光纖維是怎樣傳輸光波的
發(fā)布時(shí)間:2013/11/11 20:13:32 訪問次數(shù):757
人們要間,光會沿著彎曲的光纖維傳輸嗎?回答是肯定的。AT7911E一般光纖維是由芯和包皮兩層玻璃構(gòu)成的,包皮直徑約在100~150Um,芯直徑約為50~75Um。這種纖維的直徑是很細(xì)的,但是與常用的波長在lm左右的光波相比,光纖維相當(dāng)于光的“波導(dǎo)”了。不過它與微波通信中用的屏蔽式金屬波導(dǎo)不同,因此被稱作“介質(zhì)光波導(dǎo)”。制作時(shí),一般都是使芯玻璃的光折射率稍大于包皮玻璃的折射率。我們知道,當(dāng)光線以一定角度從光密(折射率大)媒質(zhì)射向光疏(折射率。┟劫|(zhì)時(shí),有可能在兩媒質(zhì)的交界面上產(chǎn)生全反射向前傳播。這樣,只要我們將光波的入射角控制在一定范圍內(nèi),光波就能在芯與包皮的交界面上,連續(xù)產(chǎn)生類似鏡子反光那樣的反光現(xiàn)象,從纖維的一端傳到另一端。圖l(當(dāng)期封底)左上角畫出了3種不同結(jié)構(gòu)的光纖維,它們的主要區(qū)別是截面上折射率的分布情況不同。第一、二兩種光纖維即為上述利用全反射傳播的結(jié)構(gòu),第一種為粗芯的,第二種為細(xì)芯的。第三種光纖維的折射率在截面上的分布情況是:中心處最大,沿半徑向外折射率逐漸下降,最外層最小。這樣,光波在纖維芯部傳輸時(shí),會自動從折射率小的地方向折射率大的軸心處會聚。邃種纖維叫“自聚焦纖維”,它在光通信中應(yīng)用很廣。
光纖維通信系統(tǒng)
光纖維通信系統(tǒng)與無線電通信相比較,在原理、結(jié)構(gòu)以及通信過程方面都相類似,所不同的是傳送信號的運(yùn)載工具是頻率在光波段的激光,而不是頻率較低的無線電波。由于這個(gè)緣故,光纖通信系統(tǒng)的振蕩源、放大、調(diào)制、濾波、傳輸和接收檢測等都與光特性有關(guān)。下面我們結(jié)合圖2所示最簡單的光纖維通信系統(tǒng)示意圖來說明其工作原理。
這是一個(gè)話音通信示意圖。由普通的電子元器件組成的電信發(fā)送設(shè)備,把話音信號變成隨聲音強(qiáng)弱變化的電信號,經(jīng)過足夠強(qiáng)的放大后,送到光源去對光源進(jìn)行調(diào)制。這里的光源,就是光載頻振蕩器,也就是激光器。這種調(diào)制又稱作光調(diào)制,其結(jié)果是使光源發(fā)出的穩(wěn)定不變的光束,變成隨話音強(qiáng)弱而變化的光束,換句話說,就是使光源輸出的光束帶上了話音信號,成為已調(diào)制的光頻信號。光調(diào)制有兩種方式:一種是直接的內(nèi)調(diào)制,它控制光源電參數(shù)(電流或電壓)的變化,使光源輸出的光束隨話音信號的強(qiáng)弱而變化,另一種為外調(diào)制,即在光源輸出光束的外部路徑上放置一塊晶體,把放大了的電信號(話音)加到晶體上以改變晶體的光學(xué)特性,這樣光束通過晶體后就隨信號的強(qiáng)弱而發(fā)生變化。
調(diào)制后的光頻信號要注八到直徑很細(xì)的光纖維中去,采用直接對準(zhǔn)注入的方法效率很低,一般是通過透鏡耦合器(見圖1)中的小型聚焦透鏡來提高耦合效率。光在纖維中傳輸一段距離后,光強(qiáng)會發(fā)生衰減,因此在長距離的光纖通信線路中,要加入許多光中繼器來放大光頻信號,以保證接收端有足夠的強(qiáng)度。
光頻信號由光纖維傳送到接收端,由激光接收機(jī)內(nèi)的光電檢測器件把已調(diào)制的光頻信號變成電信號,這就是光的解調(diào)。解調(diào)出來的電信號最后經(jīng)電信接收設(shè)備還原成原來的話音信號。常用的光電檢測器件有光電倍增管和半導(dǎo)體光電二極管。
當(dāng)然,圖2所示的光纖維通信系統(tǒng)只是一個(gè)原理圖,實(shí)際的光纖維通信系統(tǒng)都是多路、大容量的。因此在系統(tǒng)的圖2最簡單的光纖維通信系統(tǒng)示意圖發(fā)送端要加上多路復(fù)用設(shè)備,接收端加上多路分路設(shè)備。我們熟悉的微波、同軸電纜通信系統(tǒng),為了得到較大的通信容量,往往采用頻率復(fù)用、時(shí)分復(fù)用等手段,使許多路不同的電信號在一個(gè)信道上傳輸。光纖維通信同樣可采用光頻復(fù)用、光時(shí)分復(fù)用以及光空間復(fù)用等技術(shù),來實(shí)現(xiàn)超大容量通信。
