光纤音频信号传输技术实验
音频信号光纤传输实验报告
实验报告：音频信号光纤传输（本报告仅供参考，每个同学应根据指导老师讲解和实际实验过程自行撰写）实验目的：1、 学习音频信号光纤传输系统的基本结构和各部件的选配原则。
2、 熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。
3、训练如何在音频信号光纤传输系统中获得较好的信号传输质量。
实验仪器TKGT-1型音频信号光纤传输实验仪 信号发生器 双踪示波器实验原理光纤，又名光导纤维，是20世纪70年代为光通信而发展起来的一种新型材料，具有损耗低、频带宽、耐高温、绝缘性好、抗电磁干扰、光学特性好等优点。
1970年，美国康宁公司率先研制出了世界上第一根传输衰减损耗小于20dB/km 的石英光纤。
目前，普通单模光纤的传输损耗在工作波长为1550纳米窗口损耗小于0.2dB/km ，在1310纳米窗口小于0.3 dB/km 。
目前商用光纤制作工艺多为渐变折射率芯层光纤。
从传输模式来说，光纤分为单模和多模两种；从结构上来说，分为普通光纤和特殊光纤，普通光纤包括单模和多模光纤，特殊光纤包括保偏光纤、单偏振光纤和塑料光纤等。
普通光纤的外径为125微米，单模光纤芯径为5-10微米，多模光纤芯径为50、62.5、80、100微米，加护套总直径约为1毫米。
目前通信干线用光纤一般为单模光纤，光纤工作波长为1550纳米。
一般光纤的结构是由导光的纤芯和周围包覆的涂层组成。
光纤的工作基础是光的全反射。
由于纤芯的折射率大于涂层的折射率，当光从纤芯射向涂层，且入射角大于临界角，则射入的光在界面上产生全反射，成“之”字形前进，传播到圆柱形光纤的另一端而发射出去，这就是光纤的传光原理。
附：光的全反射原理根据光的反射和折射定律，即11θθ=' 2211sin n sin n θθ= 若n1>n2，横线上为2，下为1介质，即光由光密介质射入光疏介质，且入射角大于临界角，即c θθ>时，就发生光的全反射现象。
由于在临界状态下，22πθ=，代入上式，则⎪⎪⎭⎫⎝⎛=12c n n arcsin θ ，称为全反射临界角。
音频信号光纤传输实验
物理实验教案十二实验名称:音频信号光纤传输实验教学时数:3学时教学目的及要求:1、了解光纤通信的基本工作原理。
2、熟悉光纤传输系统中电光／光电转换器件的基本性能。
3、测试音频信号在光纤通信实验系统中的传输质量。
教学内容提要:1、光导纤维（1）光纤的结构光导纤维是用石英、玻璃或特制塑料等介质拉成的柔软而极细纤维，光能在其内部沿着轴线传播,简称光纤。
（2）光纤的类型光纤折射率沿径向分布有两种类型：阶跃型：由n1到n2有明显的边界，光全反射的传播路径是折线。
渐变型：从纤芯到包层芯折射率逐渐变小，光全反射的传播路径是光滑曲线，并产生自聚焦现象。
（3）光纤通信的优点光纤通信的主要优点：容量大、传输距离远、，抗电磁干扰能力强、保密性好、抗腐蚀、抗辐射、质量轻、体积小。
2、光纤通信系统基本组成和工作原理(1)光纤传输系统的基本组成光纤传输系统由“光信号发送端”、光信号的传输介质“光纤”和“光信号接收端”三部分组成。
（2）传输系统的技术参数本实验光纤传输系统：光源采用发光二极管，波长为0.84μm；传输介质采用多模石英光纤，低损耗窗口为0.84μm、1.3μm、1.55μm；硅光电二极管的峰值响应波段为0.8-0.9μm；因此，各个部分器件能够完全匹配。
(3)实验仪器TKGT-1型音频信号光纤传输实验仪;信号发生器;双踪示波器3、实验内容（1）测定光纤传输系统的静态电光／光电传输特性（2）测定光纤传输系统的幅频特性，测定系统的低频截止频率ƒL和高频截止频率ƒh。
（3）测定发光二极管偏置电流与无截止失真最大调制幅度的关系（4）观察各种波形在光纤中的传输（5）音频信号的传输实验教学重点与难点:教学重点是掌握光纤通信的基本工作原理;教学难点是确定传输系统的低频截止频率ƒL和高频截止频率ƒh。
思考题问题讨论:如何确定半导体材料的导电类型？实验报告的要求:实验原理部分要求，做光纤传输系统基本组成的方框图，并简述原理。
