关于光纤通信原理的简述.doc

学年论文 题目:对2009年诺贝尔物理学奖的一些学习研究学生姓名： 李 敏 达 学 号： 201112020115 院 （系）： 理 学 院 专 业： 应用物理学 指导教师： 朱 桥 2013年 1月2日 对2009年诺贝尔物理学奖的一些学习研究物理111：李敏达 指导老师：朱桥（陕西科技大学理学院 陕西 西安 710021）摘要:随着科技的发展，信息通信对我们的生活越来越重要，而2009年诺贝尔物理学奖得主高锟在光纤通信方面做出了突出贡献。他的设想：通过改善绝缘性纤维的结构和材料特性可以高效的传输信息等思想都对现代通信行业的发展做出了重要贡献。关键字：光纤通信，高锟On 2009 Nobel Prize in Physics of Some Learning ResearchABSTRACT： With the development of science and technology, information and communication in our lives more and more important, and in 2009 the Nobel physics laureate Charles Kao in the optical fiber communication has made outstanding contributions .His idea: by improving the insulation fiber structure and material properties can be efficient transmission of information and thought on modern communication development of the industry made an important contribution to.KEYWORDS：optical fiber communication , Charles K. Kao1通信传输专业的发展我们的生活离不开信息的传递。从远古时期的口耳相传或借助器物传递信息到古代的靠驿差长途跋涉或飞鸽传信传递信息再到近代的靠邮递方式传递信息最后到现代的电报、电话、电视、电脑传递信息1。信息传递的速度越来越快，传递的信息量也越来越大，然而信息传递的发展离不开传输工具的进步。现代的信息传递效率更是获得了巨大进步。光纤通信的发展为现代信息传递的进步做出了巨大的贡献。从1966年出生在中国上海的英籍华人高锟，提出用石英玻璃纤维（光纤）传送光信号来进行通信，可实现长距离、大容量通信，并于1970年损失为20db/km的光纤被美国康宁(Corning)公司研制出来了。到1976年，美国贝尔实验室在亚特兰大到华盛顿间建立了世界第一条实用化的光纤通信线路。再到1996年WDM技术取得突破，贝尔实验室发展了WDM技术，美国MCI公司在1997年开通了商用的WDM线路。 现在光纤通信主要运用在光纤光缆、光电子器件及光通信系统设备等方面。而光纤通信的发展现状主要在以下三方面：1.1 光波分复用技术 波分复用WDM技术是指使用多在同一条光纤上同时传输多个不同波长的光波技术2。1.2 光弧子通信技术 光弧子是一种特殊的p s 数量级上的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光弧子通信就是利用光弧子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥2。1.3 光纤接入技术 随着通信业务量的不断增加，业务种类也更加丰富，人们不仅需要语音业务，高速数据、高保真音乐、互动视频等多媒体业务也已经得到了更多用户的青睐。这些业务不仅要有宽带的主干传输网络，用户接入部分更是关键，而传统的接入方式已经满足不了需求，因此只有带宽能力强的光纤接入才能将瓶颈打开，核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥出来2。2大致描述光纤通信的原理只要解决好玻璃纯度和成分等问题，就能够利用玻璃制作光学纤维，从而高效传输信息。这一设想提出之后，有人称之为匪夷所思，也有人对此大加褒扬。但在争论中，高锟的设想逐步变成现实：利用石英玻璃制成的光纤应 用越来越广泛，全世界掀起了一场光纤通信的革命。