光纤光学_第1章课件.ppt

光纤光学（Optical Fiber Optics）中南民族大学电信学院钟志有E-mail: zhongzhiyou@163.comTel.:教学参考书：A. 学校图书馆：1. 光纤光学（廖延彪编著；清华大学出版社）TN25　0012 2. 光纤技术－理论基础与应用（孙雨南等编著；北京理工　　大学出版社）TN929.11　19143. 光纤技术（饶云江主编；科学出版社）TN929.11　2513 4. 光纤通信原理（邓大鹏等编著；人民邮电出版社） TN929.11　77475. 光纤通信（张宝富等编著；西安电子科技大学出版社）  TN929.11　12336. 光纤通信原理与技术（马军山主编；人民邮电出版社） TN929.11　1732 B. 学校超星数字图书馆：1. 光纤光学（刘德明等编著；国防工业出版社）2. 光纤光学（廖延彪编著；清华大学出版社）3. 光纤技术及应用（彭吉虎等编著；北京理工大学出版社） 教学目的：1.掌握光纤中光传输的基本理论和基础知识；2.熟悉光纤、光缆的特性及其相关参数的测试方法；3.了解光纤、光缆的相关应用。 教学内容： 第1章　绪论 第2章　光纤中的波动及射线理论基础 第3章　光纤（光缆）及其相关性质 第4章　光纤的传输理论 第5章　光纤传感技术应用介绍 第1章　绪论主要内容： 光纤技术的发展历程 光纤与通信技术的关系 光纤与传感技术的关系 1.1 光纤光学　它是光学的分支之一　它是研究光导纤维的光学特性及其应用的一门学科　名词“光纤”出现于20世纪50年代 光纤光学的研究对象：光导光纤　　光纤是一种由玻璃或塑料制成的透明易弯曲的长纤维，并且根据Snell（斯涅耳）定律（反射定律），借助于使用全内反射可以使光能在光纤内部传输。 光导光纤的特点：有界性　　光波在光纤中横向受边界限制，纵向可无限延伸，其光学特性和大块媒质的光学特性有很大差别，其中许多特性还在研究之中。 1.2 光纤的发展历程1870年，英国物理学家Joan Tyndall验证光可以在一个弯曲的水流中传播，证明了全内反射现象的存在。1951年，设计第一个光导纤维镜，可用于传播人体内部器官的图像。1953年，伦敦皇家科学技术学院的Narinder Kapany开发现在所用的光纤，“光纤”一名由Kapany给出。 　　光纤要成为光导设备，其基本特征是能够长距离传输，需要解决“光衰减”问题。　　光通过长距离从输入端传输到输出端时，在输出端输出的能量一定不能小于接收端探测器能探测的最小光强。1966年，华裔科学家高锟（Charles Kao）博士在英国发表一篇具有里程碑意义的论文：“用于光频率的绝缘纤维表面波导管”，打开通往光纤技术大门的钥匙。 　　针对当时玻璃光纤本身传输损耗高达1000 dB/km的情况，指出　　“这样大的传输损耗不是石英玻璃光纤本身固有的基本特性，而是由于材料中带有杂质，如含有过渡元素离子产生的。材料本身的损耗是由瑞利散射决定的，它随波长的四次方而下降，其损耗是很低的。因此，有可能制造出适合于长距离通信的低损耗光纤。如果把材料中的金属离子含量的质量比降低到10-6以下，则可使光纤的传输损耗下降到10 dB/km以下，再通过改进拉丝工艺的热处理来提高材料的均匀性，都可以把损耗降至每千米几分贝以下”。 1970年，康宁（Corning）公司采用化学气相沉积（CVD）工艺第一个抽出衰减小于20 dB/km的光纤，成为世界上公认的第一根通信用光导纤维。…………….　性能优异的各种光纤涌现。广泛应用：如电话通信，数据传输，闭路电视，工业控制与监测，军事等。1988年，第一条跨越大西洋海底，连接美国东海岸同欧洲大陆的光缆开通；…….. 在工业发达国家及我国：干线大容量通信线路不再新建同轴电缆，而全部铺设光缆。 在我国，干线系统中有：南沿海工程、沪宁汉干线、芜湖到九江（含过长江的水下光缆）、京汉广等，短距离的系统不计其数。 在武汉、上海、西安、北京、天津等地建立了几家规模较大、水平较高的光纤、光缆制造厂。 2001年，全国铺设光缆总长度达149.5万公里，其中长途干线光缆33.5多公里，本地中继网光缆线路75.5万多公里，接入网光缆线路37万多公里。 到2002年3月，我国“八横八纵”格状国家光通信骨干网也已基本建成。 我国铺设光缆的方向已经转向城域网等局部性网络。 1.3 光纤技术基础1.3.1 光纤结构纤芯：由折射率比周围包层略高的光学材料制成。其直径根据光纤类型而定，一般通信用单模光