光纖及光纖傳感器課件

1·1光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀

1.1.1探索時(shí)期的光通信

1.1.2現(xiàn)代光纖通信

1.1.3國內(nèi)外光纖通信發(fā)展的現(xiàn)狀1·2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用

1.2.1光通信與電通信

1.2.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)

1.2.3光纖通信的應(yīng)用1·3光纖通信系統(tǒng)的基本組成

1.3.1發(fā)射和接收

1.3.2基本光纖傳輸系統(tǒng)

1.3.3數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)返回主目錄光纖通訊簡介第一頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。1.1光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀

1.1.1探索時(shí)期的光通信

?在這個(gè)時(shí)期，美國麻省理工學(xué)院利用He-Ne激光器和CO2激光器進(jìn)行了大氣激光通信試驗(yàn)。由于沒有找到穩(wěn)定可靠和低損耗的傳輸介質(zhì)，對光通信的研究曾一度走入了低潮。?1960年，美國人梅曼(Maiman)發(fā)明了第一臺紅寶石激光器，給光通信帶來了新的希望。激光器的發(fā)明和應(yīng)用，使沉睡了80年的光通信進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。?1880年，美國人貝爾(Bell)發(fā)明了用光波作載波傳送話音的“光電話”。貝爾光電話是現(xiàn)代光通信的雛型。?原始形式的光通信:中國古代用“烽火臺”報(bào)警，歐洲人用旗語傳送信息。

第二頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

1.1.2現(xiàn)代光纖通信

1966年，英籍華裔學(xué)者高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖(OpticalFiber)進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信——光纖通信的基礎(chǔ)。

指明通過“原材料的提純制造出適合于長距離通信使用的低損耗光纖”這一發(fā)展方向第三頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。光纖通信發(fā)明家高錕(左)

1998年在英國接受IEE授予的獎?wù)碌谒捻摚庉嬘谛瞧诹菏c(diǎn)二十八分。1970年，光纖研制取得了重大突破

?1970年，美國康寧(Corning)公司研制成功損耗20dB/km的石英光纖。把光纖通信的研究開發(fā)推向一個(gè)新階段。

?1972年，康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到4dB/km。

?1973年，美國貝爾(Bell)實(shí)驗(yàn)室的光纖損耗降低到2.5dB/km。1974年降低到1.1dB/km。

?1976年，日本電報(bào)電話(NTT)公司將光纖損耗降低到0.47dB/km(波長1.2μm)。

?在以后的10年中，波長為1.55μm的光纖損耗：

1979年是0.20dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。第五頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

1970年，光纖通信用光源取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展

?1970年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室、日本電氣公司(NEC)和前蘇聯(lián)先后，研制成功室溫下連續(xù)振蕩的鎵鋁砷(GaAlAs)雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器(短波長)。雖然壽命只有幾個(gè)小時(shí)，但它為半導(dǎo)體激光器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

?1973年，半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到7000小時(shí)。

?1976年，日本電報(bào)電話公司研制成功發(fā)射波長為1.3μm的銦鎵砷磷(InGaAsP)激光器。

?1977年，貝爾實(shí)驗(yàn)室研制的半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到10萬小時(shí)。

?1979年美國電報(bào)電話(AT&T)公司和日本電報(bào)電話公司研制成功發(fā)射波長為1.55μm的連續(xù)振蕩半導(dǎo)體激光器。

由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，使1970年成為光纖通信發(fā)展的一個(gè)重要里程碑第六頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展

?1976年，美國在亞特蘭大(Atlanta)進(jìn)行了世界上第一個(gè)實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗(yàn)。

?1980年，美國標(biāo)準(zhǔn)化FT-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用。

?1976年和1978年，日本先后進(jìn)行了速率為34Mb/s的突變型多模光纖通信系統(tǒng)，以及速率為100Mb/s的漸變型多模光纖通信系統(tǒng)的試驗(yàn)。

?1983年敷設(shè)了縱貫日本南北的光纜長途干線。

?

