光纤光谱仪在溶液测量中的应用

光纤光谱仪在溶液测量中的应用

勾宏岗张志伟

北京爱万提斯科技有限公司info@https://www.wendangku.net/doc/8010206642.html,

随着光谱学的发展，光谱仪在溶液的在线和离线测量方面有了越来越广泛的应用。尤其是微型光谱仪在溶液在线高速测量中的应用。利用Avantes的微型光纤光谱仪和相应的化学测量软件可以方便的进行溶液的在线及离线的高速测量。

1.光谱仪原理

荷兰Avantes公司的AvaSpec-2048光纤光谱仪，采用对称式光路设计，焦距75mm，包括光纤接头（标准SMA接口，也可以选择其它类型的接口）、准直镜、衍射光栅、聚焦镜和Sony ILX554型2048像素线阵CCD探测器，测量波长范围200-1100nm，最高分辨率0.04nm，提供USB1.1或USB2.0接口、RS-232接口和I/O外触发接口。

图1 AvaSpec-2048光谱仪的光学平台

光纤光谱仪的优点在于系统的模块化和灵活性。荷兰Avantes公司的微小型光纤光谱仪的测量速度非常快，使得它可以用于在线分析。而且由于它选用低成本的通用探测器，所以光谱仪的成本也大大降低，从而大大扩展了它的应用领域。强大的历史通道功能

在功能强大的AvaSoft-FULL软件中的History功能，使我们可以很方便的监测L 、a、b以及dL、dE等参数随时间的变化，甚至我们还可以自定义一些参量，并观察它们随时间的变化。同时，USB2平台的光谱仪还附带了模拟和数字输出，这些模拟和数字输出口的值可以对应于History中定义的函数。

2．测量实验

根据不同的应用，光谱仪有相应的配置进行测量。下面分别介绍溶液测量中颜色和浓度测量的两种实验。

2．1颜色离线测量

一般来说，固体和粘稠液体的颜色测量可以通过不同的实验布局来实现，如通过反射探头或积分球等。所需要的光谱仪的波长范围为380-780nm，FWHM 光谱分辨率为5nm。此外，还需要一个连续白光光源和白色反射瓦。对于不同的应用，如测量纺织品、纸张、水果、葡萄酒和鸟类羽毛等颜色需要使用不同的探头。下图是反射法测量颜色的典型装置。

在测量溶液颜色时需要配备有带有四十五度窗口的反射探头，如上图中所示软件界面如图3所示：

图3－化学测量界面

在软件中直接可以读出被测溶液的L、a、b和X、Y、Z值，还可以直接监测E值的变化量。利用功能强大的历史通道功能还可以对溶液在线的颜色变化进行监测，并且利用模拟信号的输入输出功能可以方便的与其他仪器通信。这将在下面给出详细介绍。

测量步骤

1．安装AvaSoft－Full软件。

2．使用USB线或RS232线缆将光谱仪与计算机相连。

3．打开软件选择合适的积分时间和平均次数，可以选择自动积分时间。

4．进入颜色测量设置界面进行需要的参数设置。如图4。点击Time Series 还可设置历史通道功能来对不同的参数进行测量。

图4－颜色测量中的参数设置界面

5．在上一步设置完成后点击OK键，进入颜色测量界面。如图5

图5

在此应首先保存暗背景，并在Setup选项中勾选扣除暗背景，完成后把探测探头置于白参考瓦上存取白参考。然后可以方便的进行颜色测量。详细的操作可以按照软件操作手册上进行。

2．2溶液颜色测量的在线监测控制

在工业用户中，很多用户需要在线的颜色变化的监控，比如用户中酸碱中和滴定过程中进行颜色变化的的监控，用来控制滴定的程度。这样可以使用软件中的历史通道功能来对颜色dE的变化进行监控。用户可以在软件的输出控制中来设定变化的范围，当超出设定的范围时光谱仪将给出触发信号来和外部进行通信。或者是通过模拟信号输出功能和其它系统进行连接通信。

历史通道的监测功能如下图（a）所示，在过程控制功能中可以设定光谱仪与外部通信的输出，根据应用系统的不同可以选择数字信号或模拟信号输出，如下

图中（b）所示：

(a) (b)

2．3溶液浓度的测量

AvaSoft-Chem软件配合光谱仪系统使用，能够对浓度进行在线地测量。

根据朗伯-比尔定律，在吸收和浓度之间有一个线性关系：

A=e*c*l

A是吸光度（消光度），e是被测物质的消光系数，c是浓度，l是光程。

实际上，这种线性关系仅适用于低吸光度的情况下，在透过率T＝36.8%(A=0.434)时测量的相对误差最小，在T＝70－10％(A=0.155~1.00)的范围内测量结果也变化不大，所以测量溶液的浓度不要太高或太低。同时测量吸光度的波长必须保持恒定。

在进行浓度测量时，你需要一个试管支架、一个带浸入式光纤探头的光谱仪、一个适当的光源。溶液浓度测量的典型配置如下图所示：

图6

当需要对溶液进行在线浓度测量时需要配有流动样品池。在溶液浓度测量中根据

您不同的设置可以在软件中可以直接观测你所需要的浓度值。如图7所示：

图7溶液测量界面

溶液中浓度测量的基本步骤：

1．安装AvaSoft－Full软件。

2．使用USB线或RS232线缆将光谱仪与计算机相连。

3．打开软件选择合适的积分时间和平均次数，实现最优化积分时间可以选择自动积分时间。

4．在Application下拉选项中选中Chem中的设置项进行溶液浓度曲线的标定校准。并且也可以载入以前的校准文件。如图8，校准点选取的越多时测量越准确，测量时样品浓度最好在校准的范围之内。

图8

5．设置完成后点击Enable可以开始进行浓度测量，并且还可以通过历史通道功能来监测浓度的变化。两路的模拟输入输出和12路的数字输出可以方便的和其他仪器进行连接通信，以方便进行在线测量的控制。详细的操作可以

参考软件操作手册。

3 结论

使用AvaSpec-2048光谱仪进行溶液的颜色测测量、溶液浓度测量方面，具有功能强大、性价比高、测量精度高、测量速度快、操作简单等特点，而且体积小巧，带有模拟输入输出功能容易和其他系统进行通信集成，方便集成到系统中进行在线监测。

