能量传输光纤及其耦合器的发展
无线能量传输技术
195技术应用·无线能量传输技术黄霞丽（湖北工业大学 电气与电子工程学院，湖北 武汉 430074）摘 要：无线能量传输技术是随着对无接触供电的需求不断增加而逐渐发展起来的新技术。
该技术不依赖于有线的传输媒介，对于有线供电部署困难的场景尤其是人体内部医用装置的供电具有重要的意义。
本文重点介绍无线能量传输技术的发展及当前主要的研究热点和研究方向。
同时针对无线能量传输技术存在的问题和应用前景进行了介绍。
关键词：无线能量传输；无线供电；电磁耦合1 无线能量传输技术的发展无线能量传输技术是指通过非接触的方式传输的能量的一种技术。
自1831年法拉第发现电磁感应现象以来，电能主要是靠导线来传输，电气设备主要通过插头和插座等电连接器的接触来获得电能，这种传输方式会产生摩擦、磨损和裸露导体等现象，很容易产生接触火花，从而影响供电的安全性和稳定性[1-4]。
1888年，赫兹通过实验证明了电磁波可以在自由空间产生，并能在接收端被检测到，这是最早的无线能量传输实验。
到十九世纪末，物理学家尼古拉正式提出无线能量传输的构想[5-6]。
由于早期无线能量传输的效率很低且没有市场需求，因此人们对这一研究缺乏热情。
直到二十世纪六十年代，随着医学的发展，对人工心脏等心脏辅助装置的无线供电的需求促使人们开始研究无线供电技术在医学上的应用。
随后，到了九十年代，人们对这一技术研究的兴趣越来越浓厚，并开始对其进行深入的研究，从而满足各行各业对无线供电技术的需求。
2 国内外研究现状新西兰奥克兰大学电子与电气学研究中心的Boys教授领导的研究团队从上世纪90年代开始对无线能量传输技术进行了系统的研究，并在有轨车辆、电动汽车等领域取得了突破性成果。
美国通用汽车公司提出了在电动汽车上应用无线充电技术的设想，于1996年12月首次推出了利用无线能量传输技术充电的电动车概念车EV1.其子公司Delco Electronics研制的Magne-charge是最先商业化的电动汽车非接触电能传输系统之一，专门用于EV1型电动汽车充电。
光纤发展历程
光纤发展历程随着科技的不断进步和人们对信息传输速度的不断追求，光纤作为一种高速、大容量、低损耗的传输介质，逐渐成为信息通信领域的主要选择。
下面将从光纤的发展历程出发，详细介绍光纤的发展过程。
1. 光纤的起源光纤的起源可以追溯到19世纪，但真正的光纤通信技术始于20世纪60年代。
当时，发明家Narinder Singh Kapany首次提出了光纤的概念，并成功实现了光信号的传输。
这标志着光纤通信技术的诞生。
2. 单模光纤的诞生1966年，著名物理学家Charles Kao在英国提出了用玻璃制成光纤的概念，并预言了光纤的潜力。
他的研究表明，纯净的玻璃可以用于传输光信号，并且光的损耗可以得到有效控制。
这一发现奠定了光纤通信技术的基础。
3. 多模光纤的发展1969年，美国贝尔实验室的Robert Maurer、Donald Keck和Peter Schultz成功制备出了第一根多模光纤。
多模光纤的核心直径较大，可以容纳多个光信号同时传输，因此具有较大的带宽。
这一突破使得光纤通信技术得以实际应用，开启了光纤通信的时代。
4. 单模光纤的进一步发展随着对通信速度和传输距离要求的不断提高，单模光纤逐渐取代了多模光纤成为主流。
单模光纤的核心直径较小，只能容纳单个光信号传输，因此具有更低的色散和损耗，可以实现更高的传输速率和更远的传输距离。
5. 光纤通信的商业化应用20世纪70年代末，光纤通信技术开始商业化应用。
1977年，美国贝尔实验室率先建立了光纤通信网络，用于电话和数据传输。
之后，光纤通信技术迅速发展，应用于全球范围内的长途电话传输、互联网和有线电视等领域。
6. 光纤通信的进一步发展随着科技的不断进步，光纤通信技术也在不断创新和发展。
1988年，美国科学家发明了光纤放大器，增强了光信号的传输能力。
1992年，全光网络技术实现了全光通信的梦想，使光纤通信的传输速率达到了Gb/s级别。
7. 光纤通信的现状和未来光纤通信已经成为主流的通信技术，被广泛应用于全球范围内的通信网络。
光纤技术的发展史
