第1章 光纤的传输理论
第1章 光纤的传输理论
光传输的两种理论
射线光学：用光射线去代表光能量传输路 线的方法。
波动光学：把光纤中的光作为经典电磁场 来处理。
第1章 光纤的传输理论
1.1 光纤的基本性质
1.1.1 光纤的结构、分类和光的传输
光纤的结构：光纤是横截面很小的可绕透明长丝，它 在长距离内有束缚和传输光的作用。
纤芯是由高度透明的材料制成的 ； 包层的折射率略小于纤芯 ， 从而造 成一种光波导效应 ，使大部分的电 磁场被束缚在纤芯中传输 ；
涂敷层的作用是保护光纤不受水汽 的侵蚀和机械的擦伤 ， 同时又增加 光纤的柔韧性。 在涂敷层外 ， 往 往加有塑料外套 。
第1章 光纤的传输理论
为了便于工程上安装和敷设 ， 常常将若干根光纤组 合成光缆。 光缆的结构繁多 ， 图给出的是我国较 为普遍采用的层绞式和骨架式两种结构。 光缆中的 钢质加强心 ，一方面是为了提高其抵抗张力的能力 ； 另一方面由于加强心的膨胀系数小于塑料 ， 所以它 能抵制塑料的伸缩 ， 从而使光缆的温度特性有所改 善。
1.1.1 光纤的结构、分类和光的传输
光纤的分类： 按材料不同光纤可分为：
1. 石英系光纤：这种光纤的纤芯和包层由高纯度的SIO2掺有适当的 杂质制成的。目前这种光纤的损耗最低、强度和可靠性最高，应 用最广泛但价格也较贵。
2. 多组份玻璃纤维：如用钠玻璃掺有适当杂质制成，损耗较低，但 可靠性不高。
高琨博士被称为“光纤之父” （香港中
文大学校长）
Charles Kuen Kao 高錕
瑞典皇家科学院10月6日宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔 科学家高锟以及美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。
Dielectric-fibre Surface Waveguides for Optical Frequencies
1966 July pp.1151-1158.英国电机工程师学会的学报（PIEE）
论文通过理论分析得出，只要纯度足够高，光纤就可以用来长距离传输 信号。他计算出如何使光在光导纤维中进行远距离传输，这项成果最终 促使光纤通信系统问世，而正是光纤通信为当今互联网的发展铺平了道 路。
Abstract：A dielectric fibre with a refractive index higher than its surrounding region is a form of dielectric waveguide which represents a possible medium for the guided transmission of energy at optical frequencies. The particular type of dielectric-fibre waveguide discussed is one with a circular cross-section. The choice of the mode of propagation for a fibre waveguide used for communication purposes is governed by consideration of loss characteristics and information capacity. Dielectric loss, bending loss and radiation loss are discussed, and mode stability, dispersion and power handling are examined with respect to information capacity. Physical realisation aspects are also discussed. Experimental investigations at both optical and microwave wavelengths are included.
3. 塑料包层光纤：这中光纤的芯子用石英制成。 4. 全塑光纤：这种光纤的芯子和包层都由塑料制成，塑料光纤的价
格低于石英光纤，但损耗大，可靠性尚存在一定问题。
光纤的分类：
根据光纤横截面上折射率的分布情况来看，光纤可分为阶跃 折射率光纤、渐变折射率光纤。 根据光纤中传输模式的数量分类可分为多模光纤和单模光纤。
多模光纤能传输许多模式的介质波导，而单模光纤只传输基模
光纤的分类：
1. 石英系光纤：分为多模阶跃折射率光纤、多模渐变 折射率光纤和单模阶跃折射率光纤三种，如图1.1.3。
2.光的传输
（1）多模阶跃折射率光纤中光的传输 在多模阶跃折射率光纤中，光按直线传播， 并在纤芯和包层的界面上光发生全反射。
光纤传输理论
光电子技术发展史
19世纪70年代：光电研究现象出现但光与电仍是 两门独立的学科-孕育期
20世纪60年代：梅曼研制成功世界上第一台激光 器，为光与物质相互作用研究提供了一个崭新的 有效的工具
20世纪70年代：低损耗光纤实现，半导体激光器 成熟导致光纤通信光纤传感，光盘信息存储等位 代表的光信息技术发展。
20世纪80年代：研制成功了掺稀土的光纤放大器 与光纤激光器。
20世纪90年代：大量产品走出实验室，形成光纤 信息产业。
光纤通信是在低损耗通信光纤和半导体激光器的基础
上发展起来的。
1966年，英籍华裔学者高锟 (C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A. Hockham)发表了论文《光频 率介质纤维表面波导》阐述 了利用光纤(Optical Fiber)进 行信息传输的可能性和技术 途径的论文。
光电子器件
为什么用光 纤 传 感 器？
适用恶劣环境 •耐高温 •耐振传感复用 •与光纤通信技术同步发展
Sensa Fiber-Optic Monitoring
光纤温度、压力传感器在辽河油田的应用
国家大剧院（218×146m）National Theater