隨后，由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋TAT-8海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建成。

?第一條橫跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設(shè)得到了全面展開，促進(jìn)了全球通信網(wǎng)的發(fā)展。第七頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個(gè)階段：

?第一階段(1966~1976年)，這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時(shí)期。?第二階段(1976~1986年)，這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標(biāo)和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時(shí)期。

?第三階段(1986~1996年)，這是以超大容量超長距離為目標(biāo)、全面深入開展新技術(shù)研究的時(shí)期。第八頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

1.1.3國內(nèi)外光纖通信發(fā)展的現(xiàn)狀

1976年美國在亞特蘭大進(jìn)行的現(xiàn)場試驗(yàn)，標(biāo)志著光纖通信從基礎(chǔ)研究發(fā)展到了商業(yè)應(yīng)用的新階段。此后，光纖通信技術(shù)不斷創(chuàng)新：光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長從0.85μm發(fā)展到1.31μm和1.55μm(短波長向長波長），傳輸速率從幾十Mb/s發(fā)展到幾十Gb/s。隨著技術(shù)的進(jìn)步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成，光纖價(jià)格不斷下降，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。目前光纖已成為信息寬帶傳輸?shù)闹饕劫|(zhì)，光纖通信系統(tǒng)將成為未來國家信息基礎(chǔ)設(shè)施的支柱。在許多發(fā)達(dá)國家，生產(chǎn)光纖通信產(chǎn)品的行業(yè)已在國民經(jīng)濟(jì)中占重要地位。第九頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。光纖通信整體發(fā)展時(shí)間表1974197619781980198219841986198819901992

100000

1000010001001010.1

0.8μm多模1.3μm單模1.55μm直接檢測光孤子光放大器1.55μm相干檢測系統(tǒng)性能(Gb/s?Km）第十頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。1.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用1.2.1光通信與電通信

通信系統(tǒng)的傳輸容量取決于對載波調(diào)制的頻帶寬度，載波頻率越高，頻帶寬度越寬。光通信的主要特點(diǎn)載波頻率高；頻帶寬度寬（圖1.1）光通信利用的傳輸媒質(zhì)-光纖，可以在寬波長范圍內(nèi)獲得很小的損耗。（圖1.2）第十一頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。圖1.1部分電磁波頻譜第十二頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。圖1.2各種傳輸線路的損耗特性第十三頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

1.2.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)

?容許頻帶很寬，傳輸容量很大

?損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小

?重量輕、體積小

?抗電磁干擾性能好

?泄漏小，保密性能好

?節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用第十四頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。世界上三大著名的光纖光纜公司——美國的西電公司、康寧公司和日本的住友公司，光導(dǎo)纖維產(chǎn)量每年都在12萬千米以上。第十五頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

1.2.3光纖通信的應(yīng)用光纖可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號。光纖在通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)，以及在其它數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，都得到了廣泛應(yīng)用。光纖寬帶干線傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)發(fā)展迅速，是當(dāng)前研究開發(fā)應(yīng)用的主要目標(biāo)。光纖通信的各種應(yīng)用可概括如下：①通信網(wǎng)②構(gòu)成因特網(wǎng)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)③有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng)④綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)市級城市的一二級電信主干，銀行，部隊(duì)，郵局，鐵路等的電信局域網(wǎng)第十六頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

ATMInternet骨干網(wǎng)DDN/FRPSTN/ISDNTV業(yè)務(wù)分配節(jié)點(diǎn)(COT)業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)（RT）網(wǎng)管SNMP與電信網(wǎng)管中心相連Q3100/1000ME1/BRA/PRA155M622MSDH典型應(yīng)用之一：寬帶綜合業(yè)務(wù)光纖接入系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第十七頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。典型應(yīng)用之二：作為校園網(wǎng)的骨干傳輸網(wǎng)第十八頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。1.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成

下圖示出單向傳輸?shù)墓饫w通信系統(tǒng)，包括發(fā)射、接收和作為廣義信道的基本光纖傳輸系統(tǒng)。第十九頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