光纤通信原理及应用

光纤通信原理及应用 摘要：光纤通信技术是利用半导体激光器等光电转换器将电信号转换成光信号，并使其在光纤中快速、安全地传输的一门新兴技术。光纤是一种理想的传输媒体，它具有传输时延低、高通信质量、高带宽、抗干扰能力强等特点。光纤在高速以太网中有着广泛的应用。论文主要分析了光电信号的转换、光纤通信的基本原理并介绍了光纤在通信领域中的一些应用。 关键词：光纤通信；光电转换；全反射 1. 引言 光纤是用光透射率高的电介质构成的光通路，它是一种介质圆柱光波导，它是用非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。光纤通信就是在发送端利用半导体激光转换器将电信号转换成光信号并利用光导纤维传递光脉冲来进行通信，光波通过纤芯以全反射的方式进行传导，有光脉冲相当于1，没有光脉冲相当于0。同时，接收端利用光电二极管或半导体激光器做成光检测器，检测到光脉冲时将光信号还原成电信号。在由于可见光的频率非 常高，约为8 10MHz的量级，因此一能做到使用一根光个光纤通信系统的传输带宽远远大于其它的传输媒体的带宽。同时利用光的频分复用技术，就纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号，使得光纤的传输能力成倍地提高。 2.理论模型 在光纤通信系统的发送端使用光电信号检测电路将电信号转换成光信号，并使得光信号以大于某一角度入射到光通道，此时光信号在光纤以全反射的方式不断向前传输，并在接收端再将光信号转换成电信号进行进一步的处理。 2.1 光电信号检测电路的基本原理 光电检测电路主要由光电器件、输入电路和前置放大器组成。其中，光电检测器件是实现光电转换的核心器件，它把被测光信号转换成相应的电信号；输入电路为光电器件正常的工作条件，进行电参量的变换并完成前置放大器的电路匹配；前置放大器能够放大光电器件输出的微弱电信号，并匹配后置处理电路与检测器件之间的阻抗。 2.1.1 光电信号输入电路的静态计算 图解计算法是利用包含非线性元件的串联电路的图解法对恒流源器件的输入电路进行计算。反射偏置电压作用下的光电二极管的基本输入电路如下：

光纤传感中的光学原理及效应

第1章：光纤传感中的光学原理及效应 光学反射原理 分为镜面反射和漫反射 镜面反射和漫反射情况 基于反射原理的光纤传感器结构简单、工作可靠、成本低廉。主要应用于位移测量，振动测量，压力测量，浓度测量和液位测量。 光学折射原理

光学吸收原理 选择吸收：介质对某些波长的光的吸收特别显著 郎伯比尔(Lambert-Beer)定律： Lambert-Beer 定律是吸收光度法的基本定律，表示物质对某一单色光吸收的强弱与吸光物质浓度和厚度间的关系。 当气体浓度、光程均很小的时候，可以近似为： 光学多普勒效应 θ cos 11f f 02 20 0c u c u -= 雷达测速仪 检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效应。交通警向行进中的车辆发射频率已知的电磁波，通常是红外线，同时测量反射波的频率，根据

反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度．装有多普勒测速仪的警车有时就停在公路旁，在测速的同时把车辆牌号拍摄下来，并把测得的速度自动打印在照片上。 声光效应 超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变，该应变随时间和空间作周期性变化，使介质出现疏密相间的现象，如同一个相位光栅 。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象，这种现象称之为声光效应。 利用声光衍射效应制成的器件，称为声光器件。声光器件能快速有效地控制激光束的强度、方向和频率，还可把电信号实时转换 为光信号。此外，声光衍射还是探测材料声学性质的主要手段。 主要用途有：制作声光调制器件，制作声光偏转器件，声光调Q 开关，可调谐滤光器，在光信号处理和集成光通讯方面的应用。 磁光效应 具有固有磁矩的物质在外磁场的作用下，电磁特性发生变化，因而使得光波在其内部传输特性也发生变化的现象。 A 、法拉第效应：当线偏振光沿磁场方向通过置于磁场中的磁光介质时，其偏振面发生旋转的现象，对于给定的介质，偏振面旋转角度=介质长度×磁场强度×维厄德系数 B 、磁光克尔效应：指一束线偏振光在磁化了的介质表面反射时，反射光将是椭圆偏振光，而且以椭圆的长轴为标志的“偏振面”相对于入射偏振光的偏振面旋转了一定的角度。 分类： ①极化克尔效应，即磁化强度M 与介质表面垂直时的克尔效应，应用于磁光存储技术中 ②横向克尔效应：M 既平行于介质表面，但垂直于光的入射面 ③纵向克尔效应：M 既平行于介质表面，又平行于光的入射面 C 、磁致线双折射效应：某些由各向异性分子组成的介质，在不加磁场时表现为各向同性，加上足够强的外磁场时，分子磁矩受到了力的作用，各分子对外磁场有了一定的取向，使介质宏观上呈现各向异性，当光以不同于磁场方向通过这样的介质时，就会出现双折射现象。 电光效应 电光效应：指某些晶体的折射率因外加电场而发生变化的一种效应，当光波通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变。 +++=20bE aE n n （6-3） 在上式中， aE 是一次项，由该项引起的折射率变化，称为线性电光效应或泡克耳斯（Pockels ）效

