光纤的线性与非线性效应概述

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1、光纤的线性与非线性效应概述1.绪论1.1光纤的特点1.2光纤的历史1.3光纤的应用2.光纤的线性效应2.1损耗2.1.1起因2.1.2影响2.2色散2.2.1空间色散2.2.2时间色散2.2.3偏振模色散3.光纤的非线性效应3.1非线性效应产生的原因3.2自相位调制3.3受激拉曼散射3.4受激布里渊散射3.5非线性效应的重要性4.结论1.绪论1.1光纤的特点光纤是光导纤维的简称。是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。光纤有单模光纤和多模光纤之分：单模光纤采用窄芯线，使用激光作为发光源，所以其

2、地散极小；另外激光是发一个方向射入光纤，而且仅有一束，使用其信号比较强，可以应用于高速度、长距离的应用领域中，便也合得它的成本相对更高；而多模光纤则更广泛地应用于短距离或相对速度更低一些的领域中，它采用LED作为光源，使用宽芯线，所以其散较大；在加上整个光纤内有以多个角度射入的光，所以其信号不如单模光纤好，但相对低的价格是它的优势。主要的特点：抗干扰性强：由于光纤中传输的是光束，光束是不会受外界电磁干扰影响；保密性强：由于传输的是光束，所以本身不会向外幅射信号，有效地防止了窃听；传输速度快：光纤是至今为止传输速度最快的传

3、输介质，能轻松达到1000Mbps；传输距离长：它的主减极小，在较大的范围内是一个常数，在许多情况下几乎可以忽略不计的，在这方面比电缆优越很多。1.2光纤的历史1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。表面上看，光好像在水流中弯曲前进。实际上，在

4、弯曲的水流里，光仍沿直线传播，只不过在内表面上发生了多次全反射，光线经过多次全反射向前传播。　　后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。1880年，美国电话发明家贝尔就已经研究并成功地发送与接收了光电话。1881年，贝尔宣读了一篇题为《关于利用光线进行声音的产生与复制》的论文，报导了他的光电话装置。1930年至1932年间，日本在东京的日本电报公司与每日新闻社之间实现了3.6公里的

5、光通信，但在大雾大雨天气里效果很差。第二次世界大战期间，光电话发展成为红外线电话，因为红外线肉眼看不见，更有利于保密。1854年，英国的廷德尔在英国皇家学会的一次演讲中指出，光线能够沿盛水的弯曲管道进行反射而传输，并用实验证实了这个想法。1927年，英国的贝尔德首次利用光全反射现象制成石英纤维可解析图像，并且获得了两项专利。1951年，荷兰和英国开始进行柔软纤维镜的研制。1953年，荷兰人范赫尔把一种折射率为1.47的塑料涂在玻璃纤维上，形成比玻璃纤维芯折射率低的套层，得到了光学绝缘的单根纤维。但由于塑料套层不均匀，光能

6、量损失太大。1960年7月世界上第一台红宝石激光器出现了。1961年9月由中国科学院长春光学精密机械研究所研制成功中国第一台红宝石激光器。20世纪60年代，有的实验室用氦、氖气体激光器做了传送电视信号和20路电话的实验。也有的公司制成了语言信道试验性通信系统，最大传输距离为600米。到80年代初激光通信已进入应用发展阶段。1966年英籍华人高锟博士首次明确提出利用光导纤维进行激光通信的设想，并为此获得了1979年5月由瑞士国王颁发的国际伊利申通信奖金。1968年，日本两家公司联合宣布研制成了一种新型无套层光纤，它能聚集和

7、成像，称作聚焦纤维。同期，美国宣布制成液体纤维，它是利用石英毛细管充以高透明液构成的。这两种光纤的光耗损很难降低，所以实用价值不大。1970年美国康宁公司用高纯石英生产出世界上第一根耗损率为每公里20分贝的套层光纤，开创了光纤通信的新篇章，使通信光纤研究跃进了一大步。一根光纤可以传输150万路电话和2万套电视。1976年日本在大孤附近的奈良县开始筹建世界上第一个完全用光缆实现光通信的实验区，到1978年7月已拥有300个用户。（实际上光通信系统使用的不是单根光导纤维，而是由许多光纤维聚集在一起组成的光缆。一根直径为1厘米

8、的光缆，里面有近百根光导纤维。光缆和电缆一样可以架在空中，埋入地下，也可以铺设在海底，它的出现使激光通信进入实际应用阶段。）1979年赵梓森拉制出我国自主研发的第一根实用光纤，被誉为“中国光纤之父”进入实用阶段以后，光纤通信的应用发展极为迅速，应用的光纤通信系统已经多次更新换代。70年代的光纤通信系统主要是用多模光纤