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濟南市皮線光纜廠家

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光導纖維,簡稱光纖,是一種達致光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理傳輸?shù)墓鈧鲗Чぞ?。光纜是一定數(shù)量的光纖按照一定方式組成纜 光導纖維,簡稱光纖,是一種達致光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理傳輸?shù)墓鈧鲗Чぞ?。微細的光纖封裝在塑料護套中,使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常光纖的一端的發(fā)射設(shè)備使用發(fā)光二極管或一束激光將光脈沖傳送至光纖,光纖的另一端的接收設(shè)備使用光敏組件檢測脈沖。包含光纖的線纜稱為光纜。由于光在光導纖維的傳輸損失比電在電線傳導的損耗低得多,更因為主要生產(chǎn)原料是硅,蘊藏量極大,較易開采,所以價格便宜,促使光纖被用作長距離的信息傳遞工具。隨著光纖的價格進一步降低,光纖也被用于醫(yī)療和娛樂的用途。


  光纖主要分為兩類,漸變光纖與突變光纖。前者的折射率是漸變的,而后者的折射率是突變的。另外還分為單模光纖及多模光纖。近年來,又有新的光子晶體光纖問世。


  光導纖維是雙重構(gòu)造,核心部分是高折射率玻璃,表層部分是低折射率的玻璃或塑料,光在核心部分傳輸,并在表層交界處不斷進行全反射,沿“之”字形向前傳輸。這種纖維比頭發(fā)稍粗,這樣細的纖維要有折射率截然不同的雙重結(jié)構(gòu)分布,是一個非常驚人的技術(shù)。各國科學家經(jīng)過多年努力,創(chuàng)造了內(nèi)附著法、MCVD法、VAD法等等,制成了超高純石英玻璃,特制成的光導纖維傳輸光的效率有了非常明顯的提高?,F(xiàn)在較好的光導纖維,其光傳輸損失每公里只有零點二分貝;也就是說傳播一公里后只損失4.5%。


2 運作原理 編輯本段
  光纖是圓柱形的介質(zhì)波導,應用全反射原理來傳導光線。光纖的結(jié)構(gòu)大致分為里面的核心部分與外面的包覆部分。為了要局限光信號于核心,包覆的折射率必須小于核心的折射率。漸變光纖的折射率是緩慢改變的,從軸心到包覆,逐漸地減??;而突變光纖在核心-包覆邊界區(qū)域的折射率是急劇改變的。


3 折射率 編輯本段


  折射率可以用來計算在物質(zhì)里的光線速度。在真空里,及外太空,光線的傳播速度最快,大約為 3 億米/秒。一種物質(zhì)的折射率是真空光速除以光線在這物質(zhì)里傳播的速度。所以,根據(jù)定義,真空折射率是 1 。折射率越大,光線傳播的速度越慢。通常光纖的核心的折射率是 1.48 ,包覆的折射率是 1.46 。所以,光纖傳導信號的速度粗算大約為 2 億米/秒。電話信號,經(jīng)過光纖傳導,從紐約到悉尼,大約 12000 公里距離,會有 0.06 秒時間的延遲。


4 全反射 編輯本段


  當移動于密度較高的介質(zhì)的光線,以大角度入射于核心-包覆邊界時,假若這入射角(光線與邊界面的法線之間的夾角)的角度大于臨界角的角度,則這光線會被完全地反射回去。光纖就是應用這種效應來局限傳導光線于核心。在光纖內(nèi)部傳播的光線會被邊界反射過來,反射過去。由于光線入射于邊界的角度必須大于臨界角的角度,只有在某一角度范圍入光纖的光線,才能夠通過整個光纖,不會泄漏損失。這角度范圍稱為光纖的受光錐角,是光纖的核心折射率與包覆折射率的差值的函數(shù)。


  更簡單地說,光線射入光纖的角度必須小于受光角的角度,才能夠傳導于光纖核心。受光角的正弦是光纖的數(shù)值孔徑。數(shù)值孔徑越大的光纖,越不需要精密的熔接和操作技術(shù)。單模光纖的數(shù)值孔徑比較小,需要比較精密的熔接和操作技術(shù)。


5 多模光纖 編輯本段
  核心直徑較大的光纖(大于 10 微米)的物理性質(zhì),可以用幾何光學的理論來分析,這種光纖稱為多模光纖,用于通信用途時,線材會以橘色外皮做為辨識。




  在一個多模突變光纖內(nèi),光線靠著全反射傳導于核心。當光線遇到核心-包覆邊界時,假若入射角大于臨界角,則光線會被完全反射。臨界角的角度是由核心折射率與包覆折射率共同決定。假若入射角小于臨界角,則光線會折射入包覆,無法繼續(xù)傳導于核心。臨界角又決定了光纖的受光角,通常以數(shù)值孔徑來表示其大小。較高的數(shù)值孔徑會允許光線,以較近軸心和較寬松的角度,傳導于核心,造成光線和光纖更有效率的耦合。但是,由于不同角度的光線會有不同的光程,通過光纖所需的時間也會不同,所以,較高的數(shù)值孔徑也會增加色散。有些時候,較低的數(shù)值孔徑會是更適當?shù)倪x擇。