光纤传输的特点优势及传输原理

光纤传输的特点优势及传输原理 优点 光缆传输的实现与发展形成了它的几个优点。相对于铜线每秒1.54MHZ的速率 光纤网络的运行速率达到了每秒2.5GB。从带宽看，很大的优势是：光纤具有较大的信息容量，这意味着能够使用尺寸很小的电缆，将来就不用更新或增强传输光缆中信号。光纤电缆对诸如无线电、电机或其他相邻电缆的电磁噪声具有较大的阻抗，使其免于受电噪声的干扰。从长远维护角度来看，光缆最终的维护成本会非常低。光纤使用光脉冲沿光线路传输信息，以替代使用电脉冲沿电缆传输信息。在系统的一端是发射机，是信息到光纤线路的起始点。发射机接收到的已编码电子脉冲信息来自于铜线电缆，然后将信息处理并转换成等效的编码光脉冲。使用发光二极管或注入式激光器产生光脉冲，同时采用透镜，将光脉冲集中到光纤介质，使光脉冲沿线路在光纤介质中传输。由内部全反射原理可知，光脉冲很容易眼光纤线路运动，光纤内部全反射原理说明了当入射角超过临界值时，光就不能从玻璃中溢出；相反，光纤会反射回玻璃内。应用这一原理制作光纤的多芯电缆，使得与光脉冲形式沿光线路传输信息成为可能。光纤传输具有衰减小、频带宽、抗干扰性强、安全性能高、体积小、重量轻等优点，所以在长距离传输和特殊环境等方面具有无法比拟的优势。传输介质是决定传输损耗的重要因素，决定了传输信号所需中继的距离，光纤作为光信号的传输介质具有低损耗的特点，光纤的频带可达到1．0GHz以上，一般图像的带宽只有8MHz，一个通道的图象用一芯光纤传输绰绰有余，在传输语音、控制信号或接点信号方面更为优势t光纤传输中的载波是光波，光波是频率极高的电磁波，远远比电波通讯中所使用的频率高，所以不受干扰。且光纤采用的玻璃材质，不导电，不会因断路、雷击等原因产生火花，因此安全性强，在易燃，易爆等场合特别适用。 组成部分 光源(又称光发送机)，传输介质、检测器(又称光接收机)。计算机网络之间的光纤传输中，光源和检测器的工作一般都是用光纤收发器完成的，光纤收发器简单的来说就是实现双绞线与光纤连接的设备，其作用是将双绞线所传输的信号转换成能够通过光纤传输的信号(光信号)。当然也是双向的，同样能将光纤传输的信号转换能够在双绞线中传输的信号，实现网络间的数据传输。在普通的视、音频、数据等传输过程中，光源和检测器的工作一般都是由光端机完成的，光端机就是将多个E1信号变成光信号并传输的设备，所谓E1是一种中继线路数据传输标准，我国和欧洲的标准速率为2．048Mbps，光端机的主要作用就是实现电一光、光一电的转换。由其转换信号分为模拟式光端机和数字式光端机。因此，光纤传输系统按传输信号可分为数字传输系统和模拟传输系统。模拟传输系统是把光强进行模拟调制，将输入信号变为传输信号的振幅(频率或相位)的连续变化。数字传输系统是把输入的信号变换成“1”，“O”脉冲信号，并以其作为传输信号，在接受端再还原成原来的信号。当然，随着光纤传输信号的不同所需要的设备有所不同。光纤作为传输介质，是光纤传输系统的重要因素。可按不同的方式进行分类：按照传输模式来划分：光线只沿光纤的内芯进行传输，只传输主模我们称之为单模光纤(Single—Mode)。有多个模式在光纤中传输，我们称这种光纤为多模光纤(Multi-Mode)。 按照纤芯直径来划分：缓变型多模光纤、缓变增强型多模光纤和缓变型单模光纤按照光纤芯的折射率分布来划分：阶跃型光纤(Step index fiber)，简称SIF；梯度型光纤(Graded index f iber)，简称GIF；环形光纤（r iv er f iber)；W 型光纤。 光缆：点对点光纤传输系统之间的连接通过光缆。光缆含1根光纤(称单纤)，有2根光纤(称双纤)，或者更多。 单、多模光纤传输设备的原理 光纤传输设备传输方式可简单的分成：多模光纤传输设备和单模光纤传输设备。

光纤传输原理

光纤传输原理 光纤传输设备传输方式可简单的分成:多模光纤传输设备和单模光纤传输设备。光纤，不仅可用来传输模拟信号和数字信号，而且满足视频传输的需求。其数据传输率能达几千Mbps。如果在不使用中继器的情况下，传输范围能达到6-8km。 综观国内外配线系统的发展，我们可看出这样三个阶段: 1、双绞线阶段。在这个阶段语音同大规模数据通信不能混用也适应这样的数据通信。 2、同轴电缆 +双绞线阶段。 3、光纤阶段。 射线光学理论是用光射线去代替光能量传输路线的方法，这种理论对于光波长远远小于光波到尺寸的多模光纤是容易得到简单而直观的分析结果的，但对于复杂问题，射线光学只能给出比较粗糙的概念。 多模光纤传输设备所采用的光器件是LED，通常按波长可分为850nm和1300nm两个波长，按输出功率可分为普通LED和增强 LED--ELED。多模光纤传输所用的光纤，有62.5mm和50mm两种。 在多模光纤上传输决定传输距离的主要因素是光纤的带宽和LED 的工作波长，例如，如果采用工作波长1300nm的LED和50微米的光纤，其传输带宽是 400 MHz .km，链路衰减为0.7dB/km，如果基带传输频率F为150MHz，对于出纤功率为-18dBm，接收灵敏度为-25 dBm 的光纤传输系统，其最大链路损耗为7 dB，则可计算:

ST连接器损耗: 2dB(两个ST连接器) 光学损耗裕量:2 则理论传输距离: L=(7 dB-2 dB-2 dB)/0.7dB/km=4.2 km L为传输距离，而根据光纤的带宽计算: L=B/F=400 MHz .km/150MHz=2.6km 其中 B为光纤带宽，F为基带传输频率，那么实际传输测试时，L￡2.6km，由此可见，决定传输距离的主要因素是多模光纤的带宽。 9.1单模传输设备 图1 单模光纤传输光纤传输应用 单模传输设备所采用的光器件是LD，通常按波长可分为850nm 和1300nm两个波长，按输出功率可分为普通LD、高功率LD、DFB-LD(分布反馈光器件)。单模光纤传输所用的光纤最普遍的是G.652，其线径为9微米。 1310nm波长的光在G.652光纤上传输时，决定其传输距离限制的是衰减因数;因为在1310nm波长下，光纤的材料色散与结构色散相