基本光纖傳輸系統(tǒng)的三個(gè)組成部分1、光發(fā)送機(jī)組成框圖：

光源調(diào)制器通道耦合器電信號輸入光輸出驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)參數(shù)：發(fā)送功率，dbm概念光源光譜特性：輸出光功率足夠大，調(diào)制頻率足夠高，譜線寬度和光束發(fā)散角盡可能小，輸出功率和波長穩(wěn)定，器件壽命長第二十頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。電信號對光的調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方式

直接調(diào)制用電信號直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動電流，使輸出光隨電信號變化而實(shí)現(xiàn)的。這種方案技術(shù)簡單，成本較低，容易實(shí)現(xiàn)，但調(diào)制速率受激光器的頻率特性所限制。

外調(diào)制把激光的產(chǎn)生和調(diào)制分開，用獨(dú)立的調(diào)制器調(diào)制激光器的輸出光而實(shí)現(xiàn)的。外調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)制速率高，缺點(diǎn)是技術(shù)復(fù)雜，成本較高，因此只有在大容量的波分復(fù)用和相干光通信系統(tǒng)中使用。第二十一頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

圖1.5兩種調(diào)制方案

(a)直接調(diào)制；(b)間接調(diào)制(外調(diào)制)第二十二頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。2.光纖線路

功能：是把來自光發(fā)射機(jī)的光信號，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)

組成:光纖、光纖接頭和光纖連接器

低損耗“窗口”：普通石英光纖在近紅外波段，除雜質(zhì)吸收峰外，其損耗隨波長的增加而減小，在0.85μm、1.31μm和1.55μm有三個(gè)損耗很小的波長“窗口”，見后圖。

光源激光器的發(fā)射波長和光檢測器光電二極管的波長響應(yīng)，都要和光纖這三個(gè)波長窗口相一致。目前在實(shí)驗(yàn)室條件下，1.55μm的損耗已達(dá)到0.154dB/km，接近石英光纖損耗的理論極限。第二十三頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。0.70.80.91.01.11.21.31.41.5衰減（dB/km）第一窗口第二窗口波長——λ（μm）普通單模光纖的衰減隨波長變化示意圖6543210。40。2第三窗口C波段1525~1565nm1.571.62L波段第二十四頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。3、光接收機(jī)功能：是把從光纖線路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號組成部分：耦合器，光電檢測器，解調(diào)器組成框圖：電子電路光輸入耦合器光電檢測器解調(diào)器電信號輸出結(jié)構(gòu)參數(shù)：接收機(jī)靈敏度，定為BER≤10-9條件下，所要求的最小平無接收功率。檢測方式：直接檢測和外差檢測第二十五頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

1.3.3數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)用參數(shù)取值離散的信號(如脈沖的有和無、電平的高和低等)代表信息，強(qiáng)調(diào)的是信號和信息之間的一一對應(yīng)關(guān)系；

模擬通信系統(tǒng)則用參數(shù)取值連續(xù)的信號代表信息，強(qiáng)調(diào)的是變換過程中信號和信息之間的線性關(guān)系。這種基本特征決定著兩種通信方式的優(yōu)缺點(diǎn)和不同時(shí)期的發(fā)展趨勢。第二十六頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：①抗干擾能力強(qiáng)，傳輸質(zhì)量好。②可以用再生中繼，傳輸距離長。③適用各種業(yè)務(wù)的傳輸，靈活性大。④容易實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的保密通信。⑤數(shù)字通信系統(tǒng)大量采用數(shù)字電路，易于集成，從而實(shí)現(xiàn)小型化、微型化，增強(qiáng)設(shè)備可靠性，有利于降低成本。

模擬通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)占用帶寬較窄外，電路簡單易于實(shí)現(xiàn)、價(jià)格便宜等。第二十七頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。第六章其它現(xiàn)代檢測方法一、光纖傳感技術(shù)涂敷層---材料：硅酮或丙烯酸鹽---隔離雜光。1.光纖的基本結(jié)構(gòu)主體----纖芯與包層對稱柱體光學(xué)纖維光纖（Opticfiber）