随着第一个光纤系统于1981年成功问世，高锟“光纤之父”美誉传遍世界。 高锟还开发了实现光纤通讯所需的辅助性子系统。他在单模纤维的构造、纤维的强度和耐久性、纤维连接器和耦合器以及扩散均衡特性等多个领域都作了大量的研究，而这些研究成果都是使信号在无放大的条件下，以每秒亿兆位元传送至距离以万米为单位的成功关键。光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。其典型结构是多层同轴圆柱体，如图2-1 所示，自内向外为纤芯、包层和涂覆层。-核心部分是纤芯和包层，其中纤芯由高度透明的材料制成， 是光波的主要传输通道；包层的 图2-1光纤的结构折射率略小于纤芯，使光的传输性能相对稳定。纤芯粗细、纤芯材料和包层材料的折射率，对光纤的特性起决定性影响。涂覆层包括一次涂覆、缓冲层和二次涂覆，起保护光纤不受水汽的侵蚀相机械的擦伤， 同时又增加光纤的柔韧性， 起着延长光纤寿命的作用。首先，我们来看光在分层介质中的传播，如图2-2所示。图中介质1 的折射率为,介质2 的折射率为，设。当光线以较小的角入射到介质界面时部分光进入介质2 并产生折射，部分光被反射。它们之间的相对强度取决于两种介质的折射率。 图2-2光的折射与反射 由菲涅耳定律可知 反射定律 (2-1)折射定律 (2-2) 在时，逐渐增大，进入介质2的折射光线进一步趋向界面，直到趋于。此时，进入介质2的光强显著减小并趋于零，而反射光强接近于入射光强。当极限值时，相应的角定义为临界角。由于,所以临界角 （2-3）当 时，入射光线将产生全反射。应当注意，只有当光线从折射率大的介质进入折射率小的介质，即时，在界面上才能产生全反射。全反射现象是光纤传输的基础。光纤的导光特性基于光射线在纤芯和包层界面上的全反射，使光线限制在纤芯中传输。3“光纤之父”-高锟的卓越贡献 高锟的研究是开拓性的，也是致力应用性的，其科研成就彻底革新了整个通讯方式，互联网、电子邮件的出现以及现代信息技术的高速发展都要归功于他的光纤发明，为人类生活带来了革命性的影响。正如诺贝尔物理学奖评选委员会主席约瑟夫努德格伦所解释的那样，高锟取得了光纤物理学上的突破性成果，他计算出如何使光在光导纤维中进行远距离传输，这项成果最终促使光纤通信系统问世，而正是光纤通信为当今互联网的发展铺平了道路。光纤大幅提高信息传输速度，令人们可以“在刹那间把文本、音乐、图像和视频传输到世界各地如今，每个人都在使用光纤媒介”。 可以说，光纤构成了电话和高速互联网等现代通讯网络运行的基石，构成了支撑我们信息社会的环路系统。在互联网中畅游、欣赏高清晰电视转播节目、与千里之外的友人通话，又或者躺在病床上接受胃镜检查，这些事情改变着人类的生活。没有高锟一如既往、坚持不懈的研究，就没有今天的互联网时代，信息科技就难言发展，由此衍生的商业活动、金融交易，乃至纽约、香港、东京、上海作为金融中心的地位更谈不上来。但是，高锟的科学成就来之不易。上世纪60年代初，高锟已在一篇论文中首度提出“光通讯”理论：以玻璃制造一条比头发还要细小的光纤，代替体积庞大的千百万条铜线，作为传送容量几近无限的信息传送管道。这一崭新构想提出之后，学界均嗤之以鼻，认为是“痴人说梦、绝无可能”。在当时，即使是最好的导体，光波在其中传输20米，能量就只剩下原来的百分之一，更何谈“通讯”二字。但是高锟并没有因为专家们的话而放弃，他一意孤行，除了埋首研究自己的理论外，还亲自向当时美国通讯界的权威贝尔实验室推销自己的想法；但即使高锟愿把专利权出售，贝尔实验室也不看好。争论中，高锟的设想逐渐变成现实。后来，他的理论得到通讯界以外的玻璃生产商康宁公司的赏识，1981年第一个光纤传输系统成功问世。高锟提出的光纤，是用高纯度的玻璃纤维制成，光进入到其中，就像进入了一个周围全是镜子的管线，在全反射的作用下，再也跑不掉，只有从另一端出来。光纤有低损失、宽频带、尺寸小、重量轻的优点，高锟的发明不仅有效解决了信息长距离传输的问题，而且还极大地提高了效率并降低了成本，给人类通讯带来了一场革命。高锟的“光纤之父”地位从此正式确立，并把人类带进光纤通讯年代。然而，由理论到实践，由发明到推广，高锟的光纤之路长达20多年。由于高锟的杰出贡献，1996年，中国科学院紫金山天文台将一颗于1981年12月3日发现的国际编号为“3463”的小行星命名为“高锟星”。物理学家杨振宁在“高锟星”的命名典礼上说：“今天以后，我知道每次我和小孙女看夜空的时候，将会