光纤技术的发展史光纤技术的发展史一、光纤技术的诞生光纤技术源于20世纪60年代，当时，随着人们对通信技术的需求不断增加，传统的通信介质——铜电缆在传输信号上逐渐暴露了其极限。
作为通信领域的新生代，光纤技术的诞生迅速吸引了全球闻名的贝尔实验室的研究人员的关注。
二、光纤技术的早期研究光纤技术的早期研究充满了试错过程，1970年，贝尔实验室的研究人员发明了第一根光纤，它利用了一种名为“总反射”的原理将高速光信号在玻璃管中传输。
但这根光纤是不稳定的，而且成本高昂。
为了改善这种情况，研究人员不断进行了各种试验，包括利用更低的成本材料和改变光纤的设计。
三、成功的商业化实现1980年代初，光纤技术的成熟商业化实现迎来了重要突破。
全球首家光纤系统商Fujitsu成立，推出具有重要技术革新的单模光纤，并在青岛、东京等地建立起光纤生产基地，成为世界光纤生产商的旗帜。
1984年，美国纽约证券交易所上市的Corning公司投资了大量研发资金，推出了寿命持续750年的高品质光纤，使光纤技术的安全稳定性能得到了长足的发展。
四、光纤技术的进一步完善从20世纪80年代末至今，光纤技术的发展取得了巨大的进步。
早期的光纤只能传输单一频率的光信号，现在的光纤技术已经发展出了广域光传输、长距离光传输、分列式WDM系统等先进的应用模式，无疑极大地推动了光纤技术的进一步应用和完善。
五、光纤技术的应用现代的光纤技术应用非常广泛，几乎涵盖了所有领域。
光纤通信是光纤技术最为广泛应用的领域之一，他能提供更宽带，更高速度的信号传输，实现更稳定、更安全的数据传递。
此外，光纤技术的应用还延伸到医疗设备、工业制造和军事领域，例如，激光手术系统中的光纤、飞机上使用的光纤传感器。
光纤技术的发展史就是不断地探索、试错、创新与发展的历史，正是这种精神推动着光纤技术不断前行。
无疑，光纤技术在数字化时代对现代社会的发展作出了巨大贡献，我们有理由相信，光纤技术的应用在不久的未来还会更加广泛深入。
光纤发展史
光纤发展史概述光纤是一种使用光信号传输数据的传输媒介，它的发展史可以追溯到更早的通信和光学技术的发展。
本文将从光纤的起源开始，逐步讲述光纤的发展过程以及对现代通信的重要性。
起源光的传播性质的研究早在公元前300年左右，欧几里得就开始研究光的传播性质。
他发现光在空气和水中传播时会发生折射现象，这为后来光纤的发展奠定了基础。
历史进程光导纤维的发明1960年，美国物理学家泰勒和哈奇等人成功制造出第一根能够传输光信号的光导纤维，这是光纤史上的重要里程碑。
它采用了两层玻璃材料构成，且通过光的全反射原理进行光信号的传输。
单模光纤的出现20世纪70年代，德国科学家基尔霍芬成功制造出了第一根单模光纤。
相比于多模光纤，单模光纤能够传输更多的光信号，大大提高了通信质量和传输距离。
光纤传输技术的革新20世纪80年代，随着半导体激光器和光电二极管的发展，光纤传输技术取得了革命性的进步。
激光器的应用使得光信号能够更远距离地传输，并且在传输过程中几乎不会衰减。
光纤通信的普及随着技术的进步和成本的降低，20世纪90年代，光纤通信开始在全球范围内普及。
光纤通信的优势主要体现在传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等方面，极大地推动了信息技术的发展。
光纤的应用领域通信领域光纤是现代通信领域的重要基础设施之一。
它广泛应用于电话通信、互联网接入、有线电视等领域，为人们提供高速、稳定的通信服务。
医疗领域光纤在医疗领域的应用越来越广泛。
例如，在内窥镜检查中，光纤能够传输光信号，使得医生能够清晰地观察病变部位。
工业领域光纤在工业领域中的应用主要包括激光切割、光纤传感等。
它可以提高生产效率，降低成本，并且具备高精度和高可靠性的特点。
光纤的未来发展光纤通信技术的进一步革新随着科技的不断进步，光纤通信技术还有很大的进步空间。
例如，光纤光学放大器、光纤激光器等新技术的应用将进一步提高光信号的传输性能。
光纤在新兴领域的应用光纤也开始应用于新兴领域，如光纤传感技术、光纤电力传输等。
光纤发展历程
光纤发展历程光纤是一种用于传输光信号的纤维状材料，它由一种或多种玻璃或塑料组成。
光纤作为一种重要的信息传输媒介，已经在通信、医疗、军事等领域得到广泛应用。
它的发展历程可以追溯到20世纪60年代，经历了多个阶段的演进和技术突破。
