光纤的工作原理

一：光纤工作原理

光纤是光导纤维的简写，是一种利用鸡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。光纤实际是指由透明材料做成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层，并将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。一般是由纤芯、包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。光纤有两项主要特性：即损耗和色散。光纤每单位长度的损耗或者衰减（dB/km），关系到光纤通信系统传输距离的长短和中继站间隔的距离的选择。光纤的色散反应时延畸变或脉冲展宽，对于数字信号传输尤为重要。每单位长度的脉冲展宽，影响到一定传输距离和信息传输容量。光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式。由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光-光纤通信。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。中国光纤通信已进入实用阶段。光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

二：光纤的传光原理 20分

全反射

三：光纤的原理种类

光及其特性：1.光是一种电磁波可见光部分波长范围是：390~760nm(纳米)。大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。光纤中应用的是：850nm，1310nm，1550nm三种。2.光的折射，反射和全反射。因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。1. ：光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为50或62.5μm），中间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125μm），最外是加强用的树脂涂层。光线在纤芯传送，当光纤射到纤芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，会全部反射回来，继续在纤芯内向前传送，而包层主要起到保护的作用。2.数值孔径：入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同（AT&T CORNING）。3.光纤的种类：光纤的种类很多，根据用途不同，所需要的功能和性能也有所差异。但对于有线电视和通信用的光纤，其设计和制造的原则基本相同，诸如：①损耗小；②有一定带宽且色散小；③接线容易；④易于成统；⑤可靠性高；⑥制造比较简单；⑦价廉等。光纤的分类主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法上作一归纳的，兹将各种分类举例如下。（1）工作波长：紫外光纤、可观光纤、近红外光纤、红外光纤（0.85μm、1.3μm、1.55μm）。（2）折射率分布：阶跃（SI）型光纤、近阶跃型光纤、渐变（GI）型光纤、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。（3）传输模式：单模光纤（含偏振保持光纤、非偏振保持光纤）、多模光纤。（4）原材料：石英光纤、多成分玻璃光纤、塑料光纤、复合材料光纤（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等。按被覆材料还可分为无机材料（碳等）、金属材料（铜、镍等）和塑料等。（5）制造方法：预塑有汽相轴向沉积（VAD）、化学汽相沉积（CVD）等，拉丝法有管律法（Rod intube）和双坩锅法等。 石英光纤（Silica Fiber）是以二氧化硅（SiO2）为主要原料，并按不同的掺杂量，来控制纤芯和包层的折射率分布的光纤。石英（玻璃）系列光纤，具有低耗、宽带的特点，已广泛应用于有线电视和通信系统。石英玻璃光导纤维的优点是损耗低,当光波长为1.0～1.7μm（约1.4μm附近），损耗只有1dB/km，在1.55μm处最低，只有0.2dB/km。 掺氟光纤（Fluorine Doped Fiber）为石英光纤的典型产品之一。通常，作为1.3μm波域的通信用光纤中，控制纤芯的掺杂物为二氧化锗（GeO2），包层是用SiO2作成的。但接氟光纤的纤芯，大多使用SiO2，而在包层中却是掺入氟素的。由于，瑞利散射损耗是因折射率的变动而引起的光散射现象。所以，希望形成折射率变动因素的掺杂物，以少为佳。氟素的作用主要是可以降低SIO2的折射率。因而，常用于包层的掺杂。石英光纤与其它原料的光纤相比，还具有从紫外线光到近红外线光的透光广谱，除通信用途之外，还可用于导光和图像传导等领域。 在光纤中传播的光波，因为具有电磁波的性质，所......余下全文>>

四：光纤的工作原理是什么

要了解光纤线缆是如何工作的，请想像有一根无限长的饮水麦管或柔软的塑料管。例如，想像有一根数公里长的管道。现在，假设管道的内壁覆盖了一层全反射镜。然后，假设您从管道的一端往里看。在数公里远的另一端，您的一位朋友打开手电筒向管道内照射。因为管道内壁是全反射镜，所以手电筒发出的光将在管道内壁上反复反射（即使管道可能扭曲），结果，您将在另一端看到光。如果您的朋友以莫尔斯电码编码方式打开和关闭手电筒，他就可以通过该管道与您通信。这就是光纤线缆的基本原理。

