最新人教版选修(2-3)《全反射-光导纤维》课件ppt.ppt

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1、2013人教版选修(2-3)《全反射-光导纤维》在光通信电话网中，利用送话器的微音器把声音变为电信号，再由发光元件把电信号变成光信号，光信号传播到目的地后在转变成电信号，使受话器鸣叫。这就是电话的简单原理，可是大家知道如此虚无缥缈的光信号是如何传播的吗？这就涉及到我们今天要讲的一类特殊材料——光导纤维光导纤维光导纤维人们曾经发现，光能沿着从酒桶中喷出的细酒流传输；人们还发现，光能顺着弯曲的玻璃棒前进。这是为什么呢？难道光线不再直进了吗？这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是全反射的作用，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光

2、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。这为光导纤维的产生奠定了理论基础。光导纤维于上个世纪20年代就研制出来了，是用超纯石英玻璃在高温下拉制而成的，有很好的导光能力。但是由于传输过程中光波衰减太大，因此没有实用价值。当时光导纤维每千米哀减100分贝，所以如果用来通信，就要每隔20m设一个中继站，未能在实际通信中应用。1966年，一位英籍华人高琨博士发表一篇著名的论文，首次提出，解决玻璃纯度和成分问题，就能够得到光传输衰减很

3、小的玻璃纤维。光导纤维沉寂了近50年后终于迎来了它的曙光。光导纤维的研制步入高速发展阶段。光纤之父高锟博士光纤的构造光导纤维：细如毛发并可自由弯曲的导光材料。光导纤维由中心部位折射率高的芯纤和包敷此芯纤的低折射率护套构成。光纤纤芯一般的光纤纤芯材料有石英玻璃与塑料，塑料光纤的价格约石英光纤的十分之一，石英光纤的核心口径较小，石英单模光纤约5~12μm，石英多模光纤约50~150μm，而塑料光纤的核心口径约1000μm。护套护套即为外壳部分，光线入射二种不同介质时发生反射及折射现象，利用全反射，我们可很轻易的使用光纤来改变光的行进方向，且在过程中，

4、光的损耗最小。为使光线能在核心中传送，因此光线需依全反射方式行进，所以核心部份之折射率须比外壳之折射率大。除此之外，如果我们希望光线能在核心入射外壳介质时发生全反射现象，那么光线在入射进光纤时其入射角亦不能太大。光纤的特点损耗低在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时，每公里的损耗都在40dB以上。相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输1.31μm的光，每公里损耗在0．35dB以下若传输1．55μm的光，每公里损耗更小，可达0．2dB以下。这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远得多。此外，光纤传输损耗还有两个特

5、点，一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗，不需要像电缆干线那样必须引人均衡器进行均衡；二是其损耗几乎不随温度而变，不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。重量轻因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般为4um～10um，外径也只有125um，加上防水层、加强筋、护套等，用4～48根光纤组成的光缆直径还不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm要小得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便.抗干扰能力强因为光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干

6、扰、工业干扰有很强的抵御能力。也正因为如此，在光纤中传输的信号不易被窃听，因而利于保密。保真度高因为光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引来新的非线性失真。只要激光器的线性好，就可高保真地传输电视信号。实际测试表明，好的调幅光纤系统的载波组合三次差拍比C/CTB在70dB以上，交调指标cM也在60dB以上，远高于一般电缆干线系统的非线性失真指标。工作性能可靠我们知道，一个系统的可靠性与组成该系统的设备数量有关。设备越多，发生故障的机会越大。因为光纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器)，可靠性自然也就高，加上光纤设备的寿命都很

7、长，无故障工作时间达50万～75万小时，其中寿命最短的是光发射机中的激光器，最低寿命也在10万小时以上。故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的。成本不断下降目前，有人提出了新摩尔定律，也叫做光学定律（OpticalLaw）。该定律指出，光纤传输信息的带宽，每6个月增加1倍，而价格降低1倍。光通信技术的发展，为Internet宽带技术的发展奠定了非常好的基础。这就为大型有线电视系统采用光纤传输方式扫清了最后一个障碍。由于制作光纤的材料(石英)来源十分丰富，随着技术的进步，成本还会进一步降低；而电缆所需的铜原料有限，价格会越来越高

8、。显然，今后光纤传输将占绝对优势，成为建立全省、以至全国有线电视网的最主要传输手段。光纤通信同时具有以下缺点：(1)光纤弯