  漸變光纖的核心的折射率,從軸心到包覆,逐漸地減低。這會使朝著包覆傳導的光線,平滑緩慢地改變方向,而不是急劇地從核心-包覆邊界反射過去。這樣,大角度光線會花更多的時間,傳導于低折射率區(qū)域,而不是高折射率區(qū)域。因此,所形成的曲線路徑,會減低多重路徑色散。工程師可以精心設(shè)計漸變光纖的折射率分布,使得各種光線在光纖內(nèi)的軸傳導速度差值,能夠極小化。這理想折射率分布應該會非常接近于拋物線分布。


6 單模光纖 編輯本段
  核心直徑小于傳播光波波長約十倍的光纖,不能用幾何光學理論來分析其物理性質(zhì)。替而代之,必須改用麥克斯韋方程組來分析,導出相關(guān)的電磁波方程。視為光學波導,光纖可以傳播多于一個橫模的光波。只允許一種橫模傳導的光纖稱為單模光纖。用于通信用途時,線材會以黃色外皮做為辨識[來源請求]。大直徑核心、多橫模的光纖的物理性質(zhì),也可以用電磁波波動方程分析。結(jié)果會顯示出,這種光纖允許多于一個橫模的光波。這樣的解析多模光纖,所得到的結(jié)果,與幾何光學的解析結(jié)果大致相同。


  波導分析顯示,在光纖內(nèi)的光波的能量,并不是全部局限于核心里。令人驚訝地,特別是在單模光纖里,有很大一部分的能量是以衰減波的形式傳導于包覆。


  最常見的一種單模光纖,核心直徑大約為 7.5–9.5 微米,專門用于傳導近紅外線。多模光纖的核心直徑可以小至 50 微米,或者大至幾百微米。


7 特用光纖 編輯本段


  有些特用光纖的核心或包覆會特別地制作成非圓柱形,通常像橢圓形或長方形。這包括維護偏極化光纖。光子晶體光纖是一種新型的光纖,其折射率以規(guī)律性的模式變化(通常沿著光纖的軸向會有圓柱空洞)。光子晶體光纖應用衍射效應(單獨的或加上全反射效應)來局限光波于光纖核心。


8 衰減機制 編輯本段


  在介質(zhì)內(nèi),光纖的衰減,又稱為傳輸損失,指的是隨著傳輸距離的增加,光束(或信號)強度會減低。由于現(xiàn)代光傳輸介質(zhì)的高質(zhì)量透明度,光纖的衰減系數(shù)的單位通常是 dB/km (每公里長度介質(zhì)的分貝)。因為硅石玻璃纖維能夠滿足嚴格的規(guī)定,局限光束于內(nèi)部,傳輸介質(zhì)材料大多是由硅石玻璃纖維制成的。


  阻礙數(shù)字信號遠距離傳輸?shù)囊粋€重要因素就是衰減。因此,減少衰減是光纖光學研究的必然目標。經(jīng)過多次實驗得到的結(jié)果,顯示出光散射和吸收是造成光纖衰減的主要原因之一。


9 光散射 編輯本段
  因為光線的全反射,光線可以傳輸于光纖核心。粗糙、不規(guī)則的表面,甚至在分子層次,也會使光線往隨機方向反射,稱這現(xiàn)象為漫反射或光散射[1],其特征通常是多種不同的反射角。


  大多數(shù)物體因為表面的光散射,可以被人類視覺偵測到。光散射跟入射光波的波長有關(guān)??梢姽獾牟ㄩL大約是 1 微米。人類視覺無法偵測到超小于這尺寸的物體.[2]。所以,位于可見物體表面的散射中心也有類似的空間尺寸。


  光波入射于內(nèi)部的邊界面時,會因為不同調(diào)散射而造成衰減。對于結(jié)晶材料或多晶材料,像金屬或陶瓷,除了細孔以外,大部分內(nèi)部接口的形式乃晶界,分隔了晶粒尺寸的微小區(qū)域。材料學發(fā)現(xiàn),假若能將散射中心(或晶界)的尺寸減小到低于入射光波的波長,則光散射的影響會減小很多,可以被忽略。這發(fā)現(xiàn)引起更多有關(guān)透明陶瓷材料的研究。


  類似地,在光學光纖內(nèi),光散射是由分子層次的不規(guī)則玻璃結(jié)構(gòu)所造成的。很多材料學認為玻璃無疑是多晶材料的極限案例。而其展現(xiàn)出短距離現(xiàn)像的疇域 (domain) ,則是金屬、合金、玻璃、陶瓷等等的基礎(chǔ)建筑材料。散布在這些疇域之間,有很多微結(jié)構(gòu)缺陷,是造成光散射的最理想地點。


  當光學倍率變高時,光纖的非線性光學行為也可能會造成光散射
心,外包有護套,有的還包覆外護層,用以實現(xiàn)光信號傳輸?shù)囊环N通信線路。
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