---光導(dǎo)纖維纖芯---石英玻璃；直徑：5~75μm；材料：二氧化硅（主體），摻雜其他微量元素---提高折射率纖芯、包層、涂敷層、護(hù)套---多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)包層---直徑：100~200μm；材料：二氧化硅（主體）---折射率略低于纖芯。護(hù)套---材料:尼龍/其他有機(jī)材料---提高機(jī)械強(qiáng)度，保護(hù)光纖特殊場合：沒有涂敷層和護(hù)套---裸纖第二十八頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。光纖測量技術(shù)---20世紀(jì)70年代中期特點(diǎn)---靈敏度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、易彎曲、耐腐蝕、抗電磁干擾及抗輻射性能好、便于遠(yuǎn)距離遙測光通信技術(shù)光纖測量技術(shù)---以光波為載體，光纖為媒質(zhì)來感知和傳輸外界被測信號---全反射2.光線的傳播折射率：纖芯---n1

包層---n2n1>n23.光纖測量位移、壓力、溫度、電流等第二十九頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。4.光纖傳感器的應(yīng)用第三十頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

金門大橋是美國最著名的橋梁，主橋1,966米，主跨1,280米，建成于1937年，保持了27年是世界最大跨徑的橋梁的記錄。70歲第三十一頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。南京長江二橋是我國目前跨徑最大的斜拉橋。由南、北汊大橋和南岸、八卦洲及北岸引線組成。其中，南汊大橋?yàn)殇撓淞盒崩瓨颍瑯蜷L2938米，其中主跨628米，該跨徑目前居同類橋型中國內(nèi)第一，世界第三。第三十二頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。1999年1月4日，重慶市綦江縣連接老城和新城的虹橋像往常一樣迎接節(jié)后第一天忙碌返家的人流，也默默地迎接著自己出生以來的兩年零222天。它當(dāng)然不知道，這是它的最后一天。

第三十三頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

2001年11月6日晨4時(shí)30分左右，宜賓南門大橋突然發(fā)生懸索及橋面部分?jǐn)嗔咽鹿?，造成兩死兩傷。第三十四頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。光學(xué)傳感器

1989年美國布朗大學(xué)的門德斯等人首先提出了將光纖傳感器用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和建筑檢測的可能性。隨后加拿大的Rotest公司研制出了白光法布里—珀羅光纖傳感器，該公司將這種傳感器用于橋梁結(jié)構(gòu)中的的應(yīng)力、應(yīng)變、結(jié)構(gòu)振動、結(jié)構(gòu)損傷程度、裂縫的發(fā)生與發(fā)展等內(nèi)部狀態(tài)的檢測。第三十五頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。第三十六頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。1234n水＝1.33n玻璃＝1.5~1.9n金剛石＝2.42。當(dāng)光由光密物質(zhì)出射至光疏物質(zhì)時(shí)，發(fā)生折射第三十七頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。5第三十八頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。介質(zhì)2（折射率n2）介質(zhì)1（折射率n1）入射光折射光反射光光的折射和反射:折射角大于入射角第三十九頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。8.2光纖傳感器

一、概述光纖傳感器是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一門新技術(shù),它是伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。光纖傳感器與傳統(tǒng)的各類傳感器相比有一系列優(yōu)點(diǎn)，第四十頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。光導(dǎo)纖維(光纖)

光纖傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1)與其他傳感器相比,它具有很高的靈敏度。

(2)頻帶寬動態(tài)范圍大。

(3)結(jié)構(gòu)簡單,可撓曲,體積小,重量輕耗能少。

(4)如不受電磁干擾,靈敏度高,耐腐蝕,電絕緣、防爆性好。

(5)便于與計(jì)算機(jī)和光纖傳輸系統(tǒng)相連,易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遙測和控制。

