中英論文翻譯對照塑料光纖傳光原理通信(已修改)
2025-08-23 00:21 本頁面
【正文】 塑料光纖傳光原理通信 塑料光纖傳光原理通信1． 前言光纖自身不能發(fā)光，但光纖可以傳光，用于照明；光纖照明所選用的光纖，按照光纖材質(zhì)的不同，通常可分為石英光纖、多組分玻璃光纖和塑料光纖POF等，本文主要介紹POF的傳光原理，其它的光纖傳光原理同POF的傳光原理是一致的。光在透明柱體中通過多次全反射向前傳播的現(xiàn)象，他們就是古代的玻璃吹制藝人。而首次科學(xué)闡述這一現(xiàn)象的，卻是英國皇家學(xué)會的約翰丁達(dá)爾向英國皇家學(xué)會演示了一個著名的實驗，他當(dāng)時用一只盛滿水的器皿，讓水從器皿的側(cè)孔中流出，這時投射在水中的光也隨著水流傳導(dǎo)出來。1880年，威廉惠勒(William Wheeler)提出“管道照明”的設(shè)想，并獲得美國專利，這是有案可查的最早的“遙控照明”裝置，其基本原理是：用內(nèi)壁涂有反射層的管子把中心光源的光象自來水一樣引至若干個需要照明的地點, 這實際上是光纖用于照明的雛形，光纖照明系統(tǒng)簡單地就可以看作是和上述的“管道系統(tǒng)”相類似的一個系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，所傳輸?shù)慕橘|(zhì)是光，而用以傳輸光的“管道”就是光纖，光纖可以把光線從光源處傳輸至需要照明的特定區(qū)域。1954年，《自然》雜志發(fā)表了Hopkin39。s 和Kapany成功地用一束10,000到20,000 的纖維來傳輸圖像的文章,Van Heel發(fā)現(xiàn)低折射率光纖包層的作用，纖維的圖像傳輸?shù)某晒崿F(xiàn)和光纖包層的提出這兩個進(jìn)步標(biāo)志著光導(dǎo)纖維作為一個新興學(xué)科的誕生, 1966年,英國標(biāo)準(zhǔn)電信研究所英籍華裔科學(xué)家高錕() 在詳細(xì)研究了玻璃的傳輸損耗后,撰寫的文章《用于光頻的介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》發(fā)表在倫敦電氣工程師協(xié)會（IEE）會刊上，他們從理論上指出:如果減少或消除光導(dǎo)纖維中的有害雜質(zhì)如過渡金屬離子，可大大降低光纖傳輸損耗, 提高光纖的傳光能力，從而推動了光纖制造工藝的研究。美國杜邦DuPont公司亦在這一年向市場推出了世界上第一根POF[1]，POF就是光纖的一種,而光纖用于光纖照明的基本原理是利用光線在不同折射率介質(zhì)的界面發(fā)生全反射，實現(xiàn)光在光纖中的高效傳輸以及光纖與光源的充分耦合，并通過與各種光學(xué)元件的組合，達(dá)到需要的照明效果，為了解光在光纖中的傳輸方式,現(xiàn)介紹子午光線在POF中的傳輸特性。2． 光的基礎(chǔ)知識 光是通過光源內(nèi)大量的分子或原子振動而產(chǎn)生的輻射。1894年，麥克斯韋從理論上指出，光是一種電磁波，1905年愛因斯坦提出光是一粒一粒的粒子流，每個粒子可被稱為光子。也就是說光既具有粒子性，又具有波動性，光在傳播時表現(xiàn)為波動性，而與物質(zhì)作用時又表現(xiàn)為粒子性。通常我們所說的光是電磁波的一種，它通常由紫外光、可見光和近紅外光組成，其中1390nm 波段的光為紫外光UV，波長為280300nm波段為UVB，它的強光可以殺死或嚴(yán)重?fù)p傷地球上的生物。200280um波段為UVC，它的強光可以殺死地球上一切生物，包括人類, 比紫外光頻率更高的還有X光和γ射線等。 390760nm波段的光為可見光；波長在7601500nm為近紅外光，遠(yuǎn)紅外光譜波長范圍25300μm,比遠(yuǎn)紅外光頻率更小或波長更長的有毫米波、微波、短波、中波和長波等。而可見光又是由七色光組成的，即可見光含有紅色光、橙色光、黃色光、綠色光、藍(lán)色光和靛青光等色光國際照明委員會統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)是：選水銀光譜中波長為700nm的紅光為紅基色光， , 。常規(guī)POF一般在紫外光波段并沒有很好的透光性，而石英光纖和特制的液芯光纖在這一區(qū)域有很好的透光率，POF在可見光區(qū)域有很好的透光率，由POF芯材選用氟化和氘化聚合物材料制備的POF在近紅外光區(qū)域才有很好的透光率。光在真空中的傳播速度是最快的，傳輸介質(zhì)不同，其折射率不同，傳光速度也不同。相對而言，折射率大的傳輸介質(zhì)是光密介質(zhì)，折射率小的傳輸介質(zhì)是光疏介質(zhì)，對于POF而言，POF芯材為光密介質(zhì)，POF皮材為光疏介質(zhì)，由于光在光密媒介－芯材中的傳播速度會降低，故光在芯材中的傳輸速度慢于皮材中的傳輸速度。在空氣中，由于n≈1，光波的傳播速度接近于真空中的傳播速度C；,108m/s。光在均勻媒質(zhì)或不均勻媒質(zhì)中傳輸時，滿足費瑪(Fermat) 原理，即光從空間一點到另一點是沿著時間為極值的路程而傳播的，即光沿著光程為最小或最大或恒量的路徑傳播。熒光POF就是在POF芯材中摻入一定量的熒光劑制備而成的POF，這種POF經(jīng)過特定波長的光照射后，將發(fā)出特定波長的光，其原理比較復(fù)雜，可簡單認(rèn)為基態(tài)分子中成鍵電子吸收光后激發(fā)，然后單線態(tài)分子返回到基態(tài)，即發(fā)出熒光。熒光POF 按折射率分布結(jié)構(gòu)分類，可分為熒光SI POF 和熒光GI POF，摻雜有機染料的POFA最重要特性是在寬波長范圍內(nèi)提供高功率輸出。熒光POF的傳光原理示意圖如下，它滿足一般的SI 型光纖的傳光特性，但入射光的波長不同于出射光的波長。熒光POF還有另一種傳光方式，這就是入射光可從側(cè)面照射熒光POF，出射光從光纖兩端面出射，當(dāng)然入射光的波長不同于出射光的傳輸波長。熒光材料的光特性主要依賴于基質(zhì)材料，熒光POF增益放大特性同泵浦波長、熒光POF長度及所用摻雜劑和濃度有關(guān)。所謂增益G是指POF輸出信號光功率Pout與輸入光功率Pin之間的一種比值。POF之以能傳光是因為光纖具有芯皮結(jié)構(gòu)，光在POF中傳輸是按全反射原理進(jìn)行傳光的，光在SI POF中的傳輸方式為全反射式鋸齒型，光在GI POF中的傳輸方式為正弦曲線型；同時為了簡化計算，
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