关于光纤~ ~ ~ ~ ~

定义:光纤的简称，是一种基于光在玻璃或塑料制成的纤维中全反射原理的光传输工具。光纤是由香港中文大学前校长高锟发明的。

微小的光纤被封装在塑料护套中，因此它可以弯曲而不会断裂。通常，光纤一端的发送装置使用发光二极管(LED)或激光束向光纤发送光脉冲，而光纤另一端的接收装置使用光敏元件来检测脉冲。

在日常生活中，由于光在光纤中的传输损耗远低于电在导线中的传输损耗，所以光纤被用于远距离的信息传输。

通常，术语光纤和光缆是混淆的。大部分光纤在使用前都要包覆几层保护结构，包覆后的光缆称为光缆。光纤外层的保护结构可以防止周围环境对光纤的损害，如水、火、电击等。光纤可分为光纤、缓冲层和涂层。光纤类似同轴电缆，但没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃核心。在多模光纤中，纤芯的直径为1.5微米~ 50微米，大致相当于人的头发丝粗细。单模光纤纤芯的直径为8微米~ 10 μ m，纤芯被折射率低于纤芯的玻璃包层包裹，使光纤保持在纤芯内。外面是一层薄薄的塑料外套来保护信封。光纤通常由外壳捆绑和保护。纤芯通常是双层同心圆柱体，横截面积很小，由应时玻璃制成，易碎易断，需要保护层。

光纤的发明和使用；

1870年的一天，英国物理学家廷德尔去英国皇家学会的报告厅讲光的全反射原理。他做了一个简单的实验:在一个装满水的木桶上钻一个洞，然后用灯从桶的顶部照亮水面。结果让观众大吃一惊。人们看到闪闪发光的水从水桶的小孔里流出来，水弯曲了，光也弯曲了，光实际上被蜿蜒的水捕捉到了。

已经发现，光能沿着从桶中喷出的葡萄酒细流传播；人们还发现，光能沿着弯曲的玻璃棒传播。这是为什么呢？光线不是直射进来的吗？这些现象引起了廷德尔的注意。他研究后发现，这是全反射的效应，即当入射角大于某个角度时，折射光消失，所有的光都反射回水中。从表面上看，光似乎在水流中向前弯曲。实际上，在弯曲的水流中，光仍然是直线传播的，只是在内表面发生了多次全反射，光经过多次全反射后向前传播。

后来人们又做出了一种像蜘蛛丝一样透明度高、厚度大的玻璃纤维——玻璃纤维。当光以适当的角度进入玻璃纤维时，光沿着缠绕的玻璃纤维前进。因为这种纤维可以用来传输光，所以被称为光纤。

光纤可用于通信技术。1979年9月，北京建成3.3公里120光缆通信系统。几年后，上海、天津、武汉等地铺设了光缆线路，用光纤进行通信。

使用光纤的通信称为光纤通信。一对金属电话线只能同时传输1000多个电话，而根据理论计算，一对细如蜘蛛丝的光纤可以同时传输100亿个电话！铺设1000公里同轴电缆需要约500吨铜，改用光纤通信只需要几公斤应时。应时包含在沙子里，而沙子几乎是取之不尽的。

此外，由光纤制成的内窥镜可以帮助医生检查胃、食道和十二指肠的疾病。光纤胃镜是由数千根玻璃纤维组成的软管。它具有传递光线和图像的能力，并且柔软、有弹性，可以随意弯曲。它可以通过食道插入胃中。光纤传输胃内的图像，让医生看到胃内的情况，然后根据情况进行诊断和治疗。

光纤系统的应用

多股光纤制成的光缆可用于通信，导电性好，信息传输容量大，一个信道可同时容纳十亿人。它可以同时传送数以千计的电视节目供自由选择。光纤内窥镜可引入心脏和心室，测量心脏血压、血氧饱和度、体温等。光纤连接的激光刀已应用于临床，可用于光敏癌症治疗。