光纤式传感器

光纤式传感器 传感技术与计算机技术、通讯技术被称为信息产业三大支柱技术, 是组成现代信息化技术的基础。世界各大强国均将传感器技术视为国家科技发展战略中的重要组成部分, 作为国家重点发展的领域之一。光纤传感器主要有传感型和传光型两大类, 两类传感器在传感原理上均可分为光强调制、相位调制、偏振态调制及波长调制不同形式, 由此构成不同的传感器。迄今业已证实, 被光纤传感器敏感的物理量有 70多种, 与传统的传感器相比, 光纤传感器有灵敏度高、重量轻和体积小、多用途、对介质影响小、抗电磁干扰和耐腐蚀且本质安全、易于组网等特点, 使其近年来在航天航空、国防、能源电力、医疗和环保、石油化工、食品加工、土木工程等领域的应用得到了迅速发展。表 1 为光纤传感器对参数测定的原理及主要方式。 一、光纤传感器的基本原理及组成 光纤传感器由光源、敏感元件、光探测器、信号处理器系统以及光纤等组成。光纤传感器的基本原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测量参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长频率、相位偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调器解调后，获得被测参数。 1．1强度调制光纤传感器 强度调制光纤传感器的基本原理是：待测物理量引起光纤中传输光的光强变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量。待测量作用于光纤敏感元件，使通过光纤的光强发生变化。设输入光强为恒量Iin，输出光强为Iout，即待测量对光纤中的光强度产生调制。可

直接连接光探测器变成电信号（即调制的强度包括电信号）。 1.2相位调制光纤传感器 相位调制光纤传感器的基本原理是：通过被测能量场的作用，使光纤内传输的光波相位发生变化，再用干涉测量技术把相位变化转换为光强变化，从而检测出待测的物理量。所有能够影响光纤长度、折射率和内部应力的被测量都会引起相位变化，如应力应变温度和磁场等外界物理量。但是，目前的各类光探测器都不能探测敏感光的相位变化，必须采用干涉测量技术，才能实现对外界物理量的检测。与其他调制方式相比，相位调制技术由于采用干涉技术而具有很高的检测灵敏度。常用的干涉仪有四种：迈克尔逊、马赫-琴特、法布里-珀罗和萨格耐克。它们的共同点是：光源发出的光都要分成两束或更多束的光，沿不同的路径传播后，分离的光束又重新汇合，产生干涉现象。

光纤传感中的光学原理及效应概论

第1 章：光纤传感中的光学原理及效应 1.1光学反射原理 分为镜面反射和漫反射 基于反射原理的光纤传感器结构简单、工作可靠、成本低廉。主要应用于位移测量，振动测量，压力测量，浓度测量和液位测量。 1.2光学折射原理 镜面反射和漫反射情况

1.3光学吸收原理 选择吸收：介质对某些波长的光的吸收特别显著 郎伯比尔(Lambert-Beer)定律： Lambert-Beer定律是吸收光度法的基本定律，表示物质对某一单色光吸收的强弱与吸光物质浓度和厚度间的关系。 当气体浓度、光程均很小的时候，可以近似为： 1.4光学多普勒效应 θ cos 1 1 f f 2 2 c u c u - = 雷达测速仪 检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效应。交通警向行进中的车辆发射频率已知的电磁波，通常是红外线，同时测量反射波的频率，根据

反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度．装有多普勒测速仪的警车有时就停在公路旁，在测速的同时把车辆牌号拍摄下来，并把测得的速度自动打印在照片上。 1.5声光效应 超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变，该应变随时间和空间作周期性变化，使介质出现疏密相间的现象，如同一个相位光栅 。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象，这种现象称之为声光效应。 利用声光衍射效应制成的器件，称为声光器件。声光器件能快速有效地控制激光束的强度、方向和频率，还可把电信号实时转换 为光信号。此外，声光衍射还是探测材料声学性质的主要手段。 主要用途有：制作声光调制器件，制作声光偏转器件，声光调Q 开关，可调谐滤光器，在光信号处理和集成光通讯方面的应用。 1.6磁光效应 具有固有磁矩的物质在外磁场的作用下，电磁特性发生变化，因而使得光波在其内部传输特性也发生变化的现象。 A 、法拉第效应：当线偏振光沿磁场方向通过置于磁场中的磁光介质时，其偏振面发生旋转的现象，对于给定的介质，偏振面旋转角度=介质长度×磁场强度×维厄德系数 B 、磁光克尔效应：指一束线偏振光在磁化了的介质表面反射时，反射光将是椭圆偏振光，而且以椭圆的长轴为标志的“偏振面”相对于入射偏振光的偏振面旋转了一定的角度。 分类： ①极化克尔效应，即磁化强度M 与介质表面垂直时的克尔效应，应用于磁光存储技术中 ②横向克尔效应：M 既平行于介质表面，但垂直于光的入射面 ③纵向克尔效应：M 既平行于介质表面，又平行于光的入射面 C 、磁致线双折射效应：某些由各向异性分子组成的介质，在不加磁场时表现为各向同性，加上足够强的外磁场时，分子磁矩受到了力的作用，各分子对外磁场有了一定的取向，使介质宏观上呈现各向异性，当光以不同于磁场方向通过这样的介质时，就会出现双折射现象。 1.7电光效应 电光效应：指某些晶体的折射率因外加电场而发生变化的一种效应，当光波通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变。 +++=20bE aE n n （6-3） 在上式中， a E 是一次项，由该项引起的折射率变化，称为线性电光效应或泡克耳斯（Pockels ）效

光纤传输原理

三、光纤传输原理 分析光波在光纤中的传输可应用两种理论：射线理论和波动理论。前者是一个近似的分析方法，但简单直观，对定性理解光的传播现象很有效，而且对光纤半径远大于光波长的多模光纤能提供很好的近似，但在应用上有它的局限性。后者是严密的解析方法，为了全面分析光纤中光的传播、信号失真、功率损耗，特别是分析单模光纤和得出全面的定量结果，就必须采用波动理论方法，即求解麦克斯韦方程并满足光波导的边界条件。光纤传播原理的理论分析是复杂的，这里只是粗糙地进行概念性描述，并引出与光纤传输特性有关的参量。 1. 光学中的反射、折射原理 光波是波长极短的电磁波，因此可采用光波长λ→0时的几何光学进行分析。于是一条很细很细的光束，它的轴线就是光射线，简称射线，它代表光能量传输的方向。光在同一媒质中传播时是直线前进，在不同媒质传播时，在媒质交界面处要发生反射和折射。 如图3-12，媒质Ⅰ和Ⅱ的折射率分别是n1和n2，当光射线从媒质Ⅰ入射到界面上时，则一部分能量被反射，另一部分能量进入媒质Ⅱ发生折射，由于光波本质上是电磁波，这时可利用平面电磁波的电磁场方程式和无穷大平面交界面边界条件，求得光波的反射和折射定律（这里仅考虑传播方向的），即

