将推动光电子技术向更环保的方向发展，如开发低能耗、无污染的光电子器件和系统等。
绿色环保光电子技术与材料科学、生物医学等学科的融合将产生更多的交叉学科和创新应用。
跨学科融合光源与光辐射02CATALOGUE利用物体加热到高温后产生的热辐射发光，如白炽灯、卤钨灯等。
具有连续光谱、色温低、显色性好等特点。
热辐射光源利用气体放电时产生的可见光辐射发光，如荧光灯、高压汞灯等。
具有高效、节能、长寿命等优点。
气体放电光源利用固体发光材料在电场或光场激发下产生的发光现象，如LED 、OLED 等。
具有节能环保、响应速度快、可调控性强等特点。
固体发光光源光源的种类与特性表示光源发出的总光能量，单位是流明（lm ）。
光电子技术(前言)
20
光传感器
15
30
激光加工设备
10
5 20
0
10
显示元件 发光元件 光纤 光敏元件 复合光元件 光传输网络 太阳能电池 0
前言——全球光电产业发展趋势（日本）
▪
按美国光电子工业发展协会的看法，日本在显示器、光
存储、光通讯及硬拷贝组成的光电子产业中已超过了美国和
欧洲，在世界上占主导地位。日本在光电子领域之所以能创
4500亿美元
2010年
前言——全球光电产业发展趋势（美国）
▪
美国政府将光电子技术列入“美国国家关键技术”、
“商务部新兴技术”和“国防部关键技术”的研究计划。
1995年，美国光电子工业发展协会（OIDA）在考察和对
比了美国和日本的光电子技术发展情况后，认为美国在
光通信产业要注意市场开发，在光电显示领域要加强制
其领先地位一直没有被动摇，特别是在
▪ 消费光电子领域，如激光音响、影碟机、激光打
印机、传真机、数码相机、平面显示器、光驱、光纤
组件系统等。
▪ 据日本光产业技术振兴协会（OITDA）发表 的光学产业日本市场产值统计与预测，2003年度 （2003/4～2004/3）总产值达7.8万亿日元，年 增率19.8％；2004年度（2004/4～2005/3）产值 可望达8.4万亿日元，年增率13.8％；而2005年 度预计增长10.4％，总产值突破9万亿日元。对
最终成绩结构
▪ 平时成绩50%+期末考试成绩50%
平时成绩
▪ 1、出勤：缺3次以上课，平时成绩为零， 直接重修；
▪ 2、作业：缺3次以上，平时成绩为零，直 接重修；
前言
全球光电产业背景 全球光电产业发展趋势 我国光电产业的诞生 我国光电产业概况 光电子学科发展史
《光纤与光缆技术》课件
CHAPTER 02
光纤的结构与特性
光纤的结构
纤芯
传输光信号的核心部分，通常由高纯 度玻璃或塑料制成，直径在几微米到 几十微米之间。
包层
围绕纤芯的介质层，通常由折射率略 低于纤芯的玻璃或塑料制成，用于控 制光信号的传播方向。
涂覆层
保护光纤不受外界环境影响的涂层， 通常由塑料或硅胶制成。
加强层
带宽
光纤能够传输的信号频率范围，决定了通信 系统的容量。
损耗
光信号在光纤中传播时的能量损失，与光纤 的材料、长度和弯曲程度有关。
CHAPTER 03
光缆的结构与特性
光缆的结构
光纤
光缆的核心部分，用于传输光信号。
加强构件
提供光缆的机械保护和抗拉强度。
涂层和护套
保护光纤和加强构件，防止外部损伤。
光缆的分类
光纤测试技术
01
折射率分布测试
通过测量光纤内部折射率分布情况 ，评估光纤性能。
偏振模色散测试
测量光纤的偏振模色散特性，确保 信号传输稳定性。
03
02பைடு நூலகம்
衰减测试
检测光纤的衰减系数，评估信号传 输质量。
弯曲损耗测试
检测光纤在弯曲状态下的损耗情况 ，评估光纤的弯曲性能。
04
光缆测试技术
机械性能测试
检测光缆的拉伸、压缩、 弯曲等机械性能，确保光 缆结构稳定。
增强光纤机械强度的保护层，通常由 钢丝或合成纤维制成。
光纤的分类
多模光纤
允许传输多个模式的光信号，适用于短距离、高带宽的应用 。
单模光纤
只允许传输单一模式的光信号，适用于长距离、高速度的通 信网络。
光纤的传输特性
光电子技术在通信与信息处理中的应用
光电子技术在通信与信息处理中的应用光电子技术是指将光与电子相结合的技术领域，它在通信与信息处理领域具有广泛的应用。
随着信息社会的发展，人们对高速、高效、高质量的通信需求越来越强烈，光电子技术的应用也越来越被重视。
本文将介绍光电子技术在通信与信息处理中的应用，并探讨其对现代社会的影响。
一、光纤通信光纤通信是光电子技术的重要应用之一。
光纤通信利用光信号在光纤中传输数据，具有大容量、低损耗、抗干扰等优点。
现代通信网络普遍采用光纤作为主要传输介质，使得数据传输速度大幅提升，网络质量大幅改善。
光纤通信的快速发展极大地推动了信息社会的进程。
二、激光技术激光是光电子技术的核心之一，它具有高亮度、高单色性和高方向性等特点。
激光技术在通信与信息处理中有着广泛的应用，如光存储、激光打印、激光扫描等。
光存储技术以其高速、高密度的特点，成为数字信息存储的重要手段。
激光打印和激光扫描技术则大大提高了印刷和扫描的效率和质量。
三、光电子器件与器材光电子器件与器材是光电子技术的基础。
例如，光电二极管、激光二极管等光电子器件的应用使得通信设备更加小型化、高效化。
高性能的光电子器件和器材的不断发展，为通信与信息处理提供了更加可靠和高质量的硬件支持。
四、光子晶体与光学薄膜光子晶体和光学薄膜被广泛应用于光电子技术中。
光子晶体是一种周期性的光学结构，拥有较大的禁带宽度和调制特性。
