光电检测论文.doc

从光纤的发明看科学家的执着——对光电检测技术与仪器的认识摘要: 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。前香港中文大学校长高锟和 e A. Hockham 首先提出光纤可以用于通讯传输的设想,高锟因此获得 2009 年诺贝尔物理学奖。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。关键字: 光纤,光纤通信,光纤发明,应用引言在平时的生活经历中, 我们总不免用到见到各种光电器件, 不管是看似简单还是负责的光学器件都默默的影响着我们的生活甚至时代的发展。这学期我有幸选到了《光电检测技术》这门课, 系统地学习了现代化智能化的光电检测技术以及配套发展的光电检测器件, 让我对光电检测和各种光学仪器有了一个系统和相对深入的了解。在当今的世界, 光纤已经成为了有线数据通讯的一个主流, 而我还依稀记得 2009 年“光纤之父”高锟因为光纤的发明而获得的诺贝尔奖。在学习了这门课后, 我就以光纤来谈谈现代光电器件以及我对科学研究的认知。 1 、光纤的发明 1966 年,高锟发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文,开创性地提出光导纤维在通信上应用的基本原理, 描述了长程及高信息量光通信所需绝缘性纤维的结构和材料特性。简单地说,只要解决好玻璃纯度和成分等问题,就能够利用玻璃制作光学纤维,从而高效传输信息。这一设想提出之后, 有人称之为匪夷所思, 也有人对此大加褒扬。但在争论中, 高锟的设想逐步变成现实: 利用石英玻璃制成的光纤应用越来越广泛, 全世界掀起了一场光纤通信的革命。随着第一个光纤系统于 1981 年成功问世,高锟“光纤之父”美誉传遍世界。高锟还开发了实现光纤通讯所需的辅助性子系统。他在单模纤维的构造、纤维的强度和耐久性、纤维连接器和耦合器以及扩散均衡特性等多个领域都作了大量的研究, 而这些研究成果都是使信号在无放大的条件下,以每秒亿兆位元传送至距离以万米为单位的成功关键。举世公认高锟是提出用纤维材料传达光束讯号, 以建置通信的第一人。高氏仍在英国求学的 1960 年代,大家已经知道讯息是可以用数字或模拟的方式传送。当时已有人研究,透过气体或玻璃传送光, 期望可达到高速的传送效率, 但无法克服讯号会严重衰减的问题。 196 5 年,高氏对各种非导体纤维进行仔细的实验。按他分析,当光学讯号衰减率能低于每公里 20 分贝时,光束通信便可行。他更进一步分析了吸收、散射、弯曲等因素,推论被包覆的石英基玻璃有可能满足衰减需求达到波导。这项关键研究结果, 推动全球各地连串运用玻璃纤维波导来通讯的研发工作。此后 1970- 美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝半导体激光器 1976- 美国在亚特兰大的贝尔实验室地下管道开通了世界上第一条光纤通信系统的试验线路。采用一条拥有 144 个光纤的光缆以 的速率传输信号, 中继距离为 10 km 。采用的是多模光纤,光源用的是发光管 LED ,波长是 微米的红外光。 2005 FTTH(Fiber To The Home) 光纤直接到家庭 2013 年,中国的光纤产能已达到 1亿8 千万芯公里。 2 、光纤原理和结构 光是一种电磁波如果有一束光投射到折射率分别为 1n 和2n 的两种界面上时( 设1n >2n ) , 投射光将分为反射光和入射光。入射角 1?与折射角 2?之间服从折射定律 1221/ sin / sinnn???, 当入射角 1? 2?也相应增大,增大到 90 度时,入射光线全部返回到原来的介质中, 这种现象叫光的全反射。此时的入射角)/( sin 12 11nn ???叫临界角。在光纤中. 光传输就是利用光的全反射原理. 当入射到光纤芯子中的光与光轴线的交角小于一定值时, 光线在界面上发生全反射。这时, 光将在光纤的芯子中沿锯齿状路径曲折前进, 但不会穿出包层. 这样就避免了光在传输过程中的折射损耗,如图 1 所示。 光纤的基本结构光纤的基本结构主要根据一次涂层与二次涂层的相对位置划分。通常有三种:紧套结构、松套结构、带状结构。 紧套光纤紧套光纤基本结构为二次涂层与一次涂层紧密相贴, 两层间无空隙, 一次涂覆光纤在二次涂层内不能自由移动,二层挤在一起且各层同心。紧套光纤具有体积小和较好的机械强度特点,但外界环境变化时,易受影响,即温度特性差。这种结构的光纤使用场合较少。常用涂覆材料有硅酮树脂, 紫外固化炳烯酸酯 UV 等; 松套光纤(光纤松套缓冲管) 松套光纤基本结构为二次涂层与一次涂层间有一定的空隙, 一次涂覆光纤在充有光纤防水油膏的二次涂层内可自由移动。二次涂层为一松套塑料管,