实验内容一、二、三项必做。
光纤音频信号传输技术实验报告
光纤音频信号传输技术实验报告光纤音频信号传输技术实验报告引言：光纤技术作为一种高速、大容量的信息传输方式，已经在通信领域得到广泛应用。
然而，在音频信号传输方面，光纤技术的应用相对较少。
本实验旨在探究光纤音频信号传输技术的可行性，并对其性能进行评估。
一、实验原理光纤音频信号传输技术是利用光纤的高速传输特性，将音频信号转换为光信号进行传输。
具体实现过程包括：音频信号输入端通过调制电路将音频信号转换为光调制信号，然后通过光纤传输，再经过解调电路将光信号转换为音频信号输出到接收端。
二、实验设备和材料1. 音频信号发生器2. 光调制器3. 光解调器4. 光纤传输线5. 音频信号接收器6. 示波器7. 光源和光探测器三、实验步骤1. 将音频信号发生器与光调制器连接，调节发生器输出音频信号。
2. 将光调制器与光解调器连接，通过光纤传输线连接两者。
3. 将光解调器与音频信号接收器连接。
4. 调节光源和光探测器，使其适应光纤传输。
5. 打开音频信号发生器和音频信号接收器，并调节参数使音频信号传输正常。
6. 使用示波器对传输后的音频信号进行波形分析。
四、实验结果与分析经过实验，我们成功地实现了光纤音频信号的传输。
通过示波器观察到的波形显示，传输后的音频信号与输入信号基本一致，没有明显的失真和衰减。
这证明了光纤音频信号传输技术的可行性。
在实验过程中，我们还注意到了一些问题。
首先，光纤传输线的质量对音频信号的传输质量有很大影响。
如果光纤传输线质量较差，信号衰减较大，可能导致音频信号的失真。
因此，在实际应用中，应选择质量良好的光纤传输线。
其次，光调制器和光解调器的性能也会影响音频信号的传输质量。
如果这两个设备的响应速度较慢，可能会导致音频信号的延迟。
因此，在选择光调制器和光解调器时，应注意其响应速度和性能指标。
最后，光源和光探测器的选用也是影响音频信号传输质量的关键因素。
光源的亮度和光探测器的灵敏度会直接影响信号的传输距离和传输质量。
音频信号光纤传输技术实验报告
光纤广泛应用于各种工业控制、分布式数据采集等场合，特别适合电力系统自动化、交通控制等部门。
在光纤端面上，当光线入射角小于一定值?a时，折射光线在纤芯和包层界面上的入射角Ф才会大于临界角Фm，光线才能在光纤内多次全反射而传递到另一端。在光纤端面上，入射角θ′>θa的那些光线，折射后在界面上的入射角小于临界角Фm，光线将射出界面，如图40-2中光线2。这个入射角θa称为光学纤维的孔径角，它的数值由光学纤维的数值孔径决定。光纤的数值孔径N定义为
如图2所示，在立体角2θmax范围内入射到光纤端面的光线1在光纤内部界面产生全反射而得以传输，在2θmax范围外入射到光纤端面的光线2则在光纤内部界面不产生全反射而是透射到包层而马上被衰减掉。多模光纤具有较大的数值孔径，单模光纤的数值孔径相对较小，所以一般单模光纤需用LED半导体激光器作为其光源。
（2）光纤的损耗：
多模折射率阶跃型光纤由于各模传输的群速度不同而产生模间色散，传输的带宽受到限制。多模折射率渐变型光纤由于其折射率特殊分布使各模传输的群速度一样而增加信号传输的带宽。单模光纤是只传输单种光模式的光纤，单模光纤可传输信号带宽最高，目前长距离光通讯大都采用单模光纤。
光纤是玻璃细丝，性脆、易断，为提高其抗拉强度，保护表面和使用方便，在包层表面又涂履一层硅酮树脂一类的材料，称涂履层。
通过本实验的学习，在了解光导纤维的基本结构和光在其中传播规律的基础上，要建立起光导纤维的数值孔径、光纤色散、光纤损耗、集光本领等基本概念。
音频信号光纤传输技术实验
音频信号光纤传输技术实验[目的要求]1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。
2.了解音频信号光纤传输的结构及选配各主要部件的原则。
3.学习分析集成运放电路的基本方法。
[仪器设备]1.YOF—B型音频信号光纤传输技术实验仪。
