光纖的線(xiàn)性與非線(xiàn)性效應(yīng)概述

1、光纖的線(xiàn)性與非線(xiàn)性效應(yīng)概述1. 緒論1.1 光纖的特點(diǎn)1.2 光纖的歷史1.3 光纖的應(yīng)用2. 光纖的線(xiàn)性效應(yīng)2.1 損耗2.2 色散3. 光纖的非線(xiàn)性效應(yīng)3.1 非線(xiàn)性效應(yīng)產(chǎn)生的原因3.2 自相位調(diào)制3.3 受激拉曼散射3.4 受激布里淵散射3.5 非線(xiàn)性效應(yīng)的重要性4. 結(jié)論1. 緒論1.1 光纖的特點(diǎn)光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱(chēng)。是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。光纖有單模光纖和多模光纖之分：?jiǎn)文９饫w采用窄芯線(xiàn)，使用激光作為發(fā)光源，所以其地散極?。涣硗饧す馐前l(fā)一個(gè)方向射入光纖，而且僅有一束，使用其信號(hào)比較強(qiáng)，可以應(yīng)用于高速度、長(zhǎng)距離的應(yīng)用領(lǐng)域中，便也合得它的成本

2、相對(duì)更高；而多模光纖則更廣泛地應(yīng)用于短距離或相對(duì)速度更低一些的領(lǐng)域中，它采用LED 作為光源，使用寬芯線(xiàn)，所以其散較大；在加上整個(gè)光纖內(nèi)有以多個(gè)角度射入的光，所以其信號(hào)不如單模光纖好，但相對(duì)低的價(jià)格是它的優(yōu)勢(shì)。主要的特點(diǎn)：抗干擾性強(qiáng)：由于光纖中傳輸?shù)氖枪馐?，光束是不?huì)受外界電磁干擾影響；保密性強(qiáng)：由于傳輸?shù)氖枪馐?，所以本身不?huì)向外幅射信號(hào)，有效地防止了竊聽(tīng)；傳輸速度快：光纖是至今為止傳輸速度最快的傳輸介質(zhì)，能輕松達(dá)到1000Mbps；傳輸距離長(zhǎng)：它的主減極小，在較大的范圍內(nèi)是一個(gè)常數(shù)，在許多情況下幾乎可以忽略不計(jì)的，在這方面比電纜優(yōu)越很多。 1.2 光纖的歷史1870年的一天，英國(guó)物理學(xué)家丁達(dá)

3、爾到皇家學(xué)會(huì)的演講廳講光的全反射原理，他做了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)：在裝滿(mǎn)水的木桶上鉆個(gè)孔，然后用燈從桶上邊把水照亮。結(jié)果使觀(guān)眾們大吃一驚。人們看到，放光的水從水桶的小孔里流了出來(lái)，水流彎曲，光線(xiàn)也跟著彎曲，光居然被彎彎曲曲的水俘獲了。當(dāng)入射角大于某一角度時(shí)，折射光線(xiàn)消失，全部光線(xiàn)都反射回水中。表面上看，光好像在水流中彎曲前進(jìn)。實(shí)際上，在彎曲的水流里，光仍沿直線(xiàn)傳播，只不過(guò)在內(nèi)表面上發(fā)生了多次全反射，光線(xiàn)經(jīng)過(guò)多次全反射向前傳播。 后來(lái)人們?cè)斐鲆环N透明度很高、粗細(xì)像蜘蛛絲一樣的玻璃絲玻璃纖維，當(dāng)光線(xiàn)以合適的角度射入玻璃纖維時(shí)，光就沿著彎彎曲曲的玻璃纖維前進(jìn)。由于這種纖維能夠用來(lái)傳輸光線(xiàn)，所以稱(chēng)它為光導(dǎo)纖