人們要間,光會沿著彎曲的光纖維傳輸嗎?回答是肯定的。AT7911E一般光纖維是由芯和包皮兩層玻璃構(gòu)成的,包皮直徑約在100~150Um,芯直徑約為50~75Um。這種纖維的直徑是很細(xì)的,但是與常用的波長在lm左右的光波相比,光纖維相當(dāng)于光的“波導(dǎo)”了。不過它與微波通信中用的屏蔽式金屬波導(dǎo)不同,因此被稱作“介質(zhì)光波導(dǎo)”。制作時(shí),一般都是使芯玻璃的光折射率稍大于包皮玻璃的折射率。我們知道,當(dāng)光線以一定角度從光密(折射率大)媒質(zhì)射向光疏(折射率。┟劫|(zhì)時(shí),有可能在兩媒質(zhì)的交界面上產(chǎn)生全反射向前傳播。這樣,只要我們將光波的入射角控制在一定范圍內(nèi),光波就能在芯與包皮的交界面上,連續(xù)產(chǎn)生類似鏡子反光那樣的反光現(xiàn)象,從纖維的一端傳到另一端。圖l(當(dāng)期封底)左上角畫出了3種不同結(jié)構(gòu)的光纖維,它們的主要區(qū)別是截面上折射率的分布情況不同。第一、二兩種光纖維即為上述利用全反射傳播的結(jié)構(gòu),第一種為粗芯的,第二種為細(xì)芯的。第三種光纖維的折射率在截面上的分布情況是:中心處最大,沿半徑向外折射率逐漸下降,最外層最小。這樣,光波在纖維芯部傳輸時(shí),會自動從折射率小的地方向折射率大的軸心處會聚。邃種纖維叫“自聚焦纖維”,它在光通信中應(yīng)用很廣。
光纖維通信系統(tǒng)
光纖維通信系統(tǒng)與無線電通信相比較,在原理、結(jié)構(gòu)以及通信過程方面都相類似,所不同的是傳送信號的運(yùn)載工具是頻率在光波段的激光,而不是頻率較低的無線電波。由于這個(gè)緣故,光纖通信系統(tǒng)的振蕩源、放大、調(diào)制、濾波、傳輸和接收檢測等都與光特性有關(guān)。下面我們結(jié)合圖2所示最簡單的光纖維通信系統(tǒng)示意圖來說明其工作原理。
這是一個(gè)話音通信示意圖。由普通的電子元器件組成的電信發(fā)送設(shè)備,把話音信號變成隨聲音強(qiáng)弱變化的電信號,經(jīng)過足夠強(qiáng)的放大后,送到光源去對光源進(jìn)行調(diào)制。這里的光源,就是光載頻振蕩器,也就是激光器。這種調(diào)制又稱作光調(diào)制,其結(jié)果是使光源發(fā)出的穩(wěn)定不變的光束,變成隨話音強(qiáng)弱而變化的光束,換句話說,就是使光源輸出的光束帶上了話音信號,成為已調(diào)制的光頻信號。光調(diào)制有兩種方式:一種是直接的內(nèi)調(diào)制,它控制光源電參數(shù)(電流或電壓)的變化,使光源輸出的光束隨話音信號的強(qiáng)弱而變化,另一種為外調(diào)制,即在光源輸出光束的外部路徑上放置一塊晶體,把放大了的電信號(話音)加到晶體上以改變晶體的光學(xué)特性,這樣光束通過晶體后就隨信號的強(qiáng)弱而發(fā)生變化。
調(diào)制后的光頻信號要注八到直徑很細(xì)的光纖維中去,采用直接對準(zhǔn)注入的方法效率很低,一般是通過透鏡耦合器(見圖1)中的小型聚焦透鏡來提高耦合效率。光在纖維中傳輸一段距離后,光強(qiáng)會發(fā)生衰減,因此在長距離的光纖通信線路中,要加入許多光中繼器來放大光頻信號,以保證接收端有足夠的強(qiáng)度。
光頻信號由光纖維傳送到接收端,由激光接收機(jī)內(nèi)的光電檢測器件把已調(diào)制的光頻信號變成電信號,這就是光的解調(diào)。解調(diào)出來的電信號最后經(jīng)電信接收設(shè)備還原成原來的話音信號。常用的光電檢測器件有光電倍增管和半導(dǎo)體光電二極管。
當(dāng)然,圖2所示的光纖維通信系統(tǒng)只是一個(gè)原理圖,實(shí)際的光纖維通信系統(tǒng)都是多路、大容量的。因此在系統(tǒng)的圖2最簡單的光纖維通信系統(tǒng)示意圖發(fā)送端要加上多路復(fù)用設(shè)備,接收端加上多路分路設(shè)備。我們熟悉的微波、同軸電纜通信系統(tǒng),為了得到較大的通信容量,往往采用頻率復(fù)用、時(shí)分復(fù)用等手段,使許多路不同的電信號在一個(gè)信道上傳輸。光纖維通信同樣可采用光頻復(fù)用、光時(shí)分復(fù)用以及光空間復(fù)用等技術(shù),來實(shí)現(xiàn)超大容量通信。
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