2.数字万用表。
[实验原理]一．系统的组成图（1）示给出了一个音频信号直接光强调制光纤传输系统的结构原理图，它主要包括由LED及其调制、驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光电转换、I—V变换及功放电路组成的光信号接收器的三个部分。
图1 音频信号光纤传输实验系统原理图本实验采用中心波长0.85μm附近的GaAs半导体发光二极管（LED）作光源、峰值响应波长为0.8~0.9μm的硅光二极管（SPD）作光电检测元件。
由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。
二．光导纤维的结构及传光原理光纤按其模式性质通常可以分成两大类①单模光纤②多模光纤。
无论单模或多模光纤，其结构均由纤芯和包层两部分组成。
纤芯的折射率较包层折射率大，对于单模光纤，纤芯直径只有5~10μm，在一定的条件下，只允许一种电磁场形态的光波在纤芯内传播，多模光纤的纤芯直径为50μm或62.5μm ，允许多种电磁场形态的光波传播；以上两种光纤的包层直径均为125μm 。
按其折射率沿光纤截面的径向分布状况又分成阶跃型和渐变型两种光纤，对于阶跃型光纤，在纤芯和包层中折射率均为常数，但纤芯一包层界面处减到某一值后，在包层的范围内折射率保持这一值不变，根据光射线在非均匀介质中的传播理论分析可知：经光源耦合到渐变型光纤中的某些光射线，在纤芯内是沿周期性地弯向光纤轴线的曲线传播。
本实验采用阶跃型多模光纤作为信道，现应用几何光学理论进一步说明这种光纤的传光原理。
阶跃型多模光纤结构如图所示，它由纤芯和包层两部分组成，芯子的半径为a ，折射率为1n ，包层的外径为b ，折射率为2n ,且1n >2n 。
光纤音频信号传输实验报告
光纤音频信号传输实验报告光纤音频信号传输实验报告引言：在现代科技的快速发展下，音频信号传输技术也得到了极大的提升。
光纤作为一种高速、稳定的传输媒介，被广泛应用于音频信号传输领域。
本实验旨在通过搭建光纤音频传输系统，探究其传输效果和特点，并对比传统的电缆传输方式，以期能更好地了解光纤音频传输的优势与局限。
实验步骤：1. 实验器材准备：光纤收发器、音频源、音频放大器、音箱、电缆等。
2. 连接光纤收发器：将音频源与光纤收发器的输入端相连，将光纤收发器的输出端与音频放大器相连。
3. 连接音箱：将音频放大器与音箱相连。
4. 调试系统：打开音频源和音箱，调节音频源的音量和音箱的音量，确保音频信号正常传输。
实验结果：通过实验观察和数据分析，我们得出以下结论：1. 传输质量：光纤音频传输系统具有优异的传输质量，音频信号传输的稳定性和清晰度明显高于传统的电缆传输方式。
光纤传输不受外界电磁干扰的影响，能够减少信号失真和噪音干扰。
2. 传输距离：光纤音频传输系统的传输距离较远，可以达到几百米甚至更远的距离，而电缆传输方式的传输距离相对较短。
3. 安全性：光纤传输不产生电磁辐射和火花，具有较高的安全性，适用于一些对电磁辐射敏感的场所，如医院、实验室等。
4. 抗干扰能力：光纤传输系统具有良好的抗干扰能力，能够有效避免由于电缆传输中的电磁干扰而导致的信号失真和噪音问题。
讨论与分析：光纤音频传输系统相较于传统的电缆传输方式具有明显的优势，但也存在一些局限性。
首先，光纤传输系统的成本较高，需要专门的设备和技术支持。
其次，光纤传输系统对环境的要求较高，如温度、湿度等因素都会对传输质量产生影响。
此外，光纤传输系统在安装和维护上也相对复杂一些。
结论：通过本次实验，我们深入了解了光纤音频传输系统的特点和优势。
光纤传输具有传输质量高、传输距离远、抗干扰能力强等特点，适用于对音频传输质量要求较高的场所。
然而，光纤传输系统也存在一些限制，如成本高、环境要求高等。
音频信号光纤传输实验
音频信号光纤传输实验光纤在通讯领域、传感技术及其他信号传输技术中显示了愈来愈广泛的用途，也显示了其愈来愈重要的地位。
随之而来的电光转换和光电转换技术、耦合技术、光传输技术等，都是光纤传输技术及器件构成的重要成分。