用内部覆盖反射镜的管道制作线缆是可以的，但是这根线缆会非常粗大，并且用全反射镜覆盖管道内壁也很困难。因此，真正的光纤线缆是用玻璃制成的。玻璃极其纯净，即使其长度达数公里长，光仍然可以透射（请想像玻璃是如此透明，以至于数公里厚的窗户看起来仍然很清澈）。人们将玻璃抽成极细的玻璃丝，其厚度与人的头发相仿。然后，在玻璃丝外面包上两层塑料。

通过用塑料包裹玻璃丝，相当于在玻璃丝周围形成了反射镜。这一反射镜产生全内反射，就像管道内部覆盖的全反射镜一样。您可以在黑暗的房间内，利用手电筒和窗户来体验这种反射。如果您用手电筒以90度的角度向窗户照射，光线将直接透过玻璃。但是，如果您以非常小的角度（几乎与玻璃平行）照射，玻璃就将如同反射镜，您会看到光束从窗户反射出来并照射在屋内的墙壁上。光纤内传输的光线正是以这种极小的角度反射，从而完全保持在光纤内部。

为了通过光纤线缆发送电话交谈语音，人们将模拟语音信号转换为数字信号（有关详细信息，请参见模拟录音和数字录音工作原理）。位于管道一端的激光器交替打开和关闭，从而发送每位数据。采用单激光器的现代光纤系统每秒可传输数十亿位数据——激光每秒可打开和关闭数十亿次。最新的系统使用多台具有不同颜色的激光器在同一条光纤中传输多个信号。

现代光纤线缆可以将信号传输很远的距离——可能达到100公里。在长途线路上，每60至100公里就有一个设备箱。箱内的设备拾取信号并将其完好无损地转发到下一段光纤。

五：光纤是用来干什么的，是什么原理？

光纤 不仅可用来传输模拟信号和数字信号，而且不满足视频传输的需求。其数据传输率能达几千Mbps。如果在不使用中继器的情况下，传输范围能达到6-8km。 综观近年来国内外配线系统的发展，我们可看出这样三个阶段：1、双绞线阶段。在这个阶段语音同大规模数据通信不能混用也适应这样的数据通信。2、同轴电缆 +双绞线阶段。它能满足用户的大量数据传输和视频的需求，但需要更多的接入设备，造价相对提高许多，且不易今后的扩展需求。3、光纤阶段。即我们所说的最终阶段，在此时，各相应附属设备更完善，数据处理能力更强，扩展性更好。近年来发展也特别快，接入设备价格目前有所调整，可以说这是一步到位的综合通信阶段。

六：光纤温度传感器的工作原理是什么？

温度变化的时候会改变光在物质中的传激速度,也就是说,当温度变化的时候光路中的折射率会发生变化,这个时候光路终点位置会产生一个偏移,测量后根据物质特性可以计算出温度

七：光导纤维的工作原理

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。光纤实际是指由透明材料做成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层，并将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。一般是由纤芯、包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。光纤有两项主要特性：即损耗和色散。光纤每单位长度的损耗或者衰减（dB/km），关系到光纤通信系统传输距离的长短和中继站间隔的距离的选择。光纤的色散反应时延畸变或脉冲展宽，对于数字信号传输尤为重要。每单位长度的脉冲展宽，影响到一定传输距离和信息传输容量。光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式。由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光-光纤通信。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短穿长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。中国光纤通信已进入实用阶段。光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

