光纤论文

《光纤通信基础》课程论文光纤通信基础论文

院（系）名称：测绘学院

专业名称：测绘工程

学生姓名：何杨

指导教师：耿学贤

二○一六年十一月

光纤通信基础论文

摘要：就光纤光缆的技术原理、结构以及工艺和设备作了介绍，并且介绍了测绘方面和光纤通讯技术之间的联系。

关键词：光纤，原理，应用，测量

1、光纤光缆的原理

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、图像、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，送到接收端的电端汲去。

（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近行政性。

（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。

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。

2、光纤光缆的结构

光缆一般由缆芯、加强元件和护层三部分组成。

（1）缆芯：由单根或多根光纤芯线组成，有紧套和松套两种结构。紧套光纤有二层和三层结构。

（2）加强元件：用于增强光缆敷设时可承受的负荷。一般是金属丝或非金属纤维。

（3）护层：具有阻燃、防潮、耐压、耐腐蚀等特性，主要是对已成缆的光纤芯线进行保护。根据敷设条件可由铝带/聚乙烯综合纵包带粘界外护层（LAP），钢带（或钢丝）铠装和聚乙烯护层等组成。

3、光纤光缆的工艺和设备

（1）光纤的制作工艺

（2）缆芯制造工艺

（3）护套挤制工艺

3、光纤在测绘方面的应用

光纤测量技术是指：利用光纤的性能特点对外界物理进行探测的技术。说到光纤测量技术就不得不提时下主流的光纤位移传感器。

光纤位移传感器：光纤位移传感器的测长原理是把目标反射面与被测对象固联，参考反射面固定不动。当目标反射面随被测对象移动时，两路光束的光程差即发生变化，干涉条纹也将发生明暗交替变化。测量范围100 μ m，标准分辨力0.05 μ m，精度最高0.1 μ m。根据光纤在使用过程中用途的不

同可以将光纤位移传感器分为：传光型和传感型两大类。

传光型光纤位移传感器：检测器件时，需将探头端紧贴被测件，发射端的光不能反射到接收端去，接收端检测不到光信号；而当探头端慢慢远离被测件时，被测件表面被发射端光信号照亮的面积增大，相应的发射光锥和接收光锥重合的面积也越来越大。在传光型光纤位移传感器的使用过程中，光纤仅仅起到传输光的作用；而传感型光纤传感器的原理则比传光型光纤传感器要复杂得多。其应用最多的是相位调制型光纤传感器或者干涉型光纤传感器。

①相位调制型光纤传感器

利用外界因素引起的光纤中光波相位变化来探测各种物理量的传感器，称为相位调制传感型光纤传感器。干渉型光纤传感器利用光纤作为相位调制元件构成干涉主要通过被测场（参量）与光纤的相互作用，引起光纤中传输光的相位变化（主要是光纤的应变所引起的光程变化）。

这类光纤传感器的主要特点如下：

1.灵敏度高

光学干涉法是已知最灵敏的探测技术之一。在光纤干涉仪中，由于使用了数米甚至数百米以上的光纤，使它比普通的光学千涉仪更加灵敏。

2.灵活多样

由于这种传感器的敏感部分由光纤本身构成，因此其探头的几何形状可按使用要求而设计成不同形式。

3.对象广泛

不论何种物理量，只要对干涉仪中的光程产生影响，就可用于传感。目前利用各种类型的光纤干涉仪已研究成测量压力（包括水声）、温度、加速度、电流、磁场、液体成分等多种物理量的光纤传感器。而且同一种干涉仪，常常可以同时对多种物理量进行传感。

②干涉型光纤传感器

A、Michelson干涉型光纤传感器

它是由激光器、耦合器、2根单模光纤（一根作为参考臂，另一根作为测量臂）、2个反射镜（一个与参考臂相连，另一个与测量臂相连）、光电探测器和信号处理系统组成。激光器发出的激光经耦合

器被分为强度相同的两束后，分别进入参考臂和测量臂。

2根单模光纤中的光束经反射镜反射后，重新回到光纤中。当参考臂和测量臂之间的光程差是光源半波长的整数倍时，产生相位增或相位减的干涉条纹。测量臂在被测对象的信号（例如“温度”）的作用下，其传输的光波相位会发生变化，导致参考臂和测量臂所形成的干涉条纹发生光强变化。通过检测光强的强弱变化，获得被测对象的信号量信息。

B、Mach-Zehnder干涉型光纤传感器

它由激光器、扩束器、2个显微物镜、2根单模光纤（一根作为参考臂，另一根作为测量臂）、光电探测器和信号处理系统组成。激光器发出的激光经过扩束器扩束后，再经分束器分别送入两根长度相同的单模光纤。将两根光纤的输出端合在一起，两束激光将产生干涉，形成明暗相间的一组条纹后，由光电探测器接收。在测量过程中将参考臂置于恒温器中，参考臂的光程会保持不变，而测量臂在被测对象的信号（例如“温度”）的作用下，其传输的光波相位发生变化，使两条光纤中传输光的相位差发生变化，导致干涉条纹发生移动。通过对干涉条纹的判向和计数，获得被测对象的信号量信息。

C、Sagnac干涉型光纤传感器

它由激光器、分束器、多个反射镜、多根单模光纤、光电探测器和信号处理系统组成。根据探测部分形状，反射镜和单模光纤的数量有所不同。例如：探测部分的形状为矩形时，由3个反射镜和4根单模光纤，与分束器一起组成矩形。激光器发出的激光经过分束器分为反射和透射两部分，两束激光由反射镜的反射形成传播方向相反的闭合回路。两束激光经各反射镜反射后，在分束器上会合产生干涉，并送入光电探测器。在被测对象的信号（例如“温度”）的作用下，光波相位会发生变化，导致反射光束和透射光束所形成的干涉条纹光强变化。通过检测光强的强弱变化，获得被测对象的信号量信息。

D、Fabry-Perot干涉型光纤传感器

它是由激光器、起偏器、显微物镜、压电变换器、1根单模光纤、光电探测器和信号处理系统组成。激光器发出的激光经显微物镜进入单模光纤，光纤两端构成多光束干涉腔。将单模光纤的一部分

绕在加有50 Hz正弦电压的压电变换器上，使激光受到调制。在被测对象的信号（例如“温度”）的作用下，光波相位会发生变化。通过检测激光的相位变化，获得被测对象的信号量信息。