夜間的多彩噴泉,劃過一道道五彩斑斕的弧線,點綴夜空再合適不過。但不知道大家在欣賞這樣的美景時有沒有注意過這樣一個細節(jié),光線不再是直線行進了,而是順著水流在彎曲。這是光的全反射,而光纖傳輸的原理就是光的全反射原理。
一光纖的發(fā)展歷史
1966年“光纖之父”高錕博士首次提出光纖通訊。
1970年貝爾研究所研制出在室溫下可連續(xù)工作的半導體激光器。
同年,康寧公司研究出損耗為20dB/Km的低損耗光纖。
1977年芝加哥世界上第一條45Mb/s的通信線路投入商用。
次年,F(xiàn)ORT在法國首次安裝其生產(chǎn)的光纖。
我國的光纖通信的研究始于1970年郵電部武漢郵電科學研究院,至1979年拉制出我國自主研發(fā)的第一根實用光纖。時至今日,光纖已走進千家萬戶,中國的光纖年產(chǎn)能已達到上億公里。
二光纖的結(jié)構(gòu)
光纖裸纖一般分為三層:
第一層:中心高折射率玻璃芯(不同類型光纖芯徑不一)。
第二層:中間為低折射率硅玻璃包層(直徑一般為125μm)。
第三層:最外層是加強用的樹脂涂層。
圖1 光纖結(jié)構(gòu)示意圖
第一層的纖芯折射率較高,用來傳送光;第二層包層折射率低,與纖芯一起形成全反射條件;第三層保護套強度大,能承受較大沖擊,保護光纖。
三光纖的分類
按照纖芯折射率又可分為階躍型光纖(SIF)和漸變型光纖(GIF)。
階躍型光纖的中心玻璃芯到玻璃包層的折射率是突變的。其成本低,信號畸變大,模間色散高。
漸變型光纖的中心玻璃芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小,可使高模光按正弦形式傳播,這能減少模間色散,提高光纖帶寬,增加傳輸距離。
根據(jù)光在光纖中的傳輸模式可分為:單模(SM)和多模光纖(MM)。
單模光纖的中心玻璃芯較細(一般為9-10μm),只能傳輸一種模式的光,即基模(最低階模式)。單模光纖信號畸變很小,折射率分布與SIF相似,適用于長距離、大容量的光纖通信系統(tǒng)。
多模光纖的中心玻璃芯較粗(50或62.5μm)中傳輸?shù)哪J讲恢挂粋€,即在光纖中存在多個傳導模式。多模光纖信號畸變大,適用于中距離、中容量的光纖通信系統(tǒng)。
綜合各類型光纖存在的差異性和缺陷,現(xiàn)在單模光纖都采用階躍型,多模光纖多為漸變型光纖。
下圖為階躍型多模光纖、漸變型多模光纖和階躍型單模光纖的性能對比。
圖2 各類型光纖的性能對比
四光纖傳輸?shù)幕緲?gòu)架
光纖傳輸系統(tǒng)由發(fā)送單元、傳輸單元、接收單元和連接器件四大構(gòu)件組成。
發(fā)送單元負責將電信號轉(zhuǎn)換成光信號,傳輸單元作為載送光信號的介質(zhì)將信號傳遞到接收單元,將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。連接器件在之間起到連接光纖到光源、光檢測以及其它光纖的作用。
圖3 光纖傳輸?shù)幕緲?gòu)架
五光纖傳輸?shù)膬?yōu)點
通過和傳統(tǒng)通訊手段的比較,我們能夠發(fā)現(xiàn)光纖通信傳輸頻帶極寬,通信容量很大,由于光纖衰減小,中繼距離長,故傳輸距離遠。光纖中的光信號抗電磁干擾,保密性好,信號傳輸質(zhì)量高,而且光纖尺寸小,重量輕,利于傳輸和鋪設,特殊抗惡意損壞光纖的工作溫度可以達到300度。
光纖通信的優(yōu)點也就決定了為什么要用光纖傳感器。光纖即使在高溫和電磁干擾復雜的環(huán)境下也能夠保證通信質(zhì)量,并具有極高的數(shù)據(jù)傳輸能力,使得光纖成為傳感器輸出的最佳選擇。如WP4000變頻功率分析儀的前端數(shù)字化功能就是將前端傳感器輸出信號變成數(shù)字信號,通過光纖傳輸至分析儀,阻斷電磁干擾傳播途徑,保證數(shù)據(jù)精確性。
隨著光纖通信技術的不斷發(fā)展,相信光纖傳感器將會成為市場的主流。
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