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【ICU重癥監(jiān)護信息系統(tǒng)廠家】光纖傳輸特性(光通信傳輸特性)

2023-10-21 09:15

     科學的探討和研究,其本身就含有至美,它給人的愉快就是酬報。—居里夫人(M.Curie)     光纖損耗——越純凈損耗越小

        光纖是熔融SiO2制成的,光信號在光纖中傳輸時,由于SiO2材料并不完全純凈,這些雜質(zhì)會吸收光。除吸收損耗外,由于構(gòu)成SiO2的離子晶格在光波(電磁波)的作用下發(fā)生振動,也要損失能量。此外,還有散射損耗,這種散射是由在光纖制造過程中材料密度的不均勻(造成折射率不均勻)產(chǎn)生的。光纖對光能量的吸收損耗、散射損耗和輻射損耗,使光在光纖中傳輸時逐漸衰減,如圖3.3.1所示。

圖3.3.1光纖傳輸線的各種損耗引起光在光纖中傳輸時逐漸衰減

       另外,在密集波分復用(DWDM)系統(tǒng)中,不同波長的光同時注入一根光纖,波長越多,注入光纖的能量就越大,當光纖中傳輸?shù)墓鈴姶蟮揭欢ǔ潭葧r就會產(chǎn)生受激拉曼散射、受激布里淵散射和四波混頻等非線性現(xiàn)象,使輸入光能量轉(zhuǎn)移到新的頻率分量上,產(chǎn)生非線性損耗。

       通常,光纖內(nèi)傳輸?shù)墓夤β蔖隨距離z的增大而衰減,可以用下式表示

式中,α是衰減系數(shù)。如果Pin是在長度為L的光纖輸入端注入的光功率,根據(jù)式(3.3.1)可得到輸出端的光功率應為

習慣上,功率的單位為分貝毫瓦(dBm),衰減系數(shù)α的單位為dB/km,由式(3.3.2)得到用分貝表示的衰減系數(shù)為

       光纖的損耗與波長有關(guān),波長越長,損耗越小,圖3.3.2給出了典型單模光纖和多模光纖衰減譜。由圖可知,單模光纖衰減在波長1.55μm是0.19dB/km,在波長1.30μm是0.35dB/km。

圖3.3.2   典型光纖衰減譜

光纖色散——模式不同、路徑不同、到達終點時間不同導致脈沖展寬

牛頓——影響科學史的人

        艾薩克·牛頓(IsaacNewton,1643—1727年),英國著名物理學家,主要著作有《自然哲學的數(shù)學原理》和《光學》。在《光學》里,牛頓用微粒學詳盡地闡述了光的色彩復合和分散,從粒子的角度解釋了薄膜透光、牛頓環(huán)及衍射實驗中發(fā)現(xiàn)的種種現(xiàn)象,他也對雙折射現(xiàn)象進行了研究。在光學上,他發(fā)明了反射望遠鏡,并基于對三角棱鏡將白光發(fā)散成可見光譜的觀察,發(fā)展出了顏色理論。

       他在1687年發(fā)表的論文《自然定律》里,對萬有引力定律和三大運動定律(慣性定律、具有6個性質(zhì)的第2定律、作用與反作用定律)進行了描述。這些描述奠定了此后三個世紀里物理世界的科學觀點,并成為現(xiàn)代工程學的基礎(chǔ)。他通過論證開普勒行星運動定律與他的引力理論間的一致性,展示了地面物體與天空物體的運動都遵循著相同的自然定律,為太陽中心說提供了強有力的理論支持,并推動了科學革命。在力學上,牛頓闡明了動量和角動量守恒原理,提出了牛頓運動定律。他還系統(tǒng)地表述了冷卻定律,并研究了聲速。在數(shù)學上,牛頓與萊布尼茨共同發(fā)明了微積分。他也證明了廣義二項式定理,并為冪級數(shù)的研究做出了貢獻。
1.太陽白光被分解為七色彩帶——色散

       色散是日常生活中經(jīng)常會碰到的一種物理現(xiàn)象。一束白光通過一塊玻璃三角棱鏡時,在棱鏡的另一側(cè)被散開,變成七色的光帶,在光學中稱這種現(xiàn)象為色散,如圖3.3.3所示。

       圖3.3.3棱鏡對入射白光分解成彩帶

a)棱鏡將入射白光解復用成七色彩帶b)玻璃折射率和波長的關(guān)系c)牛頓用三角棱鏡將太陽光分解為七色彩帶

        1666年,英國物理學家艾薩克·牛頓做了一次非常著名的實驗,他用三角棱鏡將太陽白光分解為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫的七色彩帶,如圖3.3.3a所示,其原因如下。

       光從空氣射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時,如果入射角用θi表示,折射角用θr表示,則介質(zhì)的折射率為

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