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光通信原理基础知识

时间:2019-07-03 09:42:51

 20世纪60年代早期,曾有各种传光方式探索,例如用空心光波导管、透镜(或反射镜)阵列等,但都不能达到预期目的;也有不少人试探石英光纤传光的可能性,却很少有人相信它可以用在长距离通信上,因为当时作为光导纤维材料的石英玻璃损耗很大,直到20世纪60年代中期,优质光学玻璃的传输损耗仍高达1000 dB/km,并且普遍认为很难降低。在几乎毫无希望的情况下,英国标准电信研究所的华裔科学家高锟(Kao K. C.)博士于1966年发表了一篇奠定光纤通信基础的重要论文,他指出:光导纤维的高损耗不是其本身固有的,而是由材料中所含杂质引起的,如果降低材料中的杂质含量,便可极大地降低光纤损耗。他还预言,通过降低材料杂质含量和改造工艺,可使光纤损耗下降到20 dB/km;通过原材料的提纯能制造出适于长距离通信使用的低损耗光纤。在这一理论推断的引导下,1970年,美国康宁玻璃公司首先制成了衰减为20 dB/km的低损耗石英光纤。这是光通信发展的划时代事件,它使人们确认光导纤维完全能胜任作为光通信的传输介质,确立了光通信向光纤通信方向发展的明确目标,揭开了光纤通信发展的新篇章,是通信技术发展史的一次重大变革。同时,1970年,美国贝尔实验室、日本电气公司NEC和苏联先后研制成功室温下连续工作的双异质结半导体激光器。这两种技术的结合促进了光通信的新生,促使通信技术从实验室研究跃入到光纤通信实用化。因此,1970 年被称为光通信的“元年”。
今天我们一起先了解一下光纤通信的原理。


光的反射和折射定律
光在传输过程中,在两种不同的传输媒质的界面将产生以下行为:
一部分入射光将被反射, 一部分入射光将进入第二种媒质,并产品折射

折射率 n=光在真空中的传播速度/光在该媒质中的传播速度。

全反射:
当n1>n2时,随着入射角的不断增加,在入射角达到某一值时,折射角达到90℃,我们把此时的入射角称为临界角α0。当入射角大于临界角时,将发生全反射。
根据折射定律,我们可以求出临界角,此时α2=90°即n1·sinα0=n2·sin90°所以sinα0=n2/n1

光纤的导光原理
光通信正是利用了全反射原理,当光的注入角满足一定条件时,光便能在光纤(光波导)内形成全反射,从而达到长距离传输的目的。

条件:
n1>n2>n0
n0:空气中的折射率
n1:纤芯的折射率
n2:包层的折射率
α>α0
α0:入射角,和sinα0=n2/n1
光纤的结构

光纤通信的优点:
大容量
长中继距离
适应能力强
体积小,重量轻,便于安装和维护
选材丰富,价格低
保密性强



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