4、維。1880年，美國(guó)電話(huà)發(fā)明家貝爾就已經(jīng)研究并成功地發(fā)送與接收了光電話(huà)。1881年，貝爾宣讀了一篇題為關(guān)于利用光線(xiàn)進(jìn)行聲音的產(chǎn)生與復(fù)制的論文，報(bào)導(dǎo)了他的光電話(huà)裝置。1930年至1932年間，日本在東京的日本電報(bào)公司與每日新聞社之間實(shí)現(xiàn)了3.6公里的光通信，但在大霧大雨天氣里效果很差。第二次世界大戰(zhàn)期間，光電話(huà)發(fā)展成為紅外線(xiàn)電話(huà)，因?yàn)榧t外線(xiàn)肉眼看不見(jiàn)，更有利于保密。1854年，英國(guó)的廷德?tīng)栐谟?guó)皇家學(xué)會(huì)的一次演講中指出，光線(xiàn)能夠沿盛水的彎曲管道進(jìn)行反射而傳輸，并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這個(gè)想法。 1927年，英國(guó)的貝爾德首次利用光全反射現(xiàn)象制成石英纖維可解析圖像，并且獲得了兩項(xiàng)專(zhuān)利。 1951年，荷蘭和英國(guó)

5、開(kāi)始進(jìn)行柔軟纖維鏡的研制。 1953年，荷蘭人范赫爾把一種折射率為1.47的塑料涂在玻璃纖維上，形成比玻璃纖維芯折射率低的套層，得到了光學(xué)絕緣的單根纖維。但由于塑料套層不均勻，光能量損失太大。 1960年7月世界上第一臺(tái)紅寶石激光器出現(xiàn)了。1961年9月由中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所研制成功中國(guó)第一臺(tái)紅寶石激光器。 20世紀(jì)60年代，有的實(shí)驗(yàn)室用氦、氖氣體激光器做了傳送電視信號(hào)和20路電話(huà)的實(shí)驗(yàn)。也有的公司制成了語(yǔ)言信道試驗(yàn)性通信系統(tǒng)，最大傳輸距離為600米。到80年代初激光通信已進(jìn)入應(yīng)用發(fā)展階段。 1966年英籍華人高錕博士首次明確提出利用光導(dǎo)纖維進(jìn)行激光通信的設(shè)想，并為此獲得了1979

6、年5月由瑞士國(guó)王頒發(fā)的國(guó)際伊利申通信獎(jiǎng)金。 1968年，日本兩家公司聯(lián)合宣布研制成了一種新型無(wú)套層光纖，它能聚集和成像，稱(chēng)作聚焦纖維。同期，美國(guó)宣布制成液體纖維，它是利用石英毛細(xì)管充以高透明液構(gòu)成的。這兩種光纖的光耗損很難降低，所以實(shí)用價(jià)值不大。 1970年美國(guó)康寧公司用高純石英生產(chǎn)出世界上第一根耗損率為每公里20分貝的套層光纖，開(kāi)創(chuàng)了光纖通信的新篇章，使通信光纖研究躍進(jìn)了一大步。一根光纖可以傳輸150萬(wàn)路電話(huà)和2萬(wàn)套電視。 1976年日本在大孤附近的奈良縣開(kāi)始籌建世界上第一個(gè)完全用光纜實(shí)現(xiàn)光通信的實(shí)驗(yàn)區(qū)，到1978年7月已擁有300個(gè)用戶(hù)。（實(shí)際上光通信系統(tǒng)使用的不是單根光導(dǎo)纖維，而是由許多

7、光纖維聚集在一起組成的光纜。一根直徑為1厘米的光纜，里面有近百根光導(dǎo)纖維。光纜和電纜一樣可以架在空中，埋入地下，也可以鋪設(shè)在海底，它的出現(xiàn)使激光通信進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。）1979年趙梓森拉制出我國(guó)自主研發(fā)的第一根實(shí)用光纖，被譽(yù)為“中國(guó)光纖之父”進(jìn)入實(shí)用階段以后，光纖通信的應(yīng)用發(fā)展極為迅速，應(yīng)用的光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)多次更新?lián)Q代。70年代的光纖通信系統(tǒng)主要是用多模光纖，應(yīng)用光纖的短波長(zhǎng)（850納米）波段，（1納米=1000兆分之一米，即米）。80年代以后逐漸改用長(zhǎng)波長(zhǎng)（1310納米），光纖逐漸采用單模光纖，到90年代初，通信容量擴(kuò)大了50倍，達(dá)到2.5Gbs。進(jìn)入90年代以后，傳輸波長(zhǎng)又從1310納米