20世纪60年代，光纤的概念首次被提出。
当时，人们开始探索将光信号传输到长距离的可能性。
1966年，美国物理学家Charles Kao首次提出了用玻璃纤维传输光信号的理论，并预测了光纤在通信领域的潜力。
这一理论奠定了后来光纤通信技术的基础。
70年代，光纤的实际应用开始出现。
1970年，美国斯内尔研究所的工程师们成功地制造出了一根直径为80微米的光纤，实现了光信号的传输。
随后的几年里，光纤的质量得到了极大的提升，光纤的损耗也逐渐降低。
1977年，美国贝尔实验室的科学家们成功地将光纤应用于电话通信，完成了世界上第一次商业化的光纤通信试验。
80年代，光纤通信技术开始得到广泛应用。
随着光纤技术的成熟和光纤的商业化生产，光纤通信逐渐取代了传统的铜线通信。
光纤通信的优势在于它可以传输更大带宽的信号，并且信号的传输距离更远。
这使得光纤通信成为了信息传输领域的主流技术。
90年代，光纤通信技术得到了进一步的突破。
1996年，美国贝尔实验室的科学家们成功地实现了光纤的全光网络，使得光纤通信的速度和容量得到了大幅提升。
这一突破开启了光纤通信技术的新时代，为信息时代的到来奠定了基础。
21世纪以来，光纤通信技术继续发展。
随着互联网的普及和数据传输量的不断增长，人们对光纤通信的需求也越来越大。
为了满足这一需求，科学家们不断研发新的光纤材料和技术，以提高光纤通信的速度和稳定性。
目前，光纤通信已经成为了全球信息传输的主要方式，各国都在积极推动光纤网络的建设。
总结起来，光纤的发展历程经历了从理论到实践的过程，从最初的概念提出到商业化应用，再到全光网络的实现，光纤通信技术不断突破和创新，为人们的生活带来了巨大的改变。
光纤耦合技术
光纤耦合技术光纤耦合技术是一种将光信号从一个光纤传输到另一个光纤的技术。
它在光通信、光传感和光计算等领域具有重要应用。
本文将从光纤耦合技术的基本原理、应用领域以及发展趋势等方面进行阐述。
一、光纤耦合技术的基本原理光纤耦合技术是通过光纤耦合器实现的。
光纤耦合器通常由两个光纤端面靠近并精确对准，通过光的反射、折射和干涉等现象，将光信号从一个光纤传输到另一个光纤。
光纤耦合器的性能主要取决于两个方面：插损和耦合损耗。
插损是指光信号在光纤耦合器中的传输过程中损失的光功率，耦合损耗是指光信号从一个光纤传输到另一个光纤的损失。
1. 光通信：光纤耦合技术是实现光纤通信的关键技术之一。
在光纤通信系统中，光纤耦合器用于将光信号从光发射器传输到光接收器，起到连接和传输光信号的作用。
光纤耦合技术能够提高光信号的传输效率和传输距离，提高光纤通信系统的性能。
2. 光传感：光纤耦合技术在光传感领域有着广泛的应用。
光纤传感器通过测量光信号的变化来检测温度、压力、形变等物理量。
光纤耦合技术可以将光信号从光纤传输到传感器中，实现对传感器的激发和信号的采集，提高传感器的灵敏度和精度。
3. 光计算：光纤耦合技术在光计算领域也有着广泛的应用。
光计算是利用光学器件来实现计算操作的一种新型计算方式。
光纤耦合技术可以实现光信号在光学器件之间的传输和耦合，实现光计算系统的连接和传输。
三、光纤耦合技术的发展趋势1. 小型化：随着科技的进步，光纤耦合器正朝着更小、更紧凑的方向发展。
采用微纳加工技术，可以实现光纤耦合器的微型化和集成化，使其在集成光学芯片中得到应用。
2. 高性能：光纤耦合技术的插损和耦合损耗对系统性能有着重要影响。
未来的发展趋势是提高光纤耦合器的插损和耦合损耗性能，降低光信号传输的损失，提高系统的传输效率和稳定性。
3. 多功能：光纤耦合器不仅能够实现光信号的传输和连接，还可以实现光信号的分配、复用和调控等功能。
未来的发展趋势是实现光纤耦合器的多功能化，提高其在光通信、光传感和光计算等领域的应用价值。
中国光纤通信的发展历程
中国光纤通信的发展历程光纤通信作为现代通信技术的重要组成部分，已经在中国取得了长足的发展。
下面将从三个阶段来介绍中国光纤通信的发展历程。
一、起步阶段（1970年代-1980年代）中国光纤通信的起步可以追溯到上世纪70年代。
当时，由于国际形势复杂，中国面临着对外通信受限的困境。
为了摆脱这一局面，中国开始研究光纤通信技术，并在1974年成功研制出了最早的光纤传输系统。
