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光纤通信系统中的光纤
作者:李博文,贾明辉,李技康,龚昊闻,戴承志,韩飞龙,路艳兵
摘要:光纤通信系统是以光为载波,利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介,通过光电变换,用光来传输信息的通信系统。系统中的光纤属于介质光波导结构的传输介质。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。微细的光纤封装在塑料护套中,使得它能够弯曲而不至于断裂。通常,光纤的一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤,光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。测试编辑。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。
关键词:光纤光纤通信系统介质色散衰减全反射
正文
正如文学作品源于生活一样,物理学科上的发现也是来自生活。1870年的一天,英国物理学家丁达尔在一次光的全反射演讲中,他做了一个简单的实验:在装满水的木桶上钻个孔,然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到,放光的水从水桶的小孔里流了出来,水流弯曲,光线也跟着弯曲,光居然被弯弯曲曲的水俘获了。
光导纤维就是从这个实验中开始被人们发现的,人们发现光能沿着弯曲的玻璃细丝前进,后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维,当光线以合适的角度射入玻璃纤维时,光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。由于这种纤维能够用来传输光线,所以称它为光导纤维。
光纤的工作原理与具有圆柱对称的其他波导工作原理相似。这是光纤结构与制造的基础。光纤由缓冲涂层,覆层和纤芯组成(如下图),它的结构是高折射率的纤芯被低折射率包围层所包围。
光缆中的光在纤芯中通过不断反射到覆层来进行传播,这就是全内反射的原理。由于覆
层并不会从纤芯中吸收任何光,因此光波能够传播很远的距离。然而,有些光信号在光纤内会发生衰减,这主要是由于玻璃中含有杂质。信号衰减的程度由玻璃的纯度和传输的光的波长决定(例如,850纳米时衰减率为60%-75%/公里;1300纳米时衰减率为50%-60%/公里;1550纳米时衰减率则超过50%/公里)。有些优质光纤的信号衰减率非常低,1550纳米时衰减率仅为不到10%/公里。
光纤的分类方法有多种,我们按照光在光纤中的传输模式可分为:单模光纤和多模光纤。多模光纤是在一个偏振方向的情况下,允许有多个边界解的光纤。多模光纤的每个模都会以各自不同的速度传播,而且每个模都有其唯一的场分布。但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重。因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里。单模光纤的中心玻璃芯较细,只能传一种模式的光。因此,其模间色散很小,适用于远程通讯,但其色度色散起主要作用,这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求,即谱宽要窄,稳定性要好。
在光纤通信中,光纤中继系统包括以下部件:
发送器——产生光信号并对其进行编码
光纤——远距离传导光信号
光学再生器——有利于推进光信号(对于远距离)
光学接收器——接收光信号并对其进行解码
发送器类似于发送方军舰甲板上的水手它接收并指导光学设备按正确顺序“开”和“关”灯,由此生成光信号。发送器的物理位置与光纤相邻,有时还会设置透镜以便将光汇聚到光纤。激光比LED具有更多能量,但其能量大小随温度变化而有所不同,