对于不同频率的信号传输和传输的频带宽度，上述各种技术有很大的差异，构成的器件也具有不同的特性。
通过实验了解这些特性及其对信息传输的影响，有助于在科研与工程中恰当地使用这一信号传输技术。
一、实验目的1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。
2.了解音频信号光纤传输的结构及选配各主要部件的原则。
二、实验仪器FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪实验主机（包括音频信号发生器、光功率计、LED放射器、SPD接收器等）、多模光纤（装于骨架上），半导体收音机，示波器组成，如图1所示。
图1 音频信号光纤传输实验仪器装置三、实验原理1. 音频信号光纤传输系统的原理图2给出了一个音频信号直接光强调制光纤传输系统的结构原理图整个传输系统由“光信号发送器”、“光信号接受器”和“传输光纤”三部分组成。
其原理主要是：先将待传输的音频信号作为源信号供给“光信号发送器”，从而产生相应的光信号，然后将此光信号经光纤传输后送入“光信号接受器”，最终解调出原来的音频信号。
为了保证系统的传输损耗低，发光器件LED的发光中心波长必须在传输光纤的低损耗窗口之内，使得材料色散较小。
低损耗的波长在850nm，1300nm或1600nm 附近。
本仪器LED发光中心波长为850nm，光信号接受器的光电检测器峰值响应波长也与此接近。
图2 音频信号光纤传输实验系统原理图为了避免或减少波形失真，要求整个传输系统的频带宽度能覆盖被传输信号的频率范围。
由于光纤对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统频带宽度主要决定于发射端的调制信号放大电路和接收端的功放电路的幅频特性。
2. 半导体发光二极管LED 的结构和工作原理光纤通讯系统中对光源器件在发光波长、电光功率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求，所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯的任务，目前在以上各方面都能较好满足要求的光源器件主要有半导体发光二极管（light emitting diode ，缩写LED ）和半导体激光器（Laser Diode ，缩写LD ）。
实验名称音频信号光纤传输技术实验PPT资料优选版
当然这当中会有非线性的影响，但是在大部分数据区域是可行的
功放电路 因此，可以根据毫安表有无变化判断在信号传输过程中调制信号幅度是否过大，也可以判断是否有截止削波失真。
光电二极管的伏安特性及其测定方法
偏置电流Id
BG1 光纤 反向偏压情况下，在很大范围内光电流与偏压和负载电阻几乎无关，故在可视为恒流源。
0.00 3.69 7.00 10.94 14.09 17.56
0.00 3.70 7.02 10.95 14.09 17.59
Part 1 系统组成 取消了反向伏安特性的步骤，只测量SPD的光电曲线
LED偏置电流与无截止畸变最大调制幅度关系的测定
Part 2 LED驱动及调制电路： W1和W2的变化声音音质关系不明显。
因此可以把Po和Uo的关系联系起来。
LED驱动及调制电路
Part 3 光电二极管的伏安特性及其测定方法 YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪
把发送器的调制端接入便携式收录机的音频信号，连接功率放大电路，并接上小音箱，实验整个音频信号光纤传输系统的音响效果。
测定光电二极管的反向伏安特性曲线
Part 4 SPD特性 取消了放大电路幅频曲线的测定
把发送器的调制端接入便携式收录机的音频信号，连接功率放大电路，并接上小音箱，实验整个音频信号光纤传输系统的音响效果。
尝试编排一个适合文科学生的选修实验科目
实验仪器：
YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪 DF1027B低频函数信号发生器 双踪示波器 数字万用表 小型便携式收录机 外接小音箱 信号线﹑导线若干
实验原理：
偏置电流Id 当然这当中会有非线性的影响，但是在大部分数据区域是可行的 加了光功率计设计作为选作步骤 取消了反向伏安特性的步骤，只测量SPD的光电曲线 LED—传输光纤组件电光特性的测定 把发送器的调制端接入便携式收录机的音频信号，连接功率放大电路，并接上小音箱，实验整个音频信号光纤传输系统的音响效果。
音频信号的光纤传输实验报告
音频信号光纤传输实验摘要:实验通过对LED-传输光纤组件的电光特性的测量，得出了在合适的偏置电流下，其具有线性。
验证了硅光电二极管可以把传输光纤出射端输出的信号转变成与之成正比的光电流。
AbstracfThe experimental transmission through the LED-fiber components of theelectro-optical properties Measuring obtained at the right bias current, with its linear. Verification of the silicon photodiode fiber can transmit a radio-signal output into with the current proportional to the light.一.前言:1.实验的历史地位:光纤自20世纪60年代问世以来，其在远距离信息传输方面的应用得到了突飞猛进的发展，以光纤作为信息传输介质的“光纤通信”技术，是世界新技术革命的重要标志，也是未来信息社会各种信息网的主要传输工具。
随着光纤通信技术的发展,一个以微电子技术,激光技术,计算机技术呵现代通信技术为基础的超高速宽带信息网将使远程教育.远程医疗.电子商务.智能居住小区越来越普及.光纤通信以其诸多优点将成为现代通信的主流,未来信息社会的一项基础技术和主要手段.2.实验目的了解音频信号光纤传输系统的结构熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法了解音频信号光纤传输系统的调试技能3.待解决的几个主要问题:声音是一种低频信号，你可能有这样的经历，当你说话的声音较低时，只有你旁边的人可以听见你的声音，要让声音传的远些你必须大声喊。
这说明了低频信号的传播受周围环境的影响很大，传播的范围有限。
为了解决上述的问题，在通信技术中一般是使用一个高频信号作为载波利用被传输的信号（如音频信号）对载波进行调制。
音频信号光纤传输技术实验
音频信号光纤传输技术实验[目的要求]1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。
2.了解音频信号光纤传输的结构及选配各主要部件的原则。
3.学习分析集成运放电路的基本方法。
4.训练音频信号光纤传输系统的测试技术。
[仪器设备]1.YOF—B型音频信号光纤传输技术实验仪。
2.音频信号发生器。
3.示波器。
4.数字万用表。
[实验原理]一．系统的组成图（1）示给出了一个音频信号直接光强调制光纤传输系统的结构原理图, 它主要包括由LED及其调制、驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光电转换、I—V变换及功放电路组成的光信号接收器的三个部分。
图1 音频信号光纤传输实验系统原理图本实验采用中心波长0.85μm附近的GaAs半导体发光二极管（LED）作光源、峰值响应波长为0.8~0.9μm的硅光二极管（SPD）作光电检测元件。
由于光导纤维对光信号具有很宽的频带, 故在音频范围内, 整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。
二．光导纤维的结构及传光原理光纤按其模式性质通常可以分成两大类①单模光纤②多模光纤。
无论单模或多模光纤, 其结构均由纤芯和包层两部分组成。
