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1.0 简介：

1965年，高锟获得伦敦大学电机工程博士学位。次年，也就是1966年，高锟和他的伙伴G.A.Hockham，共同发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文。

在论文中，高锟明确提出，利用石英基玻璃纤维，可进行长距离及高信量的讯传送。当玻璃纤维的衰减率下降到每公里20db时，光纤通讯即可成功。

1970年，通过外部气相沉积法（OVD），康宁使用掺钛纤芯和硅包层，成功制造出了损耗为17dB/km的光纤。这是世界上首根符合理论的低损耗试验性光纤，正式开启了光通信时代。

光纤的发展和实施更能改变通信世界了,本文提供了使用此技术所需的基本原则。

光纤由玻璃或塑料制成,其中大多数的直径大约相当于人的头发丝，可能有许多英里长。光沿着光纤的中心从一端传输到另一端，可以施加传输信号作为通信媒介。光纤系统在许多应用中优于金属导体。他们最大的优势是带宽，由于光的波长更短，可以传输比金属导体（甚至是同轴导体）包含更多信的信小野杰西号。

2.0 光纤主要优势：

•电气隔离光纤不需要接地连接，发射机和接收机彼此隔离，因此没有接地回路问题。此外，没有火花或电击的危险。

•不受电磁干扰

光纤不受电磁干扰（EMI）的影响，并且本身不会发出辐射来引起其他干扰。•低功耗这允许更长的电缆敷设和更少的中继器放大器。

•更轻、更小

与具有同等信号承载能力的金属导体相比，光纤重量更小，所需空间更小。与通用铜线对比：铜线大安全评价报告约重13倍，光纤也更容易安装，需要的管道空间更少。应用：光纤的一些主要应用领域包括：•通信语音、数据和视频传输是光纤最常见的用途，其中包括：电信-局域网（LANs）工业控制系统航空电子系统军事指挥、控制和通信系统

•传感

光纤可用于将光源从远程传输至探测器，以获取压力、温度或光谱信。光纤还可以直接用作传感器，测量许多环境影响，如应变、压力、电阻和pH值。环境变化会影响光强度、相位和/或偏振，其方式可以在光纤的另一端检测到。

•功率传输

光纤可以为激光切割、焊接、标记和钻孔等任务提供非常高的功率。

•照明

一束光纤与一端的光源聚集在一起，可以照亮难以触及的区域，例如，人体内部检测，光纤与内窥镜结合使用。此外，它们还可以用作展示标志或仅用作装饰照明。

图1：光纤由纤芯、包层和涂层组成。

3.0 光纤结构：

机械结构：光纤由三个基本同心元件组成：芯、包层和外涂层（图1）。纤芯通常由玻璃或塑料制成，但有mba调剂时也会使用其他材料，具体取决于所需的透射光谱。纤芯是光纤的光传输部分，包层通常由与纤芯相同的材料制成，但折射率略低（通常约低1%）。该折射率差导致沿光纤轴向（长度方向）的折射率边界处发生全内反射，从而使光沿光纤向后传输，而不会通过侧壁逃逸。

图2：从一种材料传递到另一种材料的折射率不同的光束在界面处弯曲或折射

涂层：

涂层通常iwc包括银饭一层或多层塑料涂层，以保护光纤免受物理环境的影响。有时将金属护套添加到涂层中以进一步进行物理保护。

型号：

光纤通常由其尺寸指定，即纤芯、包层和涂层的外径。例如，62.5 /125 /250指的是具有62.5µm直径芯、125µm直径包层和0.25 mm直径外涂层的光纤。

4.0 原理：

折射定律：

光学材料的特点是其折射率，称为n，材料的折射率是真空中的光速与材料中的光速之比。当光束以不同折射率从一种材质传递到另一种材质时，光束在界面处弯曲（或折射）（图2）三洋制冰机。折射由斯内尔定律描述：

式中，nI和nR是折射光束的材料的折射率，I和R是光束的入射角和折射角。如果入射角大于界面的临界角，则通过称为全内反射的过程将光反射回入射介质，而不会造成损失（图3）。

图3：全反射

模式：

当光沿光纤传播（就像微波沿波导传播）时，每个反射边界都会发生相移。沿着光纤（称为模式）有限的离散路径，这些路径会产生（同相的，因此是相加的）相移，从而加强传输。由于当光束沿光纤长度方向传输时，每种模式与光纤轴的角度不同，因此从输入到输出，每种模式在光纤中传输的长度也不同。只有一种模式，即零阶模式，在光纤长度上传播，没有来自侧壁的反射，这被称为单模光纤。可以在给定光纤中传播的实际模式数由光的波长、光纤芯的直径和折射率决定。

衰减：

信号在光纤巨蛇图片中传播时会损失信号强度；这称为波束衰减,衰减的测量单位为分贝（dB），其关系如下：

其中Pin和Pout是指进出光纤的光功率，下表显示了几种衰减值（dB）下光纤中通常损失的功率比值。

光纤的衰减与波长相关,在传输曲线的极端，多光子吸收占主导地位。衰减通常以特定波长下的dB /km表示。典型值范围从850 nm阶跃折射率光纤的10 dB/km到1550 nm单模光纤的十分之几dB/km。

光纤中的衰减原因（部分）：

瑞利散射：纤芯材质折射率的微观尺度变化可导致光束中的大量散射，导致光功率的大量损失。瑞利散射与波长有关，在较长波长下不育儿大作战太明显。这是现代光纤中最重要的损耗机制，通常占所经历损耗的90%。