式中θ1和θ1′分别是射线的入射角和反射角，二者相等；θ2是射线的折射角；v1、v2和n1、n2分别为媒质Ⅰ、媒质Ⅱ中的光速及其折射率，二者关系为n＝，c是光在真空中的传播速度（c≈3×108m/s），媒质的折射率（v）越大，在其中的光速（v）就愈低。 根据式（3-2），假设n1＞n2，则sinθ2＞sinθ1，必有θ2＞θ1。现在逐渐增大入射角θ1，当增大到一定程度时，θ2就变为90°，光不能进入媒质Ⅱ，此时的入射角称为临界角θc（θ1＝θc），这时 （3-3） 下面考虑折射与反射的两种情况： ①在假设的n1＞n2条件下，当θ1≥θc时，能量全部被反射，不发生折射，这种现象称为全反射。由此可见，当光波从光密（n值大的）媒质入射到光疏（n值小的）媒质时，光射线的入射角θ1≥θc时，将发生全反射。

光纤传输原理

光纤，不仅可用来传输模拟信号和数字信号，而且

： 综合布线系统中使用的光纤为玻璃多模850nm波长的 其纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成。内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高。由物理学可知，在两种介质的界面上，当光从折射率高的一侧射入折射率高的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。只有那些初始入射角偏小的光线才有折射发生，并且在很短距离内就被外层物质吸收干净。

4、光纤传输的特点优势及传输原理 光缆传输的实现与发展形成了它的几个优点。相对于铜线每秒1.54MHZ的速率 光纤网络的运行速率达到了每秒2.5GB。从带宽看，很大的优势是：光纤具有较大的信息容量，这意味着能够使用尺寸很小的电缆，将来就不用更新或增强传输光缆中信号。光纤电缆对诸如无线电、电机或其他相邻电缆的电磁噪声具有较大的阻抗，使其免于受电噪声的干扰。从长远维护角度来看，光缆最终的维护成本会非常低。光纤使用光脉冲沿光线路传输信息，以替代使用电脉冲沿电缆传输信息。在系统的一端是发射机，是信息到光纤线路的起始点。发射机接收到的已编码电子脉冲信息来自于铜线电缆，然后将信息处理并转换成等效的编码光脉冲。使用发光二极管或注入式激光器产生光脉冲，同时采用透镜，将光脉冲集中到光纤介质，使光脉冲沿线路在光纤介质中传输。由内部全反射原理可知，光脉冲很容易眼光纤线路运动，光纤内部全反射原理说明了当入射角超过临界值时，光就不能从玻璃中溢出；相反，光纤会反射回玻璃内。应用这一原理制作光纤的多芯电缆，使得与光脉冲形式沿光线路传输信息成为可能。光纤传输具有衰减小、频带宽、抗干扰性强、安全性能高、体积小、重量轻等优点，所以在长距离传输和特殊环境等方面具有无法比拟的优势。传输介质是决定传输损耗的重要因素，决定了传输信号所需中继的距离，光纤作为光信号的传输介质具有低损耗的特点，光纤的频带可达到1．0GHz以上，一般图像的带宽只有8MHz，一个通道的图象用一芯光纤传输绰绰有余，在传输语音、控制信号或接点信号方面更为优势t光纤传输中的载波是光波，光波是频率极高的电磁波，远远比电波通讯中所使用的频率高，所以不受干扰。且光纤采用的玻璃材质，不导电，不会因断路、雷击等原因产生火花，因此安全性强，在易燃，易爆等场合特别适用。

光纤光缆原理与应用

光纤光缆原理与应用发布时 间：10-09-0 1 来 源： 点击 量： 26160 字段选 择：大中 小 前言 光纤光缆原理与应用（历史） 1976年，美国贝尔研究所在亚特兰大建成第一条光纤通信实验系统，采用了西方电气公司制造的含有144根光纤的光缆。1980年，由多模光纤制成的商用光缆开始在市内局间中继线和少数长途线路上采用。单模光纤制成的商用光缆于1983年开始在长途线路上采用。1988年，连接美国与英法之

间的第一条横跨大西洋海底光缆敷设成功，不久又建成了第一条横跨太平洋的海底光缆。中国于1978年自行研制出通信光缆，采用的是多模光纤，缆心结构为层绞式。曾先后在上海、北京、武汉等地开展了现场试验。后不久便在市内电话网内作为局间中继线 试用，1984年以后，逐渐用于长途线路，并开始采用单模光纤。通信光缆比铜线电缆具有更大的传输容量，中继段距离长、体积小，重量轻，无电磁干扰，自1976年以后已发展成长途干线、市内中继、近海及跨洋海底通信、以及局域网、专用网等的有线传输线路骨干，并开始向市内用户环路配线网的领域发展，为光纤到户、宽代综合业务数字网提供传输线路。 光纤光缆原理与应用光缆是信息高速路的 基石）

光缆是当今信息社会各种信息网的主 要传输工具。如果把互联网称作信息高速路的话，那么，光缆网就是信息高速路的基石---光缆网是互联网的物理路由。一旦某条光缆遭受破坏而阻断，该方向的“信息高速公路”即告破坏。通过光缆传输的信息，除了通常的电话、电报、传真以外，现在大量传输的还有电视信号，银行汇款、股市行情等一刻也不能中断的信息。目前，长途通信光缆的传输方式已由PDH向SDH发展，传输 速率已由当初的140MB/S发展到2.5GB/S、4×2.5GB/S、16×2.5GB/S甚至更高，也就是说，一对纤芯可开通3万条、12万条、48 万条甚至向更多话路发展。如此大的传输容量，光缆一旦阻断不但给电信部门造成巨大损失，而且由于通信不畅，会给广大群众造