纤芯的折射率较包层折射率大, 对于单模光纤, 纤芯直径只有5~10μm, 在一定的条件下, 只允许一种电磁场形态的光波在纤芯内传播, 多模光纤的纤芯直径为50μm或62.5μm, 允许多种电磁场形态的光波传播；以上两种光纤的包层直径均为125μm。
按其折射率沿光纤截面的径向分布状况又分成阶跃型和渐变型两种光纤, 对于阶跃型光纤, 在纤芯和包层中折射率均为常数, 但纤芯一包层界面处减到某一值后, 在包层的范围内折射率保持这一值不变, 根据光射线在非均匀介质中的传播理论分析可知: 经光源耦合到渐变型光纤中的某些光射线, 在纤芯内是沿周期性地弯向光纤轴线的曲线传播。
本实验采用阶跃型多模光纤作为信道, 现应用几何光学理论进一步说明这种光纤的传光原理。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
TKGT-1型音信号传输仪器评价报告学院：工业制造学院专业：测控技术与仪器班级：2010级2班报告人：邱兆芳学号：201010114201光纤音频信号传输技术实验1．引言随着Internet网络时代的到来，人们对数据通讯的带宽、速度的要求越来越高，光纤通讯具有频带宽、高速、不受电磁干扰影响等一系列优点，正在得到不断发展和应用。
通过使用THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪做音频信号光纤传输实验，让学生熟悉了解信号光纤传输的基本原理。
同时学生可以了解光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则，初步认识光发送器件LED的电光特性及使用方法，光检测器件光电二极管的光电特性及使用方法，基本的信号调制与解调方法，完成光纤通讯原理基本实验。
光纤即为光导纤维的简称。
光纤通信是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式，由发送电端机将待传送的模拟信号转换成数字信号，再由发送光端机将电信号转换成相应的光信号，并将它送入光纤中传输至接收端。
接收光端机将传来的光信号转换成相应的电信号并进行放大，然后通过接收电端机恢复成原来的模拟信号。
光纤广泛应用于各种工业控制、分布式数据采集等场合，特别适合电力系统自动化、交通控制等部门。
通过本实验的学习，在了解光导纤维的基本结构和光在其中传播规律的基础上，要建立起光导纤维的数值孔径、光纤色散、光纤损耗、集光本领等基本概念。
[实验目的]1．学习音频信号光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则。
2．熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。
3．训练如何在音频光纤传输系统中获得较好信号传输质量。
[实验仪器]THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪，函数信号发生器，双踪示波器。
[实验原理]光纤传输系统如图1所示，一般由三部分组成：光信号发送端；用于传送光信号的光纤；光信号接收端。
光信号发送端的功能是将待传输的电信号经电光转换器件转换为光信号，目前，发送端电光转换器件一般采用发光二极管或半导体激光管。
发光二极管的输出光功率较小，信号调制速率相对低，但价格便宜，其输出光功率与驱动电流在一定范围内基本上呈线性关系，比较适宜于短距离、低速、模拟信号的传输；激光二极管输出功率大，信号调制速率高，但价格较高，适宜于远距离、高速、数字信号的传输。
光纤的功能是将发送端光信号以尽可能小的衰减和失真传送到光信号接收端，目前光纤一般采用在近红外波段0.84μm、1.31μm、1.55μm有良好透过率的多模或单模石英光纤。
光信号接收端的功能是将光信号经光电转换器件还原为相应的电信号，光电转换器件一般采用半导体光电二极管或雪崩光电二极管。
组成光纤传输系统光源的发光波长必须与传输光纤呈现低损耗窗口的波段、光电检测器件的峰值响应波段匹配。