(6)可用于高溫、高壓、強(qiáng)電磁干擾、腐蝕等各種惡劣環(huán)境。

它能用于溫度、壓力、應(yīng)變、位移、速度、加速度、磁、電、聲和PH值等各種物理量的測量,具有極為廣泛的應(yīng)用前景。

第四十一頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。二、光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理

1．光纖的結(jié)構(gòu)光導(dǎo)纖維簡稱為光纖,目前基本上還是采用石英玻璃,其結(jié)構(gòu)示于圖8-27。中心的圓柱體叫纖芯,圍繞著纖芯的圓形外層叫做包層。纖芯和包層主要由不同摻雜的石英玻璃制成。纖芯的折射率n1略大于包層的折射率n2,在包層外面還常有一層保護(hù)套,多為尼龍材料。光纖的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì),而光纖的機(jī)械強(qiáng)度由保護(hù)套維持。纖芯包層保護(hù)套第四十二頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。光纖的結(jié)構(gòu)纖芯core：折射率較高，用來傳送光；包層coating：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件；保護(hù)套jacket：強(qiáng)度大，能承受較大沖擊，保護(hù)光纖。第四十三頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

2．光纖的傳輸原理眾所周知,光在空間是直線傳播的。在光纖中,光的傳輸限制在光纖中,并隨光纖能傳送到很遠(yuǎn)的距離,光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。

第四十四頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。設(shè)有一段圓柱形光纖,如圖8-28所示,它的兩個(gè)端面均為光滑的平面。當(dāng)光線射入一個(gè)端面并與圓柱的軸線成θ角時(shí),根據(jù)折射定律,在光纖內(nèi)折射成θ′,然后以角入射至纖芯與包層的界面。若要在界面上發(fā)生全反射,則纖芯與界面的光線入射角應(yīng)大于臨界角c,即第四十五頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。式（８－４）第四十六頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。結(jié)論：只要入射光的入射角滿足式（８－４）光纖內(nèi)部反復(fù)逐次發(fā)生全內(nèi)反射,直至傳播到另一端面。實(shí)際工作時(shí)需要光纖彎曲,但只要滿足全反射條件,光線仍繼續(xù)前進(jìn)?？梢娺@里的光線“轉(zhuǎn)彎”實(shí)際上是由光的全反射所形成的。第四十七頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

說明光纖集光本領(lǐng)的術(shù)語叫數(shù)值孔徑NA,即數(shù)值孔徑反映纖芯接收光量的多少。ＮＡ表明：無論光源發(fā)射功率有多大，只要入射角處于２θＣ光錐腳內(nèi)，光纖才能導(dǎo)光．如入射角過大，光線便從包層逸出產(chǎn)生漏光．ＮＡ越大，表明集光能力越強(qiáng)．這有利于耦合效率的提高,但數(shù)值孔徑過大,會造成光信號畸變,所以要適當(dāng)選擇數(shù)值孔徑的數(shù)值。第四十八頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。輸入輸入輸出輸出低數(shù)值孔徑NA高數(shù)值孔徑NANANA第四十九頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。外徑一般為125um(一根頭發(fā)平均100um)內(nèi)徑：單模9um

多模50/62.5um單模一種光纖類型，光以單一路徑通過這種光纖。以激光器為光源。多模一種光纖類型，光以多重路徑通過這種光纖。以發(fā)光二極管或激光器為光源。

12595012562.5125光纖的尺寸第五十頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。第五十一頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。傳播損耗損耗原因：光纖纖芯材料的吸收、散射，光纖彎曲處的輻射損耗等的影響

傳播損耗（單位為dB）式中,I——光纖長度；

a——單位長度的衰減；

I0——光導(dǎo)纖維輸入端光強(qiáng)；

I——光導(dǎo)纖維輸出端光強(qiáng)。第五十二頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。光纖的分類按材料分類：玻璃光纖：纖芯與包層都是玻璃，損耗小，傳輸距離長，成本高；膠套硅光纖：纖芯是玻璃，包層為塑料，特性同玻璃光纖差不多，成本較低；塑料光纖：纖芯與包層都是塑料，損耗大，傳輸距離很短，價(jià)格很低。多用于家電、音響，以及短距的圖像傳輸。第五十三頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