光纤可以把阳光送到每个角落，也可以加工。电脑、机器人、汽车配电盘等。也已经成功地使用光纤来传输光源或图像。如果与敏感元件结合或利用其自身特性，可以制成各种传感器，测量压力、流量、温度、位移、光泽、颜色等。它还广泛应用于能量传输和信息传输。

聚合物光纤发展之初，仅用于汽车灯光的控制和装饰。现在主要用于医药、装饰、汽车、船舶等方面，以显示元件为主。在通信和图像传输方面，聚合物光纤的应用日益增加，用于光导、显示面板、标识、开关调光、光学传感器等。以及装饰性展示和广告展示。

光纤的历史

1880-AlexandraGrahamBell发明了光束呼叫传输。

1960-电和光纤的发明

1977-电话光纤网络首次实际安装

1978-FORT在法国首次安装了光纤电力。

1990-用于局域网和其他短距离传输应用的光纤

2000年-光纤到户= >光纤到桌面

2005年FTTH(光纤到户)光纤直接到户。

光纤传输的优势

直到1960年，美国科学家麦曼发明了世界上第一台激光器，为光通信提供了很好的光源。在随后的二十年里，人们攻克了光传输介质中的关键问题，最终制成了低损耗光纤，从而奠定了光通信的基石。自此，光通信进入了快速发展阶段。

光纤传输有许多突出的优点:

1。频带宽度

频带的宽度代表传输容量。载波频率越高，可以传输的信号频带就越宽。在VHF频段，载频为48.5 MHz ~ 300 MHz。带宽250MHz左右，只能传输27台电视机和几十个调频广播。可见光的频率达到100000GHz，比VHF频段高一百万倍以上。虽然带宽受到光纤对不同频率光的损耗不同的影响，但最低损耗区的带宽也能达到30000GHz。目前单个光源的带宽只占其中很小一部分(多模光纤的频带大约是几百兆赫，好的单模光纤可以达到10GHz以上)。先进的相干光通信，可以在30000GHz范围内安排2000个光载波进行波分复用，可以容纳上百万个信道。

2.低损耗

在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时，每公里的损耗在40dB以上。相比之下，光纤的损耗要小得多，传输1和31um的光，每公里损耗在0.35dB以下如果传输1.55um的光，每公里损耗更小，达到0.2dB以下，这比同轴电缆的功率损耗小1亿倍，可以传输远得多的距离。另外，光纤传输损耗有两个特点。第一，它在所有有线电视频道的损耗都是一样的，不需要像cable trunk一样吸引均衡器来均衡。二是其损耗几乎不随温度变化，无需担心环境温度变化引起的干线电平波动。

3.轻量

由于光纤很细，单模光纤的芯径一般为4 um ~ 10 um，外径只有125um。加上防水层、加强筋和护套，4 ~ 48根光纤组成的光缆直径小于13mm，远小于标准同轴电缆的直径。另外光纤是玻璃纤维，比重小。

4.抗干扰能力强

因为光纤的基本成分是应时，它只传输光，不导电，不受电磁场的影响，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，所以光纤传输具有很强的抗电磁干扰和工业干扰的能力。正因为如此，光纤中传输的信号不易被窃听，有利于保密。

5.高保真

因为光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大而引入新的非线性失真。只要激光器的线性度好，电视信号就可以高保真传输。实际测试表明，一个好的AM光纤系统的三拍比C/CTB在70dB以上，互调指标cM在60dB以上，远远高于一般电缆干线系统的非线性失真指标。

6.可靠的工作性能

我们知道，系统的可靠性与组成系统的设备数量有关。设备越多，失败的几率就越大。因为光纤系统包含的器件数量少(不像有线系统需要几十个放大器)，可靠性自然高。另外，光纤器件的寿命很长，无故障工作时间为50 ~ 75万小时。其中光发射机中的激光器寿命最短，最低寿命超过65438+百万小时。因此，设计良好、安装正确的光纤系统的工作性能是非常可靠的。

