1、光纖光學（Optical Fiber Optics）中南民族大學電信學院鐘志有E-mail: Tel.:學參考書：A. 學校圖書館：1. 光纖光學（廖延彪編著；清華大學出版社）TN250012 2. 光纖技術理論基礎與應用（孫雨南等編著；北京理工大學出版社）TN929.1119143. 光纖技術（饒云江主編；科學出版社）TN929.1125134. 光纖通信原理（鄧大鵬等編著；人民郵電出版社） TN929.1177475. 光纖通信（張寶富等編著；西安電子科技大學出版社） TN929.1112336. 光纖通信原理與技術（馬軍山主編；人民郵電出版社） TN929.11

2、1732B. 學校超星數字圖書館：1. 光纖光學（劉德明等編著；國防工業出版社）2. 光纖光學（廖延彪編著；清華大學出版社）3. 光纖技術及應用（彭吉虎等編著；北京理工大學出版社）教學內容：第1章緒論第2章光纖中的波動及射線理論基礎第3章光纖（光纜）及其相關性質第4章光纖的傳輸理論第5章光纖傳感技術應用介紹第1章緒論主要內容：光纖技術的發展歷程光纖與通信技術的關系光纖與傳感技術的關系光纖光學的研究對象：光導光纖光纖是一種由玻璃或塑料制成的透明易彎曲的長纖維，并且根據Snell（斯涅耳）定律（反射定律），借助于使用全內反射可以使光能在光纖內部傳輸。光導光纖的特點：有界性光波在光纖中橫向受邊界限制

3、，縱向可無限延伸，其光學特性和大塊媒質的光學特性有很大差別，其中許多特性還在研究之中。1.2 光纖的發展歷程1870年，英國物理學家Joan Tyndall驗證光可以在一個彎曲的水流中傳播，證明了全內反射現象的存在。1951年，設計第一個光導纖維鏡，可用于傳播人體內部器官的圖像。1953年，倫敦皇家科學技術學院的Narinder Kapany開發現在所用的光纖，“光纖”一名由Kapany給出。光纖要成為光導設備，其基本特征是能夠長距離傳輸，需要解決“光衰減”問題。光通過長距離從輸入端傳輸到輸出端時，在輸出端輸出的能量一定不能小于接收端探測器能探測的最小光強。1966年，華裔科學家高錕（Char

4、les Kao）博士在英國發表一篇具有里程碑意義的論文：“用于光頻率的絕緣纖維表面波導管”，打開通往光纖技術大門的鑰匙。2009年 Nobel獎起針對當時玻璃光纖本身傳輸損耗高達1000 dB/km的情況，指出“這樣大的傳輸損耗不是石英玻璃光纖本身固有的基本特性，而是由于材料中帶有雜質，如含有過渡元素離子產生的。材料本身的損耗是由瑞利散射決定的，它隨波長的四次方而下降，其損耗是很低的。因此，有可能制造出適合于長距離通信的低損耗光纖。如果把材料中的金屬離子含量的質量比降低到10-6以下，則可使光纖的傳輸損耗下降到10 dB/km以下，再通過改進拉絲工藝的熱處理來提高材料的均勻性，都可以把損耗降至

5、每千米幾分貝以下”。在工業發達國家及我國：干線大容量通信線路不再新建同軸電纜，而全部鋪設光纜。在我國，干線系統中有：南沿海工程、滬寧漢干線、蕪湖到九江（含過長江的水下光纜）、京漢廣等，短距離的系統不計其數。在武漢、上海、西安、北京、天津等地建立了幾家規模較大、水平較高的光纖、光纜制造廠。2001年，全國鋪設光纜總長度達149.5萬公里，其中長途干線光纜33.5多公里，本地中繼網光纜線路75.5萬多公里，接入網光纜線路37萬多公里。到2002年3月，我國“八橫八縱”格狀國家光通信骨干網也已基本建成。我國鋪設光纜的方向已經轉向城域網等局部性網絡。光纖的基本結構是導光的纖芯和外面低折射率的包層，不同

6、類型光纖的纖芯和包層的幾何尺寸差別很大。高清晰度圖像傳輸光纖（傳像光纖）：芯徑小，包層??；傳輸高功率能量的照明光纖：一般具有更粗的纖芯和更薄的包層；通信光纖：小纖芯，厚包層，纖芯折射率到包層折射率的變化是階躍變化，纖芯折射率可以是均勻的，也可能是漸變的；通信光纖的標準包層直徑是125m，塑料護套的直徑約為250m 。傳像光纖的直徑小到幾個微米，一些特殊用途光纖則可能有幾毫米。1.3.2 光纖材料纖芯材料：多數光纖幾乎是純石英，加入少量摻雜物的目的是改變纖芯或包層的折射率。(1) 通信光纖材料：純二氧化硅（SiO2）;(2) 醫用傳像光纖、照明光纖：低純度玻璃；(3) 還有一些光纖：塑料制造，更

7、靈活易用；包層材料：少數光纖使用塑料；涂敷層材料：一般為塑料，機械保護。1.3.3 光纖特性機械特性：光纖堅硬而又彎曲靈活，強度極大；光學性質：取決于結構和成分，最明顯的就是損耗或信號衰減特性等。光纖是絕緣體，它不能直接傳輸電信號和能量。1.4 光纖與通信網絡光纖的帶寬和具有吸引力的特征使其成為理想的線纜傳輸媒介。對于通信系統，光纖是具有強大運載信息能力的工具。光纖工業已經進入顯著的繁榮期。在過去的20年里，一根光纖所能承載的最大數據率差不多平均每年翻一番，比電子行業的摩爾定律（每18個月翻一番）還要快。1.4 光纖與通信網絡（續）（1）全球海底網絡（2）陸地網絡（3）衛星系統與光纖網絡（4）

8、光纖到戶（5）局域網世界各國對傳感器技術的研究和開發都極為重視：日本將傳感器列為20世紀80年代大力發展的5項重要技術之首，又將傳感器研發確定為20世紀90年代的發展的重點；美、英等國也投入巨資進行傳感器技術的研發。 光纖傳感器技術經過20多年發展，已形成一個巨大的傳感器家族。獨特優點:（1）抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本質安全；（2）靈敏度高；（3）重量輕、體積小、可撓曲；（4）測量對象廣泛；（5）對被測介質影響小，有利于在醫藥衛生等具有復雜環境的領域中應用；（6）便于復用，便于成網；（7）成本低。1.6 光纖的發展種類：多模光纖單模光纖、保偏光纖、塑料光纖、摻雜光纖、光子晶體光纖等數十種；材料：石英光纖聚合物/塑料光纖、光子晶體光纖、摻稀土光纖等1987 年，E. Yablonovitch 和S. John 提出介電常數呈周期性分布的材料可以改變在其中傳播的光子的行為，并稱這種材料為光子晶體。光子晶體是一種折射率周期變