光纤的概念和技术简介

光纤的概念和技术简介

背景介绍1881年,亚历山大·格雷厄姆·贝尔成功传输声音信号光线。“发射器”是一面镜子,反射的光在它上面产生振动，发出略有不同的声音。接收器是一块硒,它有一个电阻对光线很敏感。贝尔称他的发明为“光”,认为这是注定要成为他一生中最大的成就。尽管贝尔发明的原理性质,作为光通信系统里面成功运作的所有必需的组件:一个发射机将交流信号转换成一个光源,光接收器接受并把它转换成一个可读的(电子)信号;以及媒介携带光从一点到另一点。在设计一个光纤通信系统时,贝尔最大的障碍不是发射机或接收机,而是作为媒体的光必须能够传递,户外太阳光束的传播显然不能胜任这份工作。快进到1970年,当终于实现产生一个商业上可行的光通信技术。就像贝尔教授,主要还是集中在传输媒体的发明能够携带光信号长距离水平可以接受的衰减(功率损耗)。在传输途中,光脉冲失去一些能量。研究人员可接受的损失值为20db/公里或更少。也就是1%的光进入媒体仍将在1公里中“传输”。在1970年初,康宁玻璃的科学家们成功地开发了一种玻璃纤维，其损失20db/公里,而在70年末杜邦公司推出第一个小直径丙烯酸纤维具有类似衰减。商业应用的光纤之后很快运用起来。电话公司迅速开始取代铜线骨干光纤线在两个地区、在长途电话系统以及城际电信系统。有线电视公司也开始将光纤集成到电缆系统带宽升级干线连接中央办公室和区域中心或节点。许多学院,大学,写字楼,工厂也开始利用光纤互连大型机和局域网络计算系统——无论是增加带宽,也为了提高可靠性的日益复杂的计算机网络。在同一时期，光纤在航空电子设备和其他军事航空航天也得到应用。1976年美国空军更换线束的a-7飞机的所有光学数据链路的机载光技术项目(在空中):302电缆,1200多米长,体重在40000克被替换为12纤维,76米长,体重低于1700克。今天,使用光纤系统进行数字化视频、语音和数据是常见的。在商业和工业,光纤已成为地面传输标准的通信信息。在军事和国防,需要以更快的速度提供更多的信息，而背后的推动力是广泛的改造和新光纤项目。虽然仍处于初级阶段,光传操纵飞行控制系统可能有一天取代电传系统，因其布线更轻,更小,更安全。今天,光纤,结合卫星和其他广播媒体,都代表了世界新秩序商业电信以及专业应用于航空电子设备、机器人、武器系统、传感器、交通和其他高性能环境。主要优势与铜相比,光纤相对较小的规模和质量,维修机载航空电子设备互连系统的主要优势。作为一个实际问题,纤维是容易安装——特别是在改造项目,因为较小的电缆直径可以链接现有的电子渠道和充分利用。较小的尺寸和重量也可以运行多个备份为每个电子系统或设备电缆。提供完整的冗余能力为所有关键布线是一个主要的激励因素的引入纤维在航电系统。光纤是特别的优势在机载应用程序由于其电磁免疫力。由于光纤使用光传输信号,它不受电磁干扰、无线电频率干扰,或电压激增。纤维的总电隔离也使它更安全,无火花型媒体在危险环境中使用,如飞机燃料电池。这种特性还提供了增强的传输安全,光脉冲,与电信号不同,几乎不可能拦截或监控。但光纤作为传输媒体的最重要的好处是它巨大的带宽和极低的数据丢失。光纤可以传输令人难以置信的数量的数据传输质量。两股光纤,直径都没有比人的一根头发粗,可以同时传输相当于24000电话。相比之下,两股铜线只能传输一个电话——在更重和更大的电缆。更小、更轻的光纤链相比笨重铜电缆有超过150倍的数据承载能力。此外,数据传输数字计算机设备(自然的形式),而不是类似,这样可以减少翻译错误和瓶颈。简而言之,光纤可以在最长的距离以最低的成本传输信号。基本功能基本FunctioFunctionally光纤系统是类似于铜线系统迅速取代。原理不同的是,光纤使用光脉冲(光子)光纤网络传输数据,而不是电子脉冲铜线传输数据。其他差异是最好理解看看数据流的点对点光纤体系结构。“编码”的光学通信系统称为发射机。这是为所有数据进入光纤系统的“原产地”。发射机本质上是将编码的电信号转换成相等地编码光脉冲。发光二极管(LED)或激光二极管(ILD)通常是实际的光脉冲的来源。使用一个透镜,光脉冲注入到光纤连接器(或终点站)和传播。