弯古建筑屋顶曲：

光纤制作过程中张国荣遗言，可能会在光纤几何结构中产生微小弯曲。这些弯曲将足以使纤芯内的光以小于临界角的角度照射纤芯/包层界面，从而使光损失到包层材料中。当光纤弯曲的半径很小（比如小于几厘米）时，也会发生这种情况。弯曲灵敏度通常表示为特定弯曲半径和波长的dB /km损耗。

图4：数值孔径取决于光线进入光纤的角度和光纤芯的直径

数值孔径：

图4所示的数值孔径（NA）是光线进入光纤并沿光纤传导的最大角度的度量。可表示为：

色散：

当光脉冲在光纤中传播时，它们在时间上会变宽或变美国德州大学长,这称为色散。这样经过长距离传输后，脉冲最终将变得不同步，以至于它们开始相互重叠并损坏传输数据，因此色散影响了光纤传输垃圾桶设计数据的上限。这种现象有三个主要原因：

•光谱色散

不同波长以不同速度沿光纤传播。由于典型光源提供的是一系列或一系列波长的功率，而不是来自单个离散的光谱线，因此脉冲必须沿着光纤的长度传播。用于通信的高速激光器具有非常江中初元窄的光谱输出规格，大大诗人之死降低了色散的影响。

•模式色散

不同的光束模式在沿光纤传播时，会以不同的角度反射。由于每个模式角不同，光束产生的路径长度也不相同，因此高阶模式在低阶模式之后到达光纤的输出端。

•波导色散

由于光纤会议服务的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时，就可能有一部分光进入包层之内。这部分光在包层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。把有一定波谱宽度的光淘宝图片空间源发出的光脉冲射入光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。具体来说，入射光的波长越长，进入包层中的光强比例就越大，这部分光走过的距离就越长。这种色散是由光纤中的光波导引起的，由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散。

光纤承载能力：

带宽测量光纤的数据承载能力，并表示为数据频率和移动距离的乘积（通常为MHz-km或GHz-km）。例如，带宽为400 MHz-km的光纤可以在1 km的距离内传输400 MHz的数据，也可以在20 km的距离内传输20 MHz的数据。带宽的主要限制是脉冲展宽，这是由光纤的模式色散和色散引起的。不同类型光纤的典型值如下：

功率传输：

光纤可以传输的功率（无损坏），通常以最大可接受功率密度表示。功文玩核桃率密度：激光器最大输出功率除以激光束面积。例如，聚焦在直径150µm光斑上的15 W激光束产生的功率密度为：

脉冲峰值功率：脉冲激光的输出（通常以单脉冲能量，毫焦耳为单位），例如，在10 ns脉冲中产生50 mJ的脉冲，激光器的输出峰值功率为：

聚焦光斑与光纤耦合传输：

光纤需要传输更高的能量，端面必须绝对光滑和抛光。此外，光束直径取值大约为纤芯的一半。如果光束没有适当聚焦，一些能量可能会溢出到包层中，这会很快损坏聚合物包层石英光纤。因此，在功率密度较高的应用中，最好使用石英包层石英光纤。

图5：光纤传输模式 湖南长沙旅游攻略

单模光纤中仅传输基本零阶模式，光束直接穿过光纤，在芯包层侧壁完全没有反射。单模光纤的特点是波长截止值，它取决于纤芯直径、NA和工作波长。

由于单模光纤仅传播基本模式，因此消除了模式色散（脉冲重叠的主要原因）。因此，单模光纤的带宽比多模光纤的带宽高得多。这意味着脉冲可以在时间上传输得靠近，没有重叠，这种特性在光通讯传输过程中能够获得更大的带宽。由于这种更高的带宽，所有现代远程通信系统都使用单模光纤，典型芯径在5至10µm之间。

可通过光纤传播的实际模式数取决于纤芯直径、数值孔径和所传输光的波长。这些可组合为归一化频率参数或V数。

式中，a是纤芯半径，λ是波长，n是纤芯和包层的折射率。单模运行的条件是：

也许更重要和有用的是截止波长，这是光纤允许多模传播的波长，可表示为：

通常选择截止波长略低于所需工作波长的光纤。对于通常用作光源的激光器（输出波长介于850和1550 nm之间），单模光纤的纤芯直径在3到10µm之间。

多模梯度折射率：

梯度折射率多模光纤的纤芯直径比单模光纤大忏悔文大得多。因此，高阶模式也会传播，梯度渐变折射率光纤的折射率从中心到包层界面呈径向连续减小。因此，光在核心边激光减肥缘的传播速度比在中心的传播速度快。不同的模式以几乎相等的行程时间在弯曲路径中行驶。这大大减少了光纤中的模式色散。

因此，梯度折射率光纤的带宽明显大于阶跃折射率光纤，但仍远低于单模光纤。梯度折射率光纤的典型芯径为50、62.5和100µm。梯度折射率光纤的主要应用是在中程通信中，如局域网。

多模阶跃光纤：

阶跃折射率光纤的纤芯具有均匀的折射率，直到包层界面，折射率以阶跃方式变化。由于阶跃折射率光纤中的不同模式在其穿过光纤的过程中传播不同的路径长度，因此必须保持较短的数据传输距离，以避免出现严重的模式色散问题。阶跃折射率光纤的芯径为100至1500µm。它们非常适合需要高功率密度的应用，如医疗和工业激光功率传输。

部分参考：1.ENGINEERING AND MARKETING STAFF, OFS dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies.

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