本实验发送端电光转换器件采用中心发光波长为0.84μm的高亮度近红外半导体发光二极管，传输光纤采用多模石英光纤，接收端光电转换器件采用峰值响应波长为0.8～0.9μm的硅光电二极管。
下面对各部分作进一步介绍。
图1 光纤传输系统2．光纤结构与光纤传输的工作原理光纤是传导光波的玻璃纤维（也有塑料光纤），它由纤芯和包层组成，纤芯位于光纤的中心部位，光主要在这一部分里传输。
纤芯外面由包层围绕，纤芯折射率比包层折射率约大1%。
对于不同的应用，有许多不同类型的光纤。
根据纤芯折射率的分布，具有代表性的光纤是阶跃折射率型和渐变折射率型两种。
目前用于光通讯的光纤一般采用石英光纤，它是在折射率n 2较大的纤芯外表，覆上一层折射率n 1较小的包层，光在纤芯与包层的界面上发生全发射而被限制在纤芯内传播，如图2所示，光纤实际上是一种介质波导，光被闭锁在光纤内，只能沿光纤传输，光纤的芯径一般从几微米至几百微米，按照传输光模式可分为多模光纤和单模光纤，按照光纤折射率分布方式不同可以分为阶跃折射率型和渐变折射率型光纤。
图2 光纤传输的工作原理阶跃折射率型光纤包含两种圆对称的同轴介质，两者都质地均匀，但折射率不同，外层折射率低于内层折射率。
阶跃折射率型光纤纤芯与包层间折射率的变化是阶梯状的，如图40-2所示。
光线的传输是在纤芯与包层的界面上产生全反射，呈锯齿形前进。
渐变折射率型光纤是一种折射率沿光纤横截面渐变的光纤，这样改变折射率的目的是使各种模传播的群速相近，从而减小模色散增加通讯带宽。
渐变折射率型光纤纤芯的折射率从中心轴线开始沿径向逐渐减小。
偏离中心轴线的光线沿曲线蛇行前进。
上述两种光纤纤芯直径为50～100µm ，称为多模光纤。
图2为单模光纤，其纤芯直径为3～10µm 。
多模折射率阶跃型光纤由于各模传输的群速度不同而产生模间色散，传输的带宽受到限制。
多模折射率渐变型光纤由于其折射率特殊分布使各模传输的群速度一样而增加信号传输的带宽。
单模光纤是只传输单种光模式的光纤，单模光纤可传输信号带宽最高，目前长距离光通讯大都采用单模光纤。
光纤是玻璃细丝，性脆、易断，为提高其抗拉强度，保护表面和使用方便，在包层表面又涂履一层硅酮树脂一类的材料，称涂履层。
石英光纤的主要技术指标有衰减特性，数值孔径和色散等。
（1）数值孔径：数值孔径描述光纤与光源、探测器和其他光学器件耦合时的特性，它的大小反映光纤收集光的能力。
数值孔径是光纤传光性质的结构参数之一，是表示光学纤维n 0集光能力的一个参量。
如图2所示，光线1以θ角入射在光纤端面上，光线经折射后进入光纤，以角Ф入射到纤芯和包层间的光滑界面上。
只要我们选择适当的入射角θ，总可以使角Ф大于临界角Фm ，使光线1在界面上发生全反射。
全反射光线1又以同样的角度Ф在对面界面上发生第二次全反射。
如果光导纤维是均匀的圆柱体，入射光线经无数次全反射后从另一端以和入射角θ相同的角度射出。
在光纤端面上，当光线入射角小于一定值θa 时，折射光线在纤芯和包层界面上的入射角Ф才会大于临界角Фm ，光线才能在光纤内多次全反射而传递到另一端。
在光纤端面上，入射角θ′>θa 的那些光线，折射后在界面上的入射角小于临界角Фm ，光线将射出界面，如图40-2中光线2。
这个入射角θa 称为光学纤维的孔径角，它的数值由光学纤维的数值孔径决定。
光纤的数值孔径N 定义为N=n 0sin θa =2122n n - （1）式中n 0是入射光线所在介质的折射率，n 2和n 1分别为光纤的纤芯和包层的折射率。
由式（40-1）可见，纤芯和包层的折射率相差越大，θa 越大，光纤的数值孔径就越大，它的值一般在0.1～0.6之间，对应的θa 在9°～33°。
数值孔径是表示光纤集光能力的一个参量，它越大就表示光线接受的光通量越多。
如图2所示，在立体角2θmax 范围内入射到光纤端面的光线1在光纤内部界面产生全反射而得以传输，在2θmax 范围外入射到光纤端面的光线2则在光纤内部界面不产生全反射而是透射到包层而马上被衰减掉。