光纖傳感器可以分為兩大類:一類是功能型（傳感型）傳感器;另一類是非功能型（傳光型）傳感器。功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件,被測量對光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制,使傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化,再通過對被調(diào)制過的信號進(jìn)行解調(diào),從而得出被測信號。

三、光纖傳感器光源光敏元件被測對象測得信息光導(dǎo)纖維功能型傳感器第五十四頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。非功能型傳感器是利用其它敏感元件感受被測量的變化,光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì)。

光源光敏元件被測對象測得信息光導(dǎo)纖維敏感元件傳光型傳感器第五十五頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。1:光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器光纖微彎曲位移和壓力傳感器是光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器的一個(gè)典型例子。它是基于光纖微彎而產(chǎn)生的彎曲損耗原理制成的。微彎曲損耗的機(jī)理可用圖6.16中光纖微彎對傳播光的影響來說明。假如光線在光纖的直線段以大于臨界角射入界面（φ＞φc）,則光線在界面上產(chǎn)生全反射。理想情況下,光將無衰減地在纖芯內(nèi)傳播。當(dāng)光線射入微彎曲段的界面上時(shí),入射角將小于臨界角（φ＞φc

）。這時(shí),一部分光在纖芯和包層的界面上反射；另一部分光則透射進(jìn)入包層,從而導(dǎo)致光能的損耗?；谶@一原理,人們研制成了光纖微彎曲傳感器（如圖8-29所示）。第五十六頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。圖8-29光纖微彎對傳播光的影響

第五十七頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。該傳感器由兩塊波形板（變形器）構(gòu)成,其中一塊是活動板,另一塊是固定板。波形板一般采用尼龍、有機(jī)玻璃等非金屬材料制成。一根階躍型多模光纖（或漸變型多模光纖）從一對波形板之間通過。當(dāng)活動板受到微擾（位移或壓力）作用時(shí),光纖就會發(fā)生周期性微彎曲,引起傳播光的散射損耗,使光在芯模中重新分配：一部分光從芯模（傳播模）耦合到包層模（輻射模）；另一部分光反射回芯模。當(dāng)活動板的位移或壓力增加時(shí),泄漏到包層的散射光隨之增大；相反,光纖芯模的輸出光強(qiáng)度就減小。參見圖8-30。于是光強(qiáng)就受到了調(diào)制。通過檢測泄漏出包層的散射光強(qiáng)度或光纖芯透射光強(qiáng)度就能測出位移（或壓力）信號。第五十八頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。圖8-30光纖微彎曲位移（壓力）傳感器原理圖圖8-31光纖芯透射光強(qiáng)度與外力的關(guān)系第五十九頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。光纖微彎曲傳感器的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是光功率維持在光纖內(nèi)部,這樣就可以免除周圍環(huán)境污染的影響,適宜在惡劣環(huán)境中使用。另外,它還有靈敏度較高（能檢測小至100μPa的壓力變化）、結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)范圍寬、線性度較好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因此,光纖微彎曲傳感器是一種有發(fā)展前途的傳感器。第六十頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。微彎式光纖壓力傳感基于光纖的微彎效應(yīng)，即由壓力引起變形器產(chǎn)生位移，使光纖彎曲而調(diào)制光強(qiáng)度。

1聚碳酸酯薄膜2可動變形板3固定變形板4、5光纖微彎式光纖水聽器探頭最小1μPa

第六十一頁，編輯于星期六：十二點(diǎn)二十八分。

２．光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器是目前僅次于加速度、壓力傳感器而廣泛使用的光纖傳感器。根據(jù)工作原理可分為相位調(diào)制型、光強(qiáng)調(diào)制型和偏振光型等。這里僅介紹一種光強(qiáng)調(diào)制型的半導(dǎo)體光吸收型光纖溫度傳感器,圖8-30為這