光子晶体的应用使得光纤通信系统的波长分离、滤波和调制等处理技术更加高效可靠。
光学薄膜具有较高的透过率和反射率，使得光学器件的性能得到提升。
五、光学传感器光学传感器是光电子技术在通信与信息处理中的另一个重要应用。
光学传感器通过测量光的特性来感知物理和化学量，具有高灵敏度、高分辨率和快速响应等特点。
光学传感器广泛应用于温度测量、电流测量、压力测量、化学成分分析等领域，为工业自动化和生命科学领域带来了巨大的进步。
综上所述，光电子技术在通信与信息处理中的应用涵盖了光纤通信、激光技术、光电子器件与器材、光子晶体与光学薄膜以及光学传感器等多个方面。
光纤技术的组成原理
光纤技术的组成原理
光纤技术的组成原理主要包括光源、光纤和光接收器三个部分。
1. 光源：光纤技术中常用的光源有激光器和发光二极管。
光源产生的光信号将通过光纤传输。
2. 光纤：光纤是一种细长且具有高折射率的介质，通常由玻璃或塑料制成。
光信号通过光纤的全内反射原理进行传输，光线会在光纤的中心芯上不断反射，而不会泄露出来。
3. 光接收器：光接收器可以将传输的光信号转换为电信号。
光接收器内部一般有光电二极管或光电倍增管等光电转换器件，这些器件可以将光信号转换为电流或电压信号。
光纤技术的工作原理可以简单概括为：光源发出的光信号经过光纤传输，最后到达光接收器，经光电转换后转换为电信号。
光纤技术具有传输速度快、传输距离远、抗干扰性好等优点，被广泛应用于通信领域。
光电子技术——光纤与光纤技术简介
★涂覆层直径
普通光纤 内层 － 170～200um 外层 － 245um
125um 245um
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9
1. 光 纤 简 介
•光纤工作原理
光纤利用光在 界面上的全反射原 理进行工作。
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10
1. 光 纤 简 介
•光纤剖面折射率示意图
芯层
芯层 包层
包层
G.652
G.655
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多模
11
1. 光 纤 简 介
•光纤通信原理
光纤与光纤制造工艺
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1
内容
1. 光纤简介 2. 光纤制造工艺 3. 主要光纤产品介绍 4. 光纤技术发展概况
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2
1. 光 纤 简 介
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3
1. 光 纤 简 介
•什么是光纤（optical fiber)？
光纤是光导纤维的简称。光纤是以光脉冲的 形式来传输信号，材质以玻璃或有机玻璃为主的 网络传输介质。
D-405M '83
D-135M '83
FTM-2.4G '90
商用
D-1.12G '87
D-560M '85
FTM-600M '89
C-34M '80
ITS-2400 '92
SMS-2500 '94
ITS-600 '91
SMS-600 '93
NB-WDM（窄带波分复用）
SONET
PDH SDH PDH
DFB Long Wave
MQW External Mod.
WDM
W32 '98 W16 '97
W8
10G
光电子技术(声光调制和声光偏转)
声光偏转器的性能指标及评价方法
性能指标
声光偏转器的主要性能指标包括衍射效率、偏转角度、工作频率范围、响应时间等。其中，衍射效率 反映了声光相互作用的强弱，偏转角度决定了光波偏转的程度，工作频率范围和响应时间则关系到器 件的适用性和动态性能。
评价方法
通常采用实验测量的方法对声光偏转器的性能指标进行评价。例如，可以通过测量不同频率和声强下 的衍射效率和偏转角度，绘制出器件的频率响应曲线和偏转特性曲线，以全面评估器件的性能。
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声光偏转是利用声波在介质中传播时 引起的折射率梯度，使光束发生偏转 的现象。声光偏转器通常由压电晶体 和棱镜组成，当压电晶体受到声波作 用时，其折射率会发生变化，使得通 过棱镜的光束发生偏转。
声光调制和声光偏转 的应用
声光调制和声光偏转在光通信、激光 雷达、光学测量等领域具有广泛的应 用。例如，在光通信中，声光调制器 可用于实现高速光信号的调制和解调 ；在激光雷达中，声光偏转器可用于 实现光束的快速扫描和定位；在光学 测量中，声光调制和声光偏转可用于 实现高精度的光学干涉和衍射测量。
02 声光调制技术
声光调制器的基本结构和工作原理
基本结构
声光调制器主要由声光介质、压电换能器、吸声（或反射）装置及驱动电源等组 成。
工作原理
声光调制器是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理器件。当特定频 率的声波作用于声光介质时，会引起介质折射率的变化，从而使通过介质的光波 参数（如振幅、频率、相位等）随之发生变化，实现对光波的调制。
于制作光电探测器。
非线性光学材料
具有非线性光学效应的材料， 如磷酸二氢钾、铌酸锂等，用 于制作光调制器和光开关等。