光纤传感器中的光学原理和效应

光纤传感器中的光学原理和效应 1. 光学反射原理： A ． 镜面反射：???≠==i i I 反反θθ,,0,I r B ． 漫反射：])/(2)(exp[2)(20 2 '020I I I σθθσπθ--?=，这是一个高斯分布其中，σ为光强分布的方差；θ为反射场中光线与表面法线的夹角；‘0θ为遵循镜面反射定律的光束 反射方向。 C ． 应用：基于反射原理的光纤传感器结构简单、工作可靠、成本低廉。主要应用于位移测量，振动测量，压力测量，浓度测量和液位测量。 2．光学折射原理 2sin *n21sin *n1θθ= 应用：液体浓度，成分，折射率测量 3. 光学吸收原理 l e ?-?=α0I I （朗伯定律，J.H. Lambdet,1760） 0I 和I 分别是在初始位置和l 处时的光强，吸收系数α一般与材料的密度、浓度，光波波长有关。 一般吸收：介质对各种波长的光都能几乎均匀吸收，吸收系数α与波长无关。 选择吸收：对特定波长的光吸收特别显著。 应用：半导体吸收法测量温度，光谱吸收测量成分或浓度。 4、光学多普勒效应 θcos 11f f 02200c u c u -=

5、声光效应：当超声波在介质中传播时，引起介质的弹性应变做时间上和空间上的周期变化，并导致介质的折射率发生相应的变化，当光束通过有超声波的介质后会产生衍射的现象。 应用：声光调制器 6、磁光效应：具有固有磁矩的物质在外磁场的作用下，电磁特性发生变化，因而使得光波在其内部传输特性也发生变化的现象。 A 、法拉第效应：当线偏振光沿磁场方向通过置于磁场中的磁光介质时，其偏振面发生旋转的现象，对于给定的介质，偏振面旋转角度=介质长度×磁场强度×维厄德系数 B 、磁光克尔效应：指一束线偏振光在磁化了的介质表面反射时，反射光将是椭圆偏振光，而且以椭圆的长轴为标志的“偏振面”相对于入射偏振光的偏振面旋转了一定的角度。 分类： ①极化克尔效应，即磁化强度M 与介质表面垂直时的克尔效应，应用于磁光存储技术中 ②横向克尔效应：M 既平行于介质表面，但垂直于光的入射面 ③纵向克尔效应：M 既平行于介质表面，又平行于光的入射面 C 、磁致线双折射效应：某些由各向异性分子组成的介质，在不加磁场时表现为各向同性，加上足够强的外磁场时，分子磁矩受到了力的作用，各分子对外磁场有了一定的取向，使介质宏观上呈现各向异性，当光以不同于磁场方向通过这样的介质时，就会出现双折射现象。 7、电光效应：在电场作用下，可以使某些各向同性的透明介质变为各向异性，从而使光产生人为双折射的现象，包括：克尔(Kerr)效应（二阶电光效应，强，半波电压高） 和泡克尔斯(Pockels)效应（一阶电光效应，弱，半波电压小），后者应用广泛，可以调制光束相位，进而调制光束的频率，振幅，偏振态及传播方向。 应用：由于光电效应，发生双折射的两束光波之间的相位差与外施电压成正比。（OVT 基于电光泡克尔斯效应的光纤电压传感器）。a 、横向调制式和纵向调制式，b 、透射式反射式结构，c 、分压式和无分压式结构，d 、分立式和组合式结构，e 、单光路式和双光路结构，f 、单晶体式和双晶体式结构。 8、弹光效应： 由于机械应力引起的材料折射率变化的现象称为弹光效应（Elasto-Optical-Effect ）， 利用弹光材料在外界应力的作用下对入射光呈现双折射而引入的相位差，可以测量压力的大小，进而得到与压力相应的位移量。 Sagnac 效应：同一光源同一光路，两束相向传播的光之间的光程差或相位差与其光学系统相对于惯性空间旋转的角速度成正比。 λπθC S N 8Ω= ?（N 匝，Ω角速度） 9、光声效应：激光

光纤传感的基本原理及应用实例

光纤传感的基本原理 光纤不仅可以作为光波的传播介质，而且光波在光纤中传播时的特征参量（振幅、相位、偏振态、波长等）因外界因素（温度、压力、磁场、电场、位移、转动等）的作用而间接或直接地发生变化，从而可将光纤用作传感元件来探测这种物理量。这就是光纤传感器的基本原理。 光纤传感器的应用实例 1.光纤传感技术在电力系统的应用：在电力系统中，光纤传感器致力于解决对庞大而复杂的大容量、超高压和特高压传输系统进行电参量传递、准确、在线、实时监测、设备隐患的报警和排除以及安全防护及网络自动化控制等问题。 2.光纤传感技术在石油和化工行业的应用：光纤传感器在石油与化工行业中主要用于三个方面：石油地震勘测中地震波的探测；石油采集过程中温度、压力、油水含量、油的剩余量等的监测；石油化工产品生产过程中温度、压力、流量等参量的监测。 3.光纤传感技术在工程上是应用：光纤传感器由于能实现空间立体监测和连续性监测，在大型土木工程的安全监测上已经得到了越来越多的重视。 4.光纤传感技术在国防军事上的应用：光纤传感技术的国防军事应用引起了各国军方的重视，光线制导导弹、光线遥控武器、光纤陀螺、光纤水听器等发展较早的技术将能逐步装备部队。 5.管线传感技术在医学上的应用：生物医学上，光纤广泛应用于传输各种医学影像的图像，主要是生医传感器有光血压传感器、医用内窥镜以及应用于组织和细胞的光谱分析激光器等。 光纤照明技术原理和应用情况 室外的自然光透过采光罩导入到照明系统中进行重新分配，经过光导管（光纤）传输和强化后由系统底部的末端附件（室內末端投射装置)把自然光均匀高效的照射到室内，带来自然光照明的特殊效果。集光器(即采光罩)安装在屋外可以整日不受任何限制随时采光，使集光效率发挥到最大。但是也可以加装太阳方位追踪器，可使集光器集光效果提升。 光纤照明的特点 : 1.光纤照明可以通过滤光装置获得我们所需要的各种颜色的光,以满足不同环境下对光色彩的需求. 2.由于光纤的自身特性和光的直线传播原理一样,光纤在理论上可以把光线传播到任何地方,