这标志着中国光纤通信技术的起步阶段。
在1980年代，中国光纤通信技术得到了进一步发展。
1987年，中国成功研制出国产化光纤预制棒，实现了光纤通信技术的本土化。
同时，中国也开始建设光纤通信网络，实现了国内光纤通信的初步覆盖。
这一阶段的发展为后续的高速、大容量光纤通信网络的建设打下了坚实的基础。
二、快速发展阶段（1990年代-2000年代）进入1990年代，中国光纤通信迎来了快速发展的时期。
1992年，中国光纤通信网络迎来了第一次大规模建设的高潮，国内第一条全光纤通信干线投入使用。
这标志着中国光纤通信网络开始进入大规模商用阶段。
在2000年代，中国光纤通信网络得到了进一步的完善和扩展。
2001年，中国首次实现了全国光纤通信网络的覆盖，全面推进了信息高速公路建设。
光纤通信技术在中国的应用越来越广泛，不仅在城市中得到普及，而且逐渐延伸至农村地区。
中国光纤通信网络的建设为信息化社会的发展提供了坚实的基础。
三、创新发展阶段（2010年代至今）进入21世纪，中国光纤通信进入了创新发展的阶段。
2013年，中国成功研制出世界上第一根光纤光子晶体光缆，实现了光纤通信技术的重大突破。
光子晶体光缆具有更高的传输速率和更大的传输容量，为中国光纤通信技术的发展带来了新的机遇。
在2010年代，中国光纤通信技术得到了广泛应用和推广。
光纤通信网络不仅在城市中得到普及，而且逐渐延伸至乡村和偏远地区。
同时，中国积极推动光纤通信技术与其他领域的融合，如物联网、云计算等，进一步拓展了光纤通信技术的应用领域。
光纤通信的发展历程
光纤通信的发展历程光纤通信是指利用光纤作为传输媒介来传送信息的通信方式。
它相比传统的电信传输方式具有更高的传输速度、更大的传输容量和更低的传输损耗，因而在信息时代得以广泛应用。
下面将对光纤通信的发展历程进行简要概述。
20世纪60年代至70年代初，光纤通信技术还处于研究和实验阶段。
1966年，美国的高尔（Charles Kao）和哈罗歇（George Hockham）首次提出了用光纤作为信息传输媒介的概念，并对光纤的传输特性进行了分析。
然而，当时光纤的损耗率非常高，传输距离有限，无法实现实际应用。
70年代末至80年代，光纤通信技术取得了突破性进展。
1970年，美国的万怀远发明了用波导方法包裹光纤的技术，使得光纤的传输损耗率大幅降低。
此外，研究人员还采用了掺杂混合氧化物使光纤内部的损耗降低，同时也使传输带宽提高。
这些技术突破将光纤通信从实验室推向了实际应用阶段。
80年代，随着单模光纤的发展，光纤通信的有效传输距离显著增加，同时大容量传输也成为可能。
此时，光纤通信开始逐渐取代传统的电信传输方式。
1988年，美国波士顿与英国伦敦之间建成了第一条跨洋光缆，使得全球范围内的光纤通信成为现实。
90年代，光纤通信进一步发展。
1992年，美国贝尔实验室研制成功了DWDM（密集波分复用）技术，使得在一根光纤上能够同时传输多个不同的光信号，实现了更大的传输容量。
随着互联网的普及，光纤通信迅速成为信息交流的重要基础设施。
21世纪以来，随着科技的进步，光纤通信技术不断发展。
光纤通信的传输速度进一步提高，传输容量也不断增大。
2009年，日本NTT成功实现了每秒度量级的10万公里传输速度，创造了世界纪录。
现如今，光纤通信已成为人们生活中不可或缺的一部分，广泛应用于电话、电视和互联网等各个领域。
在未来，光纤通信技术的发展前景依然广阔。
如今的研究重点主要包括提高光纤传输速率、减小传输损耗、降低光纤制造成本等方面。
同时，光纤通信技术也在无线通信领域得到了广泛应用，如光纤无线通信、光纤毫米波通信等，为人们提供了更快、更稳定的通信服务。
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２０１０．
作者简介：
申予卿（１９８５一）．女。甘肃兰州人，国防科学技术人学光电学院硕士二年级学生，主要研究方向为特种光 纤设计及其描合器制作。
１．引言
现代工业技术的发展和国防军事技术的进步对高功率光传输和应用的需求越来越广泛。 在工业领域，高功率激光广泛应用于电子、汽车工业、仪器仪表等多个行业，大功率激光的 传输和利用足高效完成激光打标、激光精细切割、激光焊接等先进工艺的前提：在军事领域， 高能激光‘．Ａ处于各国国防关键技术研发的前沿。高功率光传输和控制是研发激光惯性约束 核聚变装置、战术（略）激光武器等系统的瓶颈技术。