多模光纤具有较大的数值孔径，单模光纤的数值孔径相对较小，所以一般单模光纤需用LED 半导体激光器作为其光源。
（2）光纤的损耗：光纤的传输损耗是光纤传输特性的一个重要指标，它直接影响着光纤的传输效率。
对于通信应用中的光纤，低的损耗特别重要。
对于传感用光纤，效率问题也十分重要，因为有时它会影响测量的灵敏度。
实现光通信的首要问题是如何降低光传输的损耗，光纤的损耗从最初的几千分贝每公里降到20dB/km （1970年），以后又逐渐减低到0.47dB/km （1976年），以至0.2 dB/km ，这样，使光纤通讯在20世纪70年代初即成为现实。
当光从光纤的一端射入而从另一端射出时，光强将减弱，这意味着光在光纤中传播时产生了损耗，光纤在传输中的损耗大小由下式计算：a=(10/L)lg(P i /P 0) （2）式中a 为光纤的衰减系数，单位为dB/km ，P i 、P 0分别为光纤的输入和输出光功率，L 为光纤长度，以km 为单位。
光纤中引起光能量衰减（损耗）的原因有吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。
(1) 吸收损耗吸收损耗与组成光纤材料的电子受激跃迁和分子共振有关。
当电子与光子相互作用时，电子会吸收能量而被激发到较高能级。
分子的共振吸收与原子构成分子时共价键的特性有关。
当光子的频率与分子的振动频率接近或相等时发生共振，并大量吸收光能量。
以上吸收损耗是材料本身所固有的，就是在不含任何杂质的材料中也存在上述现象，所以又被称为本征吸收。
(2) 散射损耗玻璃中的散射损耗是由于材料密度的微观变化、成分起伏以及在制造光纤过程中遇到不均匀或不连续的情况时，一部分光就会散射到各个方向，而不能传输到终点，从而造成散射损耗。
材料在形成的过程中由于内部密度的不均匀致使材料中出现折射率的差异，从而引起光的散射效应，造成光能的损失。
这种不均匀微粒（不均匀程度远小于光波长）对光的散射现象通常称为瑞利散射。
由瑞利散射造成的损耗与λ-4成正比，它随着光波长的增加而急剧减小。
在小于1μm的波长范围内，瑞利散射是光纤中主要的损耗因素。
(3)辐射损耗当光纤有一定曲率半径的弯曲时，就会产生辐射损耗。
光纤可能受到两种类型的弯曲：弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲，例如当光缆拐弯时就会发生这样的弯曲；微弯曲，当把光纤组合成光缆时可能使光纤的轴线产生随机性的微弯曲。
当曲率半径很大时（轻度弯曲），辐射损耗较小一般可不予考虑，当曲率半径变小时损耗呈指数增长。
光纤的损耗是各种因素影响的总结果，它可以简单地归结为固有损耗和非固有损耗两类。
固有损耗包括由光纤材料的性质和微观结构引起的吸收损耗和散射损耗。
它们是光纤中都存在的损耗因素，从原理上讲是不可克服的，因而它们决定了光纤损耗的极限值。
非固有损耗是指杂质吸收、结构不完善引起的散射和弯曲辐射损耗等。
非固有损耗可以通过光纤制造技术的完善，得以消除或减小，它们对总损耗的影响已不是主要问题。
光纤的损耗主要有由于材料吸收引起的吸收损耗，纤芯折射率不均匀引起的散射（瑞利散射）损耗，纤芯和包层之间界面不规则引起的散射损耗（称为界面损耗），光纤弯曲造成的损耗，纤维间对接（永久性的拼接和用连接器连接）的损耗，以及输入与输出端的耦合损耗。
在0.8～0.9μm波段内损耗约2dB/km，属于低损耗区，这是目前光通信仅用的短波长“窗口”。
在1.3μm，0.5dB/km；在1.55μm、0.2dB/km是最低损耗，这是近期光通信希望获得的长波长“窗口”。
石英光纤在近红外波段0.84μm、1.31μm、1.55μm有较好透过率。
因此传输系统光源的发射光波长必须与其吻合，目前长距离光通讯系统多采用1.31μm或1.55μm 单模光纤。
（目前，单模光纤传输损耗在1.31μm和1.55μm分别为0.35dB/km和0.2dB/km）。
（3）光纤的色散直接影响可传输信号的带宽，色散主要由三部分组成：折射率色散；模色散；结构色散。