光纤通信的原理和应用

光纤通信的原理和应用 一、课程简述 资优生拓展课程《光纤通信的原理和应用》隶属于华东师范大学出版社版的高级中学物理拓展型课程中高二年级、第二册、第十六讲内容。主要通过学习有关光的反射知识了解光纤通信的原理，亲身体验光通信的过程并了解光导纤维的最前沿应用领域和发展前景。 二、课程目标 1.知识与技能：（1）知道光的全反射现象。（2）知道光纤通信的应用。 2.过程与方法：通过光纤通信实验经历探究实现光纤通信的方法。 3.情感态度价值观：体验科学探究的过程，了解2009年诺贝尔物理学奖得主高琨的生平，培养爱国主义的感情，培养爱家乡金山的感情。 三、课程实施 本课程的组织实施需要两个课时。 第一课时在课堂完成，主要以有关光纤通信的知识原理学习为主。 第二课时在展教中心完成，主要通过“光纤通信演示仪”项目，组织学生实践体验学习。 四、课外探究 1.光导纤维内窥镜的原理是什么？物理实验室中有可以研究光纤通信和光导纤维内窥镜的实验演示器材。请主动联系物理实验员研究之。 2.光纤输电的优势和困难在哪里？你有志于献身这一前沿领域的研究吗？ 五、课程内容 1.第一人高锟 高锟，1933年11月4日，出生于上海金山张堰 镇，现年76岁。祖父是清末民初时期南社著名文人高 吹万，父亲高君湘是留美归国的执业律师，堂叔父高 君平为近代著名天文学家。 高锟曾先后担任过标准电话和电缆公司工程师， 标准电信实验室主任研究工程师，国际电话和电报公

司电光产品部任副经理，香港中文大学校长。 高锟在电磁波导、陶瓷科学（包括光纤制造）方面获28项专利。从1957年开始，高锟即从事光导纤维在通讯领域运用的研究。1964年，他提出在电话网路中以光代替电流，以玻璃纤维代替导线。1966年，在标准电话实验室与何克汉共同提出光纤可以用作通讯媒介。 高锟于1996年当选为中国科学院外籍院士。2009年诺贝尔物理学奖得主。2009年，高锟入选中国世界纪录协会世界光纤第 2.通信的原理 光是一种电磁波具有折射，反 射和全反射。因光在不同物质中的 传播速度是不同的，所以光从一种 物质射向另一种物质时，在两种物 质的交界面处会产生折射和反射。 而且，折射光的角度会随入射光的 角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时， 折射光会消失， 入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通信就是基于以上全反射原理而形成的。当光在芯线中传播时，在芯线和包层界面上发生全反射，使光在弯曲的光导纤维内经多次全反射而传到另一端，如图所示。 例如，已知玻璃的折射率为1.52，水的折射率为1.33，那么当光从玻璃射到水里时才可能发生全反射。它的临界角是 875.052 .133.1sin w 0===g n n α 临界角α0=61°3′ 3.纤维的结构及种类 （1）光纤结构：光纤裸纤一般分为三层，中心高折射率玻璃芯，中间为低折射率硅玻璃包层，最外是加强用的树脂涂层。 （2）数值孔径：入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某

光纤光缆的结构及其传输原理

光纤光缆的结构及其传输原理 一光纤分类 1. 按波长分类，综合布线所用光纤有三个波长区： a.0.85μm波长区(0.8μm～0.9μm)﹔ b.1.3μm波长区(1.25μm～1.35μm)﹔ c.1.5μm波长区(1.53μm～1.58μm)。 不同的波长范围光纤损耗也不相同，其中0.85μm波长区为多模光纤通信方式，1.5μm波长区为单模光纤通信方式，1.3μm波长区有多模和单模两种。建筑物综合布线采用0.85μm和1.3μm两个波长。 2. 按纤芯直径划分，光纤有二类： a.62.5μm渐变增强型(graded index,enhanced)多模光纤﹔ b.8.3μm 突变型(step index)单模光纤。 光纤的包层直径均为125μm。62.5/125μm增强型多模光纤结构. 其中，62.5/125μm光纤被推荐应用于所有的建筑物综合布线。这是因为它的物理特性和传输特性与建筑物布线环境中应用系统设备的光/电转换器件相兼容。62.5/125μm的大纤芯直径和传输特性有以下优点： a.光耦合效率高﹔ b.光纤对准要求不太严格，需要较少的管理点和接头盒﹔ l)对微弯曲损耗不太灵敏﹔ 2)符合FDDI标准。 8.3/125μm突变型单模光纤如图B所示。单模光纤常用于传输距离大于2km的建筑群。由于这种光纤纤芯直径小，在建筑物中，采用LED驱动的数据链路器件耦合时，会发生物理不兼容的问题，而且价格较贵，所以，在建筑物内或传输距离小于2km时很少使用。 3. 按应用环境划分，光缆有两类 a.室内光缆采用增强型缓冲带，主要用于建筑物内干线子系统和水平子系统。 b.室外光缆常采用束状，在保护层内填满相应的复合物，护套采用高密度的聚乙烯，加上增强的钢丝或玻璃纤维，可提供额外的保护，以防止环境造成的损坏。这种光缆主要用于建筑群子系统。 二光缆的结构 光缆的结构大体上分为缆芯(Cable core)和护层(Sheath)两大部分。 1.光缆的缆芯 综合布线常用的室外光缆缆芯主要有两类：中心束管式和集合带式。 (1) 中心束管式缆芯由装在塑料套管中的1~8束(最多)光纤单元束组成，简称“中心束管式”。每束光纤单元是由松绞在一起的4，6，8，10或12(最多)根一次涂覆光纤构成，并在单元束外面松绕有一条纱线。为了区分方便，每根光纤的涂层及每条纱线都着有颜色，中心束管式缆芯的光纤数最少为4根，最多为96根﹔塑料套管内皆填充专用油膏. 由于这种填充专用油膏在小拉力时，如同一个有弹性的固体，但是当拉力增加时，该专用油膏如同液体，允许光纤束在其中移动，因而大大减少了微弯曲损耗。 在头两个束(蓝色束、橙色束)中各有一条备用线，颜色编码是自然色加上绿色的阴影。图D中给出中心束管式光缆中一束光纤的颜色编码模式。图E中给出了中心束管式光缆中的标准光纤数。 图E 束管式光缆中的标准光纤数和色标光缆中保证的光纤数目束数分配给光纤束的光纤 蓝束橙束绿束棕束蓝灰束白束红束黑束 4 1 4 6 1 6

