幾何光學(xué)ppt課件(2)(編輯修改稿)
2025-06-02 07:56 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 纖，對(duì)于另外的比其波長(zhǎng)還要短的光來(lái)說(shuō)就有可能傳播多個(gè)傳輸模，而成為多模光纖了。 ? 在多模光纖中傳輸?shù)母鱾€(gè)不同模式沿軸向的傳播速度不同，傳輸模的階次越高，傳輸速度越慢。 光纖的基本結(jié)構(gòu) 由纖芯、包層和涂敷層構(gòu)成，是一多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱圓柱體 涂敷層 纖芯 包層 圖 2 單根光纖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 光纖結(jié)構(gòu)參量 ? 1 纖芯直徑 2a； ? 2 外徑： 研究光纖彎曲損耗及評(píng)價(jià)光纖機(jī)械強(qiáng)度時(shí)的重要參量； ? 3 芯徑非圓率、外徑非圓率： 纖芯外周及包層外周與圓柱的差別程度，用以評(píng)價(jià)接續(xù)損耗； ? 4 偏心率： 纖芯與包層外圓圓心的偏離程度，用以評(píng)價(jià)接續(xù)損耗。 光纖的應(yīng)用 ? 光纖傳感： 光纖自身是一個(gè)敏感元件，光纖對(duì)外界參數(shù)有一定的效應(yīng)，因此可以利用這些效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)外界被測(cè)參數(shù)的 “ 傳 ” 和“ 感 ” 。 ? 光纖通信： 損耗低，目前石英光纖的損耗已降至 ； 帶寬寬，光纖傳輸?shù)氖枪?，頻率特別高，因而光纖具有極寬的頻 帶，是理想的信息傳輸介質(zhì)。 這兩個(gè)特性決定了光纖在通信中廣泛應(yīng)用。光纖通信 對(duì)光纖的要求主要是損耗、色散值。 ? 其他應(yīng)用 ： 傳光、傳像 光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)： ? 靈敏度高、頻帶寬； ? 是無(wú)源器件，對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響??； ? 抗電磁干擾、電絕緣，耐腐蝕，可用于惡劣環(huán)境； ? 重量輕、體積小，外形靈活可變； ? 測(cè)量對(duì)象廣泛，可以制成傳感不同物理量的傳感器； ? 便于多點(diǎn)復(fù)用，便于成網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量。 光纖通信的優(yōu)點(diǎn)： ? 傳輸頻帶極寬，通信容量大； ? 衰減小，傳輸距離遠(yuǎn)； ? 串?dāng)_小，信號(hào)傳輸質(zhì)量高； ? 光纖抗電磁干擾，保密性好； ? 光纖尺寸小，重量 輕，便于運(yùn)輸和鋪設(shè)； ? 由石英拉制而成，原材料豐富，節(jié)約大量金屬。 光纖傳感器 ? 光波在光纖中傳播時(shí)，表征光波的特征參量因外界因素的作用可直接或間接地發(fā)生變化，從而可將光纖用作傳感元件來(lái)探測(cè)各種物理量。 光纖 出射光波 外界因素： 溫度 、 壓力 、 電磁場(chǎng) 、 位移等 振幅 、 相位 、 偏振態(tài) 、耦合效率等 入射光波 光纖傳感原理示意圖 光纖傳感器分類 ? 按光纖中的光被調(diào)制的原理分有： 光強(qiáng)度調(diào)制型、光相位調(diào)制型、光偏振態(tài)調(diào)制型、光頻率調(diào)制型（ Doppler）、光波長(zhǎng)調(diào)制型 (Bragg grating)。 ? 按測(cè)量參量分有： 光纖溫度傳感器、光纖位移傳感器、光纖流量傳感器、光纖壓力傳感器、光纖速度傳感器、光纖磁場(chǎng)傳感器、光纖電流傳感器、光纖電壓傳感器等。 光纖溫度傳感器 ? 根據(jù)普朗克黑體輻射定律，理想黑體輻射的光譜能量為： M（ ?， T）＝ C1?－ 5/（ e C2 /?T－ 1） 式中： M（ ?， T）是光譜輻射亮度； C C2是輻射常數(shù)； ?為光譜輻射波長(zhǎng)； T為輻射溫度 ? 實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量；響應(yīng)速度快， ? 1ms左右； 精度高、重復(fù)性好； ? 可進(jìn)行高溫測(cè)量（ 5000C－ 25000C） M（ ?， T） 900K ? 800K 700K 600K 500K 黑體光譜亮度同波長(zhǎng)與溫度關(guān)系示意圖 4 光纖傳感器 GXW系列 光纖溫度傳感器外形圖 我所的光纖發(fā)展史 ? 60年代龔祖同老所長(zhǎng)帶領(lǐng)開始光纖技術(shù)的研究，國(guó)內(nèi)首家。 ? 70年代，西安光機(jī)所拉制出我國(guó)第一根玻璃光纖 。 ? 光學(xué)學(xué)會(huì)光學(xué)纖維專業(yè)委員會(huì)掛靠我所 ? 以變折射率光纖器件、光纖傳感器為主打產(chǎn)品的飛秒公司是我所第一個(gè)上規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的企業(yè) 光通信給光纖技術(shù)帶來(lái)了巨大 發(fā)展空間 ? 光纖通信正以驚人速度向更高級(jí)階段發(fā)展，全光網(wǎng)絡(luò)是發(fā)展方向。 ? 要實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)則必須實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用技術(shù)（特別是密集波分復(fù)用 DWDM）和全光節(jié)點(diǎn)技術(shù)， 構(gòu)成一個(gè)完整的光纖傳輸系統(tǒng)，除了光源、光探測(cè)器及光纖外，還需要眾多無(wú)源或有源的光學(xué)器件。 ? 光纖網(wǎng)絡(luò)中所需各種光學(xué)器件有：光發(fā)射 /接收器、光波分復(fù)用 /解復(fù)用器、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、光分插復(fù)用器、光纖濾波器、光纖放大器以及高速通信系統(tǒng)中的色散補(bǔ)償器等。 光通信中的典型器件 ? 實(shí)現(xiàn)上述器件功能，需要研究更基本的器件單元，通過(guò)這些單元的組合設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)較高一級(jí)的功能。 ? 典型器件： ? 光纖 Bragg光柵 ? 光纖
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