八：光纤激光器的工作原理

光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，其导光原理是利用光的全反射原理，即当光以大于临界角的角度由折射率大的光密介质入射到折射率小的光疏介质时，将发生全反射，入射光全部反射到折射率大的光密介质，折射率小的光疏介质内将没有光透过。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯、中间低折射率硅玻璃包层和最外部的加强树脂涂层组成。光纤按传播光波模式可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的芯径较小，只能传播一种模式的光，其模间色散较小。多模光纤的芯径较粗，可传播多种模式的光，但其模间色散较大。按折射率分布的情况化分，可分为阶跃折射率（SI）光纤和渐变折射率（GI）光纤。以稀土掺杂光纤激光器为例，掺有稀土离子的光纤芯作为增益介质，掺杂光纤固定在两个反射镜间构成谐振腔，泵浦光从M1入射到光纤中，从M2输出激光（参见右图1）。当泵浦光通过光纤时，光纤中的稀土离子吸收泵浦光，其电子被激励到较高的激发能级上，实现了离子数反转。反转后的粒子以辐射形成从高能级转移到 基态，输出激光。图1的反射镜谐振腔主要用以说明光纤激光器的原理。实际的光纤激光器可采用多种全光纤谐振腔。图2为采用2×2光纤耦合器构成的光纤环路反射器及由此种反射器构成的全光纤激光器，（a）表示将光纤耦合器两输出端口联结成环，（b）表示与此光纤环等效的用分立光学元件构成的光学系统，（c）表示两只光纤环反射器串接一段掺稀土离子光纤，构成全光纤型激光器。以掺Nd3+石英光纤激光器为例，应用806nm波长的AlGaAs（铝镓砷）半导体激光器为泵浦源，光纤激光器的激光发射波长为1064nm，泵浦阀值约470μW。利用2×2光纤耦合器可以构成光纤环形激光器。如图3（a）所示，将光纤耦合器输入端2联结一段稀土掺杂光纤，再将掺杂光纤联结耦合器输出端4而成环。泵浦光由耦合器端1注入，经耦合器进入光纤环而泵浦其中的稀土离子，激光在光纤环中形成并由耦合器端口3输出。这是一种行波型激光器，光纤耦合器的耦合比越小，表示储存在光纤环内的能量越大，激光器的阈值也越低。典型的掺Nd3+光纤环形激光器，耦合比≤10%，利用染料激光器595nm波长的输出进行泵浦，产生1 078mn的激光，阈值为几个毫瓦。上述光纤环形激光腔的等效分立光学元件的光路安排如图3（b）所示。利用光纤中稀土离子荧光谱带宽的特点，在上述各种激光腔内加入波长选择性光学元件，如光栅等，可构成可调谐光纤激光器，典型的掺Er3+光纤激光器在1 536和1 550nm处可调谐14nm和llnm。如果采用特别的光纤激光腔设计，可实现单纵模运转，激光线宽可小至数十兆赫，甚至达10kHz的量级。光纤激光器在腔内加入声光调制器，可实现调Q或锁模运转。调Q掺Er3+石英光纤激光器，脉冲宽度32ns，重复频率800Hz，峰值功率可达120W。锁模实验，得到光脉冲宽度2.8ps和重复频率810MHz的结果，可望用作孤子激光源。稀土掺杂石英光纤激光器以成熟的石英光纤工艺为基础，因而损耗低和精确的参数控制均得到保证。适当加以选择可使光纤在泵浦波长和激射波长均工作于单模状态，可达到高的泵浦效率，光纤的表面积与体积之比很大，散热效果很好，因此，光纤激光器一般仅需低功率的泵浦即可实现连续波运转。光纤激光器易于与各种光纤系统的普通光纤实现高效率的接续，且柔软、细小，因此不但在光纤通信和传感方面，而且在医疗、计测以及仪器制造等方面都有极大的应用价值。

九：光纤电缆的原理和作用是什么?

前 言

光纤光缆原理与应用（历史）

1976年，美国贝尔研究所在亚特兰大建成第一条光纤通信实验系统，采用了西方电气公司制造的含有144根光纤的光缆。1980年，由多模光纤制成的商用光缆开始在市内局间中继线和少数长途线路上采用。单模光纤制成的商用光缆于1983年开始在长途线路上采用。1988年，连接美国与英法之间的第一条横跨大西洋海底光缆敷设成功，不久又建成了第一条横跨太平洋的海底光缆。中国于1978年自行研制出通信光缆，采用的是多模光纤，缆心结构为层绞式。曾先后在上海、北京、武汉等地开展了现场试验。后不久便在市内电话网内作为局间中继线试用，1984年以后，逐渐用于长途线路，并开始采用单模光纤。通信光缆比铜线电缆具有更大的传输容量，中继段距离长、体积小，重量轻，无电磁干扰，自1976年以后已发展成长途干线、市内中继、近海及跨洋海底通信、以及局域网、专用网等的有线传输线路骨干，并开始向市内用户环路配线网的领域发展，为光纤到户、宽代综合业务数字网提供传输线路。