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２．高功率传能光纤
在诸多的高功率光传输和利用技术方案中，高功率光纤激光的产生、传输和利用系统以 其散热特性良好、结构紧凑、效率高、构建灵活、光束质量好等众多的优点碰得到越来越，“ 泛的重视。目前，单根光纤传输的光功率密度已达’ＧＷ／ｃｍ２量级…，然而随着光纤中传输光 功率的不断提高，在有限尺寸的高功率光纤激光系统中会出现不ｊ叮避免的问题：一是光纤中 的ｊ作线性效应；■是高能量密度引起的光纤和光纤元器件的热损伤。解决这两个问题的核心 均在丁能否在不降低光功率的前提下降低光纤中的能量密度。 在诸多的解决方案中，采用增人光纤模场面积的方法是降低光传输能量密度的有效途 径。近年来，与人模场面积光纤设计相关的研究不断发展。传统设计大模场光纤的方法土要 采用减小数值孔径和设计光纤折射率分布等方法实现，最近几年又发展了折射率导引等方法 来扩人光纤中基模的模场面积１２＿１。目前，高功率传输光纤已有市场化成品，如美国３Ｍ公司
『４１中国军用电子元器件手册．国防工业出版社，２００８年
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４．高功率传能光纤耦合器的技术现状
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学术会议论文集，２００７：７５－７９．
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３．高功率传能光纤耦合器
在普通光纤传输、通信和传感系统中，光纤耦合器是最基本、不可或缺的光纤元器件， 正是由于光纤鹅合器能够稳定、自如地实现光的分束、耦合，复杂的光纤通信和传感嘲络才 能得以实现。 对于高功率光纤激光的产生、传输和利用系统而言，高功率光纤耦合器同样也是核心支 撑器件之・，它既可作为ｉ皆振腔的输出端口用于将谐振腔内部分能最输出，同时将大部分能 最保留在喈振腔内形成稳定的激光振荡，义可作为高功率光纤传输网络中实现分束与合束的 必需器件。当光纤耦合器中的光功率不断增加时，除光纤自身会受到高功率的非线性效应和 热效应影响外，光纤耦合器的耦合区更容易受剑高功率热效应的影响，因而研究。。种能用于 通信市场・２０１１年７－８月
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第４４页
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【Ｉ】用朴，光纤激兜抖Ｉ下台成技术研究【Ｄ】．围防科技大学博Ｉ学位论立，２００９年１２片 ［２】王伟能』＃铁犁，谭晓玲，姚建锋，增益导引■ｌ折射率导引柞太模场单模光纤议计中的应川口】中 国激光２００８ ３５０）Ａ２６－＇４２９ 【３】陆丹．葛廷武，伍剑，徐坤，林金桐Ｄ形双包层＾｛夔场光纤撤光偏振特性研究【Ｊ】撒光技 术，２００９ ３３（５）５０９—５１１
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作－其存１０５０－１１００册波段连续激光域大可承受功率姬｛ＪｌＯＯＷ“。
目８
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５．结论
塔管光纤耦龠器的理论分析和实验研究已彝取得了报大成就，已设计并研制出多种ｊｔ纤 耦台器，日其巾 部分已商品化，世研究和丹发的乖点却主要集中于常规对称型光纤耦合器．
由十常规光纤的结构变化少．｝Ｆ能单．设计的耦合器小能完全满足实际需要。存已经开艇的 研究中，所涉及到的光｝ｆ耦合器能够承受的龆大功率为１５０Ｗ（＠９８０ｈｍ，多模）．而在其余波
段，研究突破较少。由于Ｒ前专门针对旆功牢能撬体输光纤耦合器的研究非常少．针对传能 九纤及其耦台器在高功牢系统中的性能分析和破坏机理等问题均束见报道。 结合离功牢光纤撒此产生、传输和利刖嵩求可知：在来来的全光能帚传输系统中， 方