《光导纤维的应用和发展前景》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光导纤维的应用和发展前景（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、. . . . .学号：20105043025本科学年论文学 院 物理电子工程学院 专 业 应用物理学 年 级 2010级 姓 名 石鹏凯 论文题目 光导纤维的应用及其发展前景 指导教师 张新伟 职称 讲师 成 绩 2012年05月31日目 录摘 要1Abstract11绪 论 12光导纤维的简介12.1什么是光导纤维 2 2.2光导纤维的基本原理 23光导纤维的应用 33.1光导纤维在通信系统方面的应用 33.2光导纤维在医学方面的应用 33.3光导纤维的其他应用44 光导纤维的发展前景5结论 6参考文献 6致谢7 . 专业.专注 .光导纤维的应用以及未来发展前景学生姓名：石鹏凯 学号：20
2、105043025学 院：物理电子工程学院 专业：应用物理学指导老师：张新伟 职称：讲师摘 要: 30多年来，光导纤维取得了巨大的进步，其中石英光导纤维的通信距离提高了2倍，容量提高了100倍,我国的日产量已突破8105 m。光纤的用途不断扩大，今后新兴国家将成为推动光纤市场快速增长的牵引力。关键词：光导纤维；光学纤维；新进展；发展动向Application and future development of optical fiberAbstract：Light transmitting fibers are getting progress in more than 30 years, t
3、he data transmitting distance raised2 times, the capacity of data communication raised 100 times, the output of plastic optical fiber broke800 km/d in China. The uses of light transmitting fibers are expanding incessantly, while the demand of new risingcountries will become the tractive power of qui
4、ck rising market in future.Key words：light transmitting fiber; optical fiber; new development; developing trend1绪论 上世纪60年代，激光被发明了，它宣告:在光波波段中对应于射频源的新源出现了，对于通信有巨大潜力的光谱区域终于被开拓出来加以利用了。所需要的就是要有一组相适合的光源、检波器和传输介质1。随后二十多年，人们对光传输介质进行了攻关，终于制成了轻质量、低损耗、频带宽的光纤，从而奠定了光通讯的基石。从此，光导纤维的应用进入了飞速发展的阶段，它的使用为我们的生活提供了很大的便利，
5、同时它的未来发展前景为人们所看好。2 光导纤维的简介2.1什么是光导纤维光导纤维简称光纤，是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1100m左右。它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在内芯和外套的界面上经多次全反射，从另一端射出。它具有质量轻、耗损地、频带宽，抗干扰能力强等优点。2.2光导纤维的基本原理 由光学理论可知，可以用光线也就是几何光学的方法来研究光的传播现象。应用儿何光学基本定律，来分析光纤中的多模光纤是完全适用的。2.2.1光的全反射原理当光线由光密媒质(折射率为n1)射入光疏媒质(折射率为n2)且入射角大于临界角( i )的时候，就会生全反射现象，如图1
6、所示。临界角由下式决定: 式中n1n2N1N2临界角全反射光图1：光全反射示意图2.2.2.光纤结构光导纤维分为反射型和折射型两种，下面主要介绍反射型光纤基本结构。如图2所示，在光纤内部，要求光线的反射是全反射射，整个纤维由两层均匀介质组成，内层为玻璃纤维芯(纤芯)，外层为玻璃包皮(包层)的两个同心圆柱的双层结构组成。纤芯传输。纤芯的折射率n1比包皮折射率n2稍大一点，两层介质之间形成良好的光学界面光线在界面的入射角冲要大于临界角，以保证在光纤内部产生全反射现象。光纤导光示意图如图3。位于光纤的中心部位，光主要在这一部分里2。外包纤芯图2 光纤结构图3光导纤维示意图3 光导纤维的应用3.1光导
