光纖的線性與非線性效應概述

1、光纖的線性與非線性效應概述1. 緒論1.1 光纖的特點1.2 光纖的歷史1.3 光纖的應用2. 光纖的線性效應2.1 損耗2.2 色散3. 光纖的非線性效應3.1 非線性效應產(chǎn)生的原因3.2 自相位調制3.3 受激拉曼散射3.4 受激布里淵散射3.5 非線性效應的重要性4. 結論1. 緒論1.1 光纖的特點光纖是光導纖維的簡稱。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成的光傳導工具。光纖有單模光纖和多模光纖之分：單模光纖采用窄芯線，使用激光作為發(fā)光源，所以其地散極小；另外激光是發(fā)一個方向射入光纖，而且僅有一束，使用其信號比較強，可以應用于高速度、長距離的應用領域中，便也合得它的成本

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

3、爾到皇家學會的演講廳講光的全反射原理，他做了一個簡單的實驗：在裝滿水的木桶上鉆個孔，然后用燈從桶上邊把水照亮。結果使觀眾們大吃一驚。人們看到，放光的水從水桶的小孔里流了出來，水流彎曲，光線也跟著彎曲，光居然被彎彎曲曲的水俘獲了。當入射角大于某一角度時，折射光線消失，全部光線都反射回水中。表面上看，光好像在水流中彎曲前進。實際上，在彎曲的水流里，光仍沿直線傳播，只不過在內表面上發(fā)生了多次全反射，光線經(jīng)過多次全反射向前傳播。 后來人們造出一種透明度很高、粗細像蜘蛛絲一樣的玻璃絲玻璃纖維，當光線以合適的角度射入玻璃纖維時，光就沿著彎彎曲曲的玻璃纖維前進。由于這種纖維能夠用來傳輸光線，所以稱它為光導纖

4、維。1880年，美國電話發(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。1881年，貝爾宣讀了一篇題為關于利用光線進行聲音的產(chǎn)生與復制的論文，報導了他的光電話裝置。1930年至1932年間，日本在東京的日本電報公司與每日新聞社之間實現(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，光電話發(fā)展成為紅外線電話，因為紅外線肉眼看不見，更有利于保密。1854年，英國的廷德爾在英國皇家學會的一次演講中指出，光線能夠沿盛水的彎曲管道進行反射而傳輸，并用實驗證實了這個想法。 1927年，英國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，并且獲得了兩項專利。 1951年，荷蘭和英國

5、開始進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月世界上第一臺紅寶石激光器出現(xiàn)了。1961年9月由中國科學院長春光學精密機械研究所研制成功中國第一臺紅寶石激光器。 20世紀60年代，有的實驗室用氦、氖氣體激光器做了傳送電視信號和20路電話的實驗。也有的公司制成了語言信道試驗性通信系統(tǒng)，最大傳輸距離為600米。到80年代初激光通信已進入應用發(fā)展階段。 1966年英籍華人高錕博士首次明確提出利用光導纖維進行激光通信的設想，并為此獲得了1979

6、年5月由瑞士國王頒發(fā)的國際伊利申通信獎金。 1968年，日本兩家公司聯(lián)合宣布研制成了一種新型無套層光纖，它能聚集和成像，稱作聚焦纖維。同期，美國宣布制成液體纖維，它是利用石英毛細管充以高透明液構成的。這兩種光纖的光耗損很難降低，所以實用價值不大。 1970年美國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，開創(chuàng)了光纖通信的新篇章，使通信光纖研究躍進了一大步。一根光纖可以傳輸150萬路電話和2萬套電視。 1976年日本在大孤附近的奈良縣開始籌建世界上第一個完全用光纜實現(xiàn)光通信的實驗區(qū)，到1978年7月已擁有300個用戶。（實際上光通信系統(tǒng)使用的不是單根光導纖維，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，里面有近百根光導纖維。光纜和電纜一樣可以架在空中，埋入地下，也可以鋪設在海底，它的出現(xiàn)使激光通信進入實際應用階段。）1979年趙梓森拉制出我國自主研發(fā)的第一根實用光纖，被譽為“中國光纖之父”進入實用階段以后，光纖通信的應用發(fā)展極為迅速，應用的光纖通信系統(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，應用光纖的短波長（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波長（1310納米），光纖逐漸采用單模光纖，到90年代初，通信容量擴大了50倍，達到2.5Gbs。進入90年代以后，傳輸波長又從1310納米

8、轉向更長的1550納米波長，并且開始使用光纖放大器、波分復用（WDM）技術等新技術。通信容量和中繼距離繼續(xù)成倍增長。廣泛地應用于市內電話中繼和長途通信干線，成為通信線路的骨干。1990年光纖應用于區(qū)域網(wǎng)絡及其他短距離傳輸。2005年FTTH(Fiber To The Home)光纖直接到家庭。1.3 光纖的應用塑料光纖作為短距離通信網(wǎng)絡的理想傳輸介質，在未來家庭智能化、辦公自動化、工控網(wǎng)絡化。車載機載通信網(wǎng)、軍事通信網(wǎng)以及多媒體設備中的數(shù)據(jù)傳輸中具有重要的地位。 通過塑料光纖，我們可實現(xiàn)智能家電（家用PC、HDTV、電話、數(shù)字成象設備、家庭安全設備、空調、冰箱、音響系統(tǒng)、廚用電器等）的聯(lián)網(wǎng)，達

9、到家庭自動化和遠程控制管理，提高生活質量；通過塑料光纖，我們可實現(xiàn)辦公設備的聯(lián)網(wǎng)，如計算機聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)計算機并行處理，辦公設備間數(shù)據(jù)的高速傳輸可大大提高工作效率，實現(xiàn)遠程辦公等。在低速局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率小于100Mbps時，100米范圍內的傳輸用SI型塑料光纖即可實現(xiàn)；150Mbps50米范圍內的傳輸可用小數(shù)值孔徑POF實現(xiàn)。 POF在制造工業(yè)中可得到廣泛的應用。通過轉換器，POF可以與RS232、RS422、100Mbps以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)等標準協(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、可靠的通信線路。能夠高速地傳輸工業(yè)控制信號和指令，避免因使用金屬電纜線路而受電磁干擾導致通信傳輸中斷的危

10、險。POF重量輕且耐用，可以將車載機通信網(wǎng)絡和控制系統(tǒng)組成一個網(wǎng)絡，將微型計算機、衛(wèi)星導航設備、移動電話、傳真等外設納入機車整體設計中，旅客還可通過塑料光纖網(wǎng)絡在座位上享受音樂、電影、視頻游戲、購物、Internet等服務。 在軍事通信上，POF正在被開發(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，用于士兵穿戴式的輕型計算機系統(tǒng)，并能夠插入通信網(wǎng)絡下載、存儲、發(fā)送、接收關鍵任務信息，且在頭盔顯示器中顯示。 綜上所述，隨著科技的發(fā)展，塑料光纖的應用領域越來越廣，其市場的發(fā)展會越來越廣闊。國外在塑料光纖的應用開發(fā)上已取得了較大的成果，且不斷在在加大新的應用