光脉冲容易向下移动的光纤线,因为“全反射,”的原则基本上认为,当入射角超过一定值时,光通过反射面不会释放的物质,但将反弹。在光通信系统中,这一原则可以传输光脉冲下扭曲,把光纤做成不失光的链路。线的另一端,光脉冲被引导到系统中的“解码”元素,称为光接收机或探测器。再一次,实际光纤探测器连接完成专门的光纤连接器/终点站。一个光接收机的目的是检测接收到的事件在它上面的光,将它转换成一个电信号,其中包含的信息在光传输一端的印象。然后准备输入的信息为基础的电子设备,如电脑、导航控制系统、视频监控等。电缆构造通常有五个元素组成的建设光缆:视觉核心,光学包层,缓冲力量隔层和外部包皮。光学的核心是光移动元素在光纤的中心。它通常是由高纯度硅和锗。围绕核心光学包层由纯石英。这些材料的结合使全反射发生,使用不同材料的核心和包层创建一个非常反射面时的界面。光脉冲进入纤维核心反映了核心/包层接口,从而保持他们的核心内传输。周围的包层是一种缓冲材料作为减振器保护核心和包层免受破坏。力量隔层通常芳纶,围绕缓冲区添加关键抗拉强度电缆在安装期间防止损坏拉力量。外包皮防止磨损和环境破坏。还定义了使用的类型的外皮有线的职责和易燃性等级。光射线穿过光纤随机不传输。相反,它们是用于模式——成千上万的可能路径光线在传播过程中可能需要的光纤。光纤可以支持只有一个模式,多达数万人。光纤模式的数量是很重要的,因为它有助于确定光纤的带宽。多模光纤比单模光纤有一个更大的核心,让数以百计的光线通过纤维同时传播。单模光纤核心要小得多,只允许光通过核心传播模式之一。矛盾的是,模式的数量越高,降低电缆的带宽。原因是分散的。“模态”色散引起的不同路径长度其次是光线在动作纤维(一些射线遵循一个更直接的路线的中间纤维,所以到达目的地之前那些浪费时间来回跳跃的光线对双方)。“材料”分散发生在不同波长的光旅行速度不同。减少可能的模式,减少模态色散。通过限制波长的光的数量,可以减少材料色散。单模光纤最小的核心大小(直径)约8-10um,所以他们消除模态色散光脉冲被强迫遵循一个单一的、直接的路径。单模光纤的带宽远远超过多模光纤的功能,其传送能力本质上是无限的。因此单模光纤长距离的首选介质和高带宽的应用程序。多模光纤一般是为应用程序选择低于600MHz带宽需求。多模光纤等也适合短距离应用互连组件中使用一个前提或包含空间。因为它的大,多模光纤比单模容易抛光和清洁,互连的应用程序的一个关键问题暴露的抛光结束纤维在连接器交配和匹配碎片。性能标准光纤的布局和配置系统可以根据应用程序环境相差很大。商业通信系统,例如,通常功能超长主干电缆,拼接纤维间隙和廉价的类型连接器系统中许多终止点。这样的应用程序通常是商品中使用的连接器解决方案面向中等性能和可靠性要求的行业。在光谱的另一端,光纤部署在军事航空电子设备采用精心设计的互连的形式,利用和/或多分支管道系统。这样的应用程序中使用的连接器容纳多个光纤电缆和通常利用精密接触,或目的地的主要机制调整和光纤连接。在许多这样的航天应用中,光纤被聘为替换或升级现有的铜线电缆利用维修现有的黑盒飞行甲板设备、武器系统、监控摄像头、传感器等等。在所有应用程序的口径,新的光纤系统必须遵守相同的严格的资格标准和应用于遗留电气系统的性能要求。出于这个原因,设计、配置和包装光纤互联的密切反映现有Mil-Spec标准,比如涉及互连延展性、配件接口尺寸,材质,等等。光纤末端的设计,特殊目的产品和其他配件也同样由现有的包装要求和航空航天工业控制尺寸标准。连接器光纤连接器被设计为连接和断开连接的多次而不影响光纤电路的光学性能。连接器可以被认为是过渡装置可以将光纤网络划分为相互关联的子系统和促进个体的依恋分支系统的发射机,接收机或其他纤维。mil-c-38999连接器是目前最常见的指定multi-pin圆柱互连在纤维和铜导体航空航天应用。同时用于连接多个链纤维时,mil-c-38999连接器功能的容器或外壳精密末端执行实际的婚姻的纤维链。在过去的二十年里已经有了显著改进在终点站设计公差确保精确、可重复的、轴向和角向定位销和套接字之间的末端在连接器外壳。在设计、关键性能的末端,一直依赖加工不锈钢箍将精密微钻孔洞。制造商光纤末端D38999