8、轉(zhuǎn)向更長(zhǎng)的1550納米波長(zhǎng)，并且開(kāi)始使用光纖放大器、波分復(fù)用（WDM）技術(shù)等新技術(shù)。通信容量和中繼距離繼續(xù)成倍增長(zhǎng)。廣泛地應(yīng)用于市內(nèi)電話(huà)中繼和長(zhǎng)途通信干線(xiàn)，成為通信線(xiàn)路的骨干。1990年光纖應(yīng)用于區(qū)域網(wǎng)絡(luò)及其他短距離傳輸。2005年FTTH(Fiber To The Home)光纖直接到家庭。1.3 光纖的應(yīng)用塑料光纖作為短距離通信網(wǎng)絡(luò)的理想傳輸介質(zhì)，在未來(lái)家庭智能化、辦公自動(dòng)化、工控網(wǎng)絡(luò)化。車(chē)載機(jī)載通信網(wǎng)、軍事通信網(wǎng)以及多媒體設(shè)備中的數(shù)據(jù)傳輸中具有重要的地位。 通過(guò)塑料光纖，我們可實(shí)現(xiàn)智能家電（家用PC、HDTV、電話(huà)、數(shù)字成象設(shè)備、家庭安全設(shè)備、空調(diào)、冰箱、音響系統(tǒng)、廚用電器等）的聯(lián)網(wǎng)，達(dá)

9、到家庭自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制管理，提高生活質(zhì)量；通過(guò)塑料光纖，我們可實(shí)現(xiàn)辦公設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，如計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)并行處理，辦公設(shè)備間數(shù)據(jù)的高速傳輸可大大提高工作效率，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程辦公等。在低速局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率小于100Mbps時(shí)，100米范圍內(nèi)的傳輸用SI型塑料光纖即可實(shí)現(xiàn)；150Mbps50米范圍內(nèi)的傳輸可用小數(shù)值孔徑POF實(shí)現(xiàn)。 POF在制造工業(yè)中可得到廣泛的應(yīng)用。通過(guò)轉(zhuǎn)換器，POF可以與RS232、RS422、100Mbps以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口相連，從而在惡劣的工業(yè)制造環(huán)境中提供穩(wěn)定、可靠的通信線(xiàn)路。能夠高速地傳輸工業(yè)控制信號(hào)和指令，避免因使用金屬電纜線(xiàn)路而受電磁干擾導(dǎo)致通信傳輸中斷的危

10、險(xiǎn)。POF重量輕且耐用，可以將車(chē)載機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，將微型計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備、移動(dòng)電話(huà)、傳真等外設(shè)納入機(jī)車(chē)整體設(shè)計(jì)中，旅客還可通過(guò)塑料光纖網(wǎng)絡(luò)在座位上享受音樂(lè)、電影、視頻游戲、購(gòu)物、Internet等服務(wù)。 在軍事通信上，POF正在被開(kāi)發(fā)用于高速傳輸大量的第三、保密信息，如利用POF重量輕、可撓性好、連接快捷，適用于在身配戴的特點(diǎn)，用于士兵穿戴式的輕型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并能夠插入通信網(wǎng)絡(luò)下載、存儲(chǔ)、發(fā)送、接收關(guān)鍵任務(wù)信息，且在頭盔顯示器中顯示。 綜上所述，隨著科技的發(fā)展，塑料光纖的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，其市場(chǎng)的發(fā)展會(huì)越來(lái)越廣闊。國(guó)外在塑料光纖的應(yīng)用開(kāi)發(fā)上已取得了較大的成果，且不斷在在加大新的應(yīng)用