天天-光纤传感器F-934：F10R

       

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zexu191219

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光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原理是'光的全反射'。前香港中文大学校长高锟和GeorgeA.Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。电力；微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管（lightemittingdiode,LED）或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。通常光纤与光缆两个会被混淆。多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆。
包覆后的缆线即被称为光缆。光纤外层的保护层和绝缘层可防止周围环境对光纤的，如水、火、电击等。光缆分为：光纤，缓冲层及披覆。光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是50μm和62.5μm两种，大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8μm~10μm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光线保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆，易断裂，因此需要外加一保护层。1870年的*，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理。
他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。人们曾经发现，光能沿着从酒桶中喷出的细酒流传输；人们还发现，光能顺着弯曲的玻璃棒光纤前进。这是为什么呢？难道光线不再直进了吗？这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是全反射的作用，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。表面上看，光好像在水流中弯曲前进。后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。

由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。1960-玻璃纤维的传输损耗大于1000dB/km，1966-七月，英藉、华裔学者高锟博士（K.C.Kao）在PIEE杂志上发表《光频率的介质纤维表面波导》，从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，1970-美国康宁公司三名科研人员马瑞尔、卡普隆、凯克用改进型化学相沉积法（MCVD法）*研制成传输损耗只有20dB/km的低损耗石英光纤。1974-美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法――CVD法（汽相沉积法），使光纤传输损耗降低到1.1dB/km。1976-美国在亚特兰大的贝尔实验室地下管道开通了世界上*条光纤通信系统的试验线路。
采用一条拥有144个光纤的光缆以44.736Mbps的速率传输信号，中继距离为10km。采用的是多模光纤，光源用的是发光管LED，波长是0.85微米的红外光。1977-世界上*条光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用，1979-赵梓森拉制出我国研发的*根实用光纤，1980-多模光纤通信系统商用化（140Mb/s），1990-单模光纤通信系统进入商用化阶段（565Mb/s），并着手进行零色散移位光纤和波分复用及相干通信的现场试验，1990-传输损耗降低至0.14dB/km，1992-贝尔实验室与日本合作伙伴*地试验了可以无错误传输9000公里的光放大器，其*初速率为5Gbps，1999-生产的8×2.5Gb/sWDM系统首次在青岛至大连开通。
2012年，的光纤产能已达到1亿2千万芯公里，预计到2013年将达到1亿8千万芯公里。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），*外是加强用的树脂涂层。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&TCORNING）。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（Rodintube）和双坩锅法等。石英光纤（SilicaFiber）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，现在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*低，只有0.2dB/km。掺氟光纤（FluorineDopedFiber）为石英光纤的典型产品。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。