电子信息科学与技术导论教学课件（全）.ppt

激光散射测量雷达系统 激光雷达（可用于气象、环保及遥感等） （2）手持激光测距仪 手持激光测距仪的工作原理类似激光雷达，主要用于测距，它已成为野外施工、房屋装修与日常家用，可以替代卷尺的一种简便测距工具。 7. 激光武器 激光武器 类型 按发射位置分 天基 陆基 舰载 车载 机载 按用途 分 战术型 战略型 激光枪 前苏联反卫、反导系统示意 安装有激光武器的战车 机头安装有激光武器的波音747 美国陆基反卫、反导激光装置示意图 光纤通信 优点 B E C D A 通信容量大 传输频带宽 传输损耗小 抗电磁干扰能力强 光纤资源丰富、便宜 10.2 光纤通信 光纤己取代架空明线、微波中继通信方式。 亚洲和美洲太平洋海底光缆连接图 光纤通信实例： 2008年10月投入运营的连接亚洲（上海）和美洲大陆的兆兆级(Tb/s)海底光缆通信系统能容纳1920万人同时通电话，或者同时传递16万路高清数字电视节目。其它通信方式要实现如此大的通信容量是无法想象的。 1960 1970 1980 1990至今 高琨(C.K.Kao) 康宁公司 (Coring Corp.) 提出石英玻璃纤维可将光波约束在其内进行光信号传输理论 研制出损耗为20dB/Km的光纤 光纤损耗不断下降，达到0.2dB/Km 各种特种光纤不断涌现，光纤损耗接近理论极限值 一、 光纤的发明 光纤：全称光导纤维(optical fiber)，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器件。 光纤的发明是先有理论，是在理论指导下的发明。 光纤之父高琨（） 高琨：1933年出生于上海，后来随父母移居香港，1965年在伦敦大学获博士学位。1987年到1996年从英国回到香港，出任香港中文大学校长，1996年当选为中国科学院外籍院士。由于他的杰出贡献，中国科学院紫金山天文台于1996年将一颗新发现的小行星命名为“高锟星”。2009年获诺贝尔物理学奖。 1. 光纤的结构和分类 （1）光纤结构 由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和表面涂覆层组成园柱形光缆。 二、 光纤特性 采用芯包结构的原因：引导激光在纤芯中传播；可减小散射损耗；增加光纤机械强度；防止与外界接触时纤芯受到的污染；表面涂覆层便于操作和保护光纤内部玻璃表面，防止刮痕或其它机械损伤，进一步增加光纤机械强度。 （2）光纤的分类 （a）按光纤中传播模式数量分类—单模光纤、多模光纤 单模光纤 多模光纤 光纤中传播的光波模式 只存在一个模式 可容纳多个模式 纤芯直径大小 采用的光源 半导体激光器(LD) 发光二极管(LED) 用途 长途骨干网 接入网或其它特定领域 4-12 50-100 典型值62.5 （b）按光纤纤芯折射率径向分布分类： 阶跃折射率光纤 渐变折射率光纤 2. 光纤的导光原理 （1）分析方法 光线理论：基于几何光学原理，可以较好的理解多模光纤的导光原理和特性，当纤芯直径较大时是一种较好的近似分析方法。 导波模式理论：当纤芯直径与光波波长可比拟时需基于导波光学理论，采用模式理论分析。 （2）几何光学析阶跃折射率导光模型 3. 光纤的传输特性 （1）损耗 光纤在波长为1550nm处的损耗已经降到0.2dB/Km。 光纤的损耗曲线 1998年朗讯（Lucent）发展了一种全波(Allwave)光纤，在1250-1650nm共400nm的超宽波长范围内均具有较低损耗。光纤损耗的理论极限值0.15dB/Km 。 光波在光纤中传播时，随着传输距离的增加其光能量逐渐减弱，即光波能量产生损耗。光纤的损耗是限制光纤通信系统传输距离的重要因素。 （2）色散 色散使光脉冲沿着光纤传播后展宽，脉冲展宽使相邻脉冲相互重叠，当重叠达到一定程度后在接收端将无法将相邻的脉冲分开，使接收端无法确定传送的是“1”？还是“0”，即判决输出会产生误码。 色散：不同波长的光信号在光纤中传输速度不同的物理现象称之为色散。 由于光纤通信系统中光源输出的信号总具有一定的谱线宽度，不同波长分量的光波具有不同的传播速度，这就使得在光纤入射端同时出发的光信号通过一定距离的传输后不同波长分量抵达接收端的时间不同。 色散使光脉冲展宽 （3）非线性效应 色散现象是限制光纤传输速率和传输距离的最主要因素！ 光纤传输的非线性效应包含多种现象，比如折射率随功率变化，比如产生新的波长，比如产生光学谐波，倍频，受激散射，双光子吸收，饱和吸收，自聚焦，自散焦等。 1，光纤在强光作用下介质呈现非线性极化 2，光纤对于传送一个光子和传送一百万个光子的物理过程不完全相同 非线性效应物理原因 非线性效应的影响：产生光波的杂散分量，造成干扰，使波分复用系统的波长间隔不能