7.成本在下降。

目前，有人提出了新的摩尔定律，也叫光学定律。该定律指出，光纤传输信息的带宽每半年增加1倍，而价格则减少1倍。光通信技术的发展为互联网宽带技术的发展奠定了非常好的基础。这为大规模有线电视系统采用光纤传输方式扫清了最后一道障碍。因为制作光纤的材料(应时)非常丰富，随着技术的进步，成本会进一步降低；但是电缆需要的铜原料是有限的，价格会越来越高。显然，在未来，光纤传输将占据绝对优势，成为建立全省乃至全国有线电视网络的最重要的传输手段。

结构原理光纤由两层折射率不同的玻璃组成。内层为直径几微米到几十微米的光芯，外层直径为0.1 ~ 0.2 mm..一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃高1%。根据光的折射和全反射原理，当光入射到内核和外层的界面上的角度大于全反射临界角时，光不能穿透界面而被全反射。此时，光在界面经过无数次全反射，在内芯中以之字形路线向前传播，最终到达光纤的另一端。这种光纤属于皮芯结构。如果内层玻璃的折射率是均匀的，在界面处突然发生变化，降低到外层玻璃的折射率，这就是所谓的台阶结构。例如，内芯玻璃的截面折射率从中心向外变化到折射率低的外层玻璃，称为梯度结构。外层玻璃具有光学绝缘性，防止内层玻璃被污染。还有一种光纤叫自聚焦结构，好像是由很多微双凸透镜组成，迫使入射光逐渐自动会聚到中心。这种纤维的折射率在中心最高，向四周连续均匀递减，直到边缘最低。

光纤通信:

光纤通信技术从光通信中脱颖而出，成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网络中发挥着重要作用。作为一项新技术，光纤通信近年来的快速发展和广泛应用在通信史上是罕见的，也是世界新技术革命的重要标志，是未来信息社会各种信息的主要传输工具。

光纤是光纤的简称。光纤通信是以光波为信息载体，以光纤为传输介质的通信方式。原则上，光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光探测器。除了根据制造工艺、材料成分和光学特性对光纤进行分类之外，光纤还经常根据在应用中的用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤可分为通用和专用，而功能器件光纤是指用于完成光波放大、整形、分频、倍频、调制和光振荡等功能的光纤，往往以某种功能器件的形式出现。光纤通信的迅速发展主要是由于其以下特点:

(1)通信容量大，传输距离远；光纤的潜在带宽可以达到20赫兹。以这个带宽，传输人类所有的文字资料，古今中外，只需要一秒钟左右。目前，400Gbit/s系统已经投入商用。光纤的损耗极低。当光波长在1.55μm左右时，应时光纤的损耗可以低于0.2dB/km，低于目前任何传输介质的损耗。所以无中继传输距离可以达到几十甚至几百公里。

(2)信号串扰小，安全性能好；

(3)抗电磁干扰，传输质量好。电通信解决不了各种电磁干扰问题，只有光纤通信不受各种电磁干扰。

(4)光纤体积小，重量轻，便于铺设和运输；

(5)原料来源丰富，环保性好，有利于节约有色金属铜。

(6)没有辐射，很难窃听，因为光纤传输的光波无法跑出光纤。

(7)光缆适应性强，使用寿命长。

(8)质地脆，机械强度差。

(9)光纤的切割和拼接需要一定的工具、设备和技术。

(10)分流器和联轴器不灵活。

(11)光缆的弯曲半径不能太小(>；20厘米)

(12)供电困难。

一种使用光波在光纤中传输信息的通信方法。由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等明显优势，光纤通信中的光波以激光为主，因此也称为激光-光纤通信。

光纤通信的原理是:在发射端，要先把传输的信息(如语音)变成电信号，然后调制在激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)而变化，再通过光纤发送出去；在接收端，探测器将光信号转换成电信号，解调后恢复原始信息。

光纤通信是现代通信网络的主要传输手段。它的发展历史只有一二十年，经历了三代:短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。光纤通信的采用是通信史上的一次重大变革。美、日、英、法等20多个国家宣布不再建设有线通信线路，致力于发展光纤通信。中国光纤通信已进入实用阶段。