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光纤维是怎样传输光波的

发布时间:2013/11/11 20:13:32 访问次数:754

   人们要间,光会沿着弯曲的光纤维传输吗?回答是肯定的。AT7911E一般光纤维是由芯和包皮两层玻璃构成的,包皮直径约在100~150Um,芯直径约为50~75Um。这种纤维的直径是很细的,但是与常用的波长在lm左右的光波相比,光纤维相当于光的“波导”了。不过它与微波通信中用的屏蔽式金属波导不同,因此被称作“介质光波导”。制作时,一般都是使芯玻璃的光折射率稍大于包皮玻璃的折射率。我们知道,当光线以一定角度从光密(折射率大)媒质射向光疏(折射率小)媒质时,有可能在两媒质的交界面上产生全反射向前传播。这样,只要我们将光波的入射角控制在一定范围内,光波就能在芯与包皮的交界面上,连续产生类似镜子反光那样的反光现象,从纤维的一端传到另一端。图l(当期封底)左上角画出了3种不同结构的光纤维,它们的主要区别是截面上折射率的分布情况不同。第一、二两种光纤维即为上述利用全反射传播的结构,第一种为粗芯的,第二种为细芯的。第三种光纤维的折射率在截面上的分布情况是:中心处最大,沿半径向外折射率逐渐下降,最外层最小。这样,光波在纤维芯部传输时,会自动从折射率小的地方向折射率大的轴心处会聚。邃种纤维叫“自聚焦纤维”,它在光通信中应用很广。
    光纤维通信系统
    光纤维通信系统与无线电通信相比较,在原理、结构以及通信过程方面都相类似,所不同的是传送信号的运载工具是频率在光波段的激光,而不是频率较低的无线电波。由于这个缘故,光纤通信系统的振荡源、放大、调制、滤波、传输和接收检测等都与光特性有关。下面我们结合图2所示最简单的光纤维通信系统示意图来说明其工作原理。
    这是一个话音通信示意图。由普通的电子元器件组成的电信发送设备,把话音信号变成随声音强弱变化的电信号,经过足够强的放大后,送到光源去对光源进行调制。这里的光源,就是光载频振荡器,也就是激光器。这种调制又称作光调制,其结果是使光源发出的稳定不变的光束,变成随话音强弱而变化的光束,换句话说,就是使光源输出的光束带上了话音信号,成为已调制的光频信号。光调制有两种方式:一种是直接的内调制,它控制光源电参数(电流或电压)的变化,使光源输出的光束随话音信号的强弱而变化,另一种为外调制,即在光源输出光束的外部路径上放置一块晶体,把放大了的电信号(话音)加到晶体上以改变晶体的光学特性,这样光束通过晶体后就随信号的强弱而发生变化。

            
    调制后的光频信号要注八到直径很细的光纤维中去,采用直接对准注入的方法效率很低,一般是通过透镜耦合器(见图1)中的小型聚焦透镜来提高耦合效率。光在纤维中传输一段距离后,光强会发生衰减,因此在长距离的光纤通信线路中,要加入许多光中继器来放大光频信号,以保证接收端有足够的强度。
    光频信号由光纤维传送到接收端,由激光接收机内的光电检测器件把已调制的光频信号变成电信号,这就是光的解调。解调出来的电信号最后经电信接收设备还原成原来的话音信号。常用的光电检测器件有光电倍增管和半导体光电二极管。
    当然,图2所示的光纤维通信系统只是一个原理图,实际的光纤维通信系统都是多路、大容量的。因此在系统的图2最简单的光纤维通信系统示意图发送端要加上多路复用设备,接收端加上多路分路设备。我们熟悉的微波、同轴电缆通信系统,为了得到较大的通信容量,往往采用频率复用、时分复用等手段,使许多路不同的电信号在一个信道上传输。光纤维通信同样可采用光频复用、光时分复用以及光空间复用等技术,来实现超大容量通信。

   人们要间,光会沿着弯曲的光纤维传输吗?回答是肯定的。AT7911E一般光纤维是由芯和包皮两层玻璃构成的,包皮直径约在100~150Um,芯直径约为50~75Um。这种纤维的直径是很细的,但是与常用的波长在lm左右的光波相比,光纤维相当于光的“波导”了。不过它与微波通信中用的屏蔽式金属波导不同,因此被称作“介质光波导”。制作时,一般都是使芯玻璃的光折射率稍大于包皮玻璃的折射率。我们知道,当光线以一定角度从光密(折射率大)媒质射向光疏(折射率小)媒质时,有可能在两媒质的交界面上产生全反射向前传播。这样,只要我们将光波的入射角控制在一定范围内,光波就能在芯与包皮的交界面上,连续产生类似镜子反光那样的反光现象,从纤维的一端传到另一端。图l(当期封底)左上角画出了3种不同结构的光纤维,它们的主要区别是截面上折射率的分布情况不同。第一、二两种光纤维即为上述利用全反射传播的结构,第一种为粗芯的,第二种为细芯的。第三种光纤维的折射率在截面上的分布情况是:中心处最大,沿半径向外折射率逐渐下降,最外层最小。这样,光波在纤维芯部传输时,会自动从折射率小的地方向折射率大的轴心处会聚。邃种纤维叫“自聚焦纤维”,它在光通信中应用很广。
    光纤维通信系统
    光纤维通信系统与无线电通信相比较,在原理、结构以及通信过程方面都相类似,所不同的是传送信号的运载工具是频率在光波段的激光,而不是频率较低的无线电波。由于这个缘故,光纤通信系统的振荡源、放大、调制、滤波、传输和接收检测等都与光特性有关。下面我们结合图2所示最简单的光纤维通信系统示意图来说明其工作原理。
    这是一个话音通信示意图。由普通的电子元器件组成的电信发送设备,把话音信号变成随声音强弱变化的电信号,经过足够强的放大后,送到光源去对光源进行调制。这里的光源,就是光载频振荡器,也就是激光器。这种调制又称作光调制,其结果是使光源发出的稳定不变的光束,变成随话音强弱而变化的光束,换句话说,就是使光源输出的光束带上了话音信号,成为已调制的光频信号。光调制有两种方式:一种是直接的内调制,它控制光源电参数(电流或电压)的变化,使光源输出的光束随话音信号的强弱而变化,另一种为外调制,即在光源输出光束的外部路径上放置一块晶体,把放大了的电信号(话音)加到晶体上以改变晶体的光学特性,这样光束通过晶体后就随信号的强弱而发生变化。

            
    调制后的光频信号要注八到直径很细的光纤维中去,采用直接对准注入的方法效率很低,一般是通过透镜耦合器(见图1)中的小型聚焦透镜来提高耦合效率。光在纤维中传输一段距离后,光强会发生衰减,因此在长距离的光纤通信线路中,要加入许多光中继器来放大光频信号,以保证接收端有足够的强度。
    光频信号由光纤维传送到接收端,由激光接收机内的光电检测器件把已调制的光频信号变成电信号,这就是光的解调。解调出来的电信号最后经电信接收设备还原成原来的话音信号。常用的光电检测器件有光电倍增管和半导体光电二极管。
    当然,图2所示的光纤维通信系统只是一个原理图,实际的光纤维通信系统都是多路、大容量的。因此在系统的图2最简单的光纤维通信系统示意图发送端要加上多路复用设备,接收端加上多路分路设备。我们熟悉的微波、同轴电缆通信系统,为了得到较大的通信容量,往往采用频率复用、时分复用等手段,使许多路不同的电信号在一个信道上传输。光纤维通信同样可采用光频复用、光时分复用以及光空间复用等技术,来实现超大容量通信。

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