光纤光缆原理与应用光缆是信息高速路的基石）

光缆是当今信息社会各种信息网的主要传输工具。如果把互联网称作信息高速路的话，那么，光缆网就是信息高速路的基石---光缆网是互联网的物理路由。一旦某条光缆遭受破坏而阻断，该方向的“信息高速公路”即告破坏。通过光缆传输的信息，除了通常的电话、电报、传真以外，现在大量传输的还有电视信号，银行汇款、股市行情等一刻也不能中断的信息。目前，长途通信光缆的传输方式已由PDH向SDH发展，传输速率已由当初的140MB/S发展到2.5GB/S、4×2.5GB/S、16×2.5GB/S甚至更高，也就是说，一对纤芯可开通3万条、12万条、48万条甚至向更多话路发展。如此大的传输容量，光缆一旦阻断不但给电信部门造成巨大损失，而且由于通信不畅，会给广大群众造成诸多不便，如计算机用户不能上网、股票行情不能知晓、银行汇兑无法进行、异地存取成为泡影、各种信息无法传输。在边远山区，一旦光缆中断，就会使全县甚至光缆沿线几个县在通信上与世隔绝，成为孤岛。给党政军机关和人民群众造成的损失是无法估量的。

第一部分　光纤光缆原理与应用（理论与结构 ）

光及其特性　　1、光是一种电磁波

可见光部分波长范围是：390~760nm(毫微米)。大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。目前光纤中应用较多的是：850，1310，1550三种。

2、光的折射，反射和全反射。

因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。 光纤结构及种类　　1、光纤结构：

光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为50或62.5μm），中间为低折射率硅玻璃 包层（直径一般为125μm），最外是加强用的树脂涂层。

2、数值孔径：

入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同......余下全文>>

十：光纤的原理？

1、光纤传输材料 ：

综合布线系统中使用的光纤为玻璃多模850nm波长的LED，传输率为100M/bps，有效范围约20Km.其纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成。内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高。由物理学可知，在两种介质的界面上，当光从折射率高的一侧射入折射率高的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。只有那些初始入射角偏小的光线才有折射发生，并且在很短距离内就被外层物质吸收干净。

目前生产的光纤，无论是玻璃介质还是塑料介质，都可传输全部可见光和部分红外光谱。用光纤做的光缆有多种结构形式。短距离用的光缆主要有两种，一种层结构光缆是在中心加钢丝或尼龙丝，外束有若干根光纤，外面在加一层塑料护套；另一种是高密度光缆，它有多层丝带叠合而成，每一层丝带上平行敷设了一排光纤。

用光纤做的光缆有多种结构形式。短距离用的光缆主要有两种，一种层结构.光缆是在中心加钢丝或尼龙丝，外束有若干根光纤，外面在加一层塑料护套；另一种是高密度光缆，它有多层丝带叠合而成，每一层丝带上平行敷设了一排光纤。

2、光纤传输过程：

由发光二极管LED或注入型激光二极管ILD发出光信号沿光媒体传播，在另一端则有PIN或APD光电二极管作为检波器接收信号。对光载波的调制为移幅键控法，又称亮度调制（IntensityModulation）。典型的做法是在给定的频率下，以光的出现和消失来表示两个二进制数字。发光二极管LED和注入型激光二极管ILD的信号都可以用这种方法调制，PIN和ILD检波器直接响应亮度调制。

功率放大──将光放大器置于光发送端之前，以提高入纤的光功率。使整个线路系统的光功率得到提高。在线中继放大──建筑群较大或楼间距离较远时，可起中继放大作用，提高光功率。前置放大──在接收端的光电检测器之后将微信号进行放大，以提高接收能力。

3、光纤传输特性：

光缆不易分支，因为传输的是光信号，所以一般用于点到点的连接。光纤的总线拓扑结构的实验性多点系统已经建成，但是价格还太贵。原则上，由于光纤功率损失小、衰减少，有较大的带宽潜力，因此，一般光纤能够支持的分接头数比双绞线或同轴电缆多得多。目前低价可靠的发送器为0.85um波长的发光二极管LED，能支持100Mbps的传输率和1.5～2KM范围内的局域网。激光二极管的发送器成本较高，且不能满足百万小时寿命的要求。