7、纤维在通信系统方面的应用首先我们来看看光导纤维有什么优点： (1)光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。基于这一特点,我们可在同一光纤通道上,同时传输许多路的信息,也不会相互干扰。 (2)无中继段长可达几十到100多公里,铜线只有几百米。基于这一特点,我们可将网络延伸到很远的空间。 (3)不受电磁场和电磁辐射的影响。这样一来信息传输的可靠性提高了很多。 (4)重量轻,体积小。 (5)光纤通讯不带电,使用安全,可用于易燃、易爆场所。 (6)使用环境温度范围宽。 (7)耐化学腐蚀,使用寿命长。正是由于光纤的这些优良特性,使得光纤在网络和通信中的应用越来越广泛3。正是由于光纤具有许多优良的特性,使
8、光导纤维在网络中的应用越来越广泛。我们的INTERNET是一个星罗棋布遍及整个世界的大网络。这样庞大的一个网络要连接起来,主要是靠光导纤维。首先,连接各大洲及各个国家之间的公共交换网络,依赖的是光导纤维,我们在陆地上、海洋底,都铺设了相互连接的光缆,通过这些光缆,可以将我们的文字、图形、图像、声音等信息相互传递;其次,在每个国家内部,各城市地域之间的公共交换网络之间的连接也完全是依赖于光导纤维;在城市网络的主干上,也都是依靠光导纤维作为传输介质;在企业网络、校园网络的各大建筑之间的连接同样也是依赖于光导纤。由于光导纤维的架设连接及其转换制备的价格还比较高,我们还只能将它应用于各网络的主干。等到
9、光导纤维及其转换设备价格进一步下降,光纤这个网络的神经将会延伸到我们家中,延伸到我们生活的方方面面。那个时候,我们的网络就成为名符其实的信息高速公路。而这个信息高速公路的跑道,就是我们的网络神经光导纤维4。3.2 光导纤维在医学领域的应用在医学上，光导纤维可以用于食道、直肠、膀胧、胃等深部探查内窥镜(胃镜、血管镜等)的光学组件和不必切开皮肉直接插人身体内部，切除癌瘤组织的外科手术激光刀，即由光导纤维将激光传递至手术部位，对诊断医治各种疾病极为有利。因为光纤又细又软，故可把医生用来观察人体内部病变情况的内窥镜做得小巧玲珑。胃镜是内窥镜中比较粗得一种，也只有15毫米左右，其它如食道镜、膀胱镜还要细
10、小得多。目前在医学领域上，普遍使用着一种连接着许多光纤的胃镜，这些光纤并成一束，束中各条光纤的相对位置保持不变。把胃镜插入病人胃内，胃镜接收到的光线沿着这些光纤传到体外，每条光纤中的光仅反映胃中一点的情况，整束光纤中的光就拼合成胃内某一部分的图象。光纤胃镜的光源是在体外由光纤传进去的，它不产生热辐射，能减轻病人的痛苦。在光导纤维的一头装上精致小巧的微型镜头，将胃内的情况传到体外拍摄下来或显示在屏幕上。还可以在胃镜光纤中留出空的通道，以插入切取生理切片的镊子。近年来，一种激光光纤药头内窥镜碎石系统研制成功。这种系统利用胃镜把带有药头的光纤导管送入胃中，然后沿光纤通入激光。激光可以像引爆雷管一样，
11、使药头炸裂并产生冲击波，击碎胃石，再用胃镜把碎石取出。利用该系统已成功地击碎并取出了大小为8106厘米的胃石，这种系统还可以用来治疗膀胱结石、胆结石等。 光导纤维在医学上的另一个重要应用是通过微细的光纤将光强度的激光输入人体的病变部位并切除。这种“手术”不开刀，减少了病人的痛苦，而且切割部位准确，手术效果好。 可见，光导纤维的应用，使医用窥镜从构造到功能都发生了重要的变化5。3.3光导纤维在其它方面的应用在照明和光能传送方面，利用光导纤维短距离可以实现一个光源多点照明。光缆照明，可利用塑料光纤光缆传输太阳光作为水下、地下照明。光导纤维柔软易弯曲变形，可做成任何形状，并且耗电少、光质稳定、光泽柔
12、和、色彩广泛，是未来的最佳灯具，如与太阳能的利用结合起来将成为最经济实用的光源。今后的高层建筑、礼堂、宾馆、医院、娱乐场所，甚至家庭依据都可直接使用光导纤维制成的天花板或墙壁，以及彩织光导纤维字画等，也可用于道路、公共设施的路灯，广场的照明和商店橱窗的广告。此外，它还可用于易燃、易爆、潮湿和腐蚀性强的环境中不宜架设输电线及电气照明的地方作为安全光源。光纤通讯的另一特点是其保密性好、不受干扰且无法窃听，这一优点使其广泛应用于军事领域。在国防军事上，可以用光导纤维来制成纤维光学潜望镜，装备在潜艇、坦克和飞机上，用于侦察复杂地形或深层屏蔽的敌情。工业上，光导纤维可传输激光进行机械加工;可制成各种传感
13、器用于测量压力、温度、流量、位移、光泽、颜色、产品缺陷等;也可用于工厂自动化、办公自动化、机器内及机器间的信号传送、光电开关、光敏组件等。此外，光缆可不受雷电的侵扰而正常工作，从而保护与之联结的家电和精密仪器免遭雷击损坏。如美国杜邦公司的光纤有80%用于汽车工业，可用于前灯、尾灯、开关和仪表盘的照明以及制动器的监控等。在自控领域，塑料光纤组成的控制线路可防止噪声的产生及因外部噪声引起的误动作，在解决设备的抗电磁干扰方面效果显著。此外，光纤技术还可用于阅读穿孔卡片、光开关、飞点析像器、图像的缩小和放大、火焰及高温监控、道路标志装饰照明等6。4光导纤维的发展前景 对于光纤的这些使用显然不能满足人们的需求，所以许多科学家一直在研究光导纤维的其他应用，当然也发明出了不少有用的东西，比如“液体光纤温度计”由于采用了钮酸铿热释电红外探测器组合