光纤传感器的基本原理及在医学上的应用

２００8年9月中国医学物理学杂志Sep ．,２００8 第２5卷第5期 ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．25．Ｎｏ．5 光纤传感器的基本原理及在医学上的应用 孙素梅1，陈洪耀2，3，尹国盛2（1.漯河医学高等专科学校，河南漯河462000；2.河南大学物理与电子学院，河南开封 475004；3.中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031） 摘要：目的：本文的目的简要介绍光纤传感器的基本原理和简单分类，重点阐述传光型光纤传感器在医学的压力、流速、ｐＨ值等五方面的应用。方法：光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区，在调制区内，外界被测参数与进入调制区的光相互作用，使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被调制的信号光，再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测物理量。光纤传感器按其传感原理可分为两大类：一类是传光型传感器，另一类是传感型传感器。结果：目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。光纤传感器主要优点：小巧、绝缘、不受射频和微波干扰、测量精度高。医疗上的图象传输是传输型光纤传感器应用中很有特色的一部分。只需将许多光纤组成光纤束，就可以做成能有效地使图象空间量子化的传感器。自从光导纤维引入到内窥镜以后，扩大了内窥镜的应用范围。光导纤维柔软、自由度大、传输图象失真小、直径细等优点使得各种内窥镜检查人体的各个部位几乎都是可行的，且操作中不会引起病人的痛苦与不适。其中光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。在进行激光血管成形术时，血管镜可提供很多重要的信息，用以引导激光辐射的方向，选择激光的能量和持续时间，并可了解在成形术后的治疗效果。光纤内窥镜不仅用于诊断，也正进入治疗领域中，例如用于做息肉切除手术等。微波加温治疗技术是当前治疗癌症的有效途径，但微波加温治疗癌症技术的温度难以控制，而光纤温度传感器恰可以对微波加温治疗癌症的有效温度进行监测，从而使温度不致于过高杀死人体的正常细胞，也不会过低达不到治疗目的，使癌细胞进一步扩散。光纤温度传感器在癌症治疗方面的研究和开发正日益兴起。结论：光纤传感器作为一种优势明显的新型传感器在医学领域得到应用，为治疗疾病提供了一种崭新的方法。可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高，不久的将来光纤传感器必将会进一步推动医学的飞速发展。 关键词：光纤传感器；测量；医学；应用中图分类号：Ｒ３１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：1005-202X （2008）05-0846-05 The Basic Principle and Applications on Medical of Fiber Optic Sensors ＳＵＮＳｕ－ｍｅｉ１，ＣＨＥＮＨｏｎｇ－ｙａｏ２，３，ＹＩＮＧｕｏ－ｓｈｅｎｇ２ （１．ＬｕｏｈｅＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＬｕｏｈｅＨｅ＇ｎａｎ４６２０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅ＇ｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫａｉｆｅｎｇＨｅ＇ｎａｎ４７５００４，Ｃｈｉｎａ；３．ＴｈｅＡｎ＇ｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ） Abstract:Objective:Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｉｍｐｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｏｎｍｅｄｉｃａｌｉｎｂｌｏｏｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｆｌｏｗ，ｔｈｅｐＨｖａｌｕｅｅｔｃ．Method:Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｓｅｎｄｓｏｕｔｔｈｅｐｈｏｔｏｓｏｕｒｃｅｓｅｎｄｓｉｎａｆｔｅｒｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｉｎｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｗｉｔｈｅｎｔｅｒｓｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａｔｈｅｌｉｇｈｔｔｏａｆｆｅｃｔｍｕｔｕａｌｌｙ，ｃａｕｓｅｓｔｈｅｌｉｇｈｔｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｐｈａｓｅ，ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｔｏｏｃｃｕｒｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｏｔｈｅｓｉｇｎａｌｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｍｏｄｕｌａｔｅｓ，ａｇａｉｎｐａｓｓｅｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｓｅｎｄｉｎｔｈｅｌｉｇｈｔｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒｏｂｔａｉｎｓｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｑｕａｎｔｉｔｙ．Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｍａｙｄｉｖｉｄｅｉｎｔｏｔｗｏｋｉｎｄｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｓｅｎｓｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ：ｏｎｅｋｉｎｄｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ；ｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ．Result:Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｍａｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｅｄｉｃｉｎｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｍａｉｎａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒａｒｅ：ｅｘｑｕｉｓｉｔｅ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ｎｏｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｓh ｉｇｈ．Ｔｈｅｉｍａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｍｅｄｉｃａｌｉｓｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｐａｒｔｏｆ ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅｓｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｏｎｌｙｔｉｅａｐｌｅｎｔｙｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓ，ｗｅｃｏｕｌｄｍａｋｅｔｈｅｓｅｎｓｏｒｗｈｉｃｈｃａｎｃａｕｓｅｔｈｅｉｍａｇｅｓｐａｃｅ 收稿日期：2008-03-10 作者简介：孙素梅（1954-），女，漯河医学高等专科学校物理教研室 副教授。Tel ：0395-296452713939575106；E -mail ： sunsumei2007@https://www.wendangku.net/doc/8010206642.html, 。 846--

光纤技术原理与应用

光纤技术原理与未来应用 摘要：光纤是光导纤维的简称，是一种导引光波的新型传输介质。人们利用光 纤作为光的传输介质的研究工作经历了一段艰辛的道路。目前，光纤在通讯、传感、激光治疗、激光加工等许多方面都获得了广泛应用，但其最主要的应用领域是光纤通讯和光纤传感。通过本次专题实验，了解到了光纤的结构和一般性质，学习到光纤的耦合，传输及传感特性及其在通讯和传感领域中的应用。 关键字：光纤，光纤特性，光信号传输，光纤传感，光纤通信，激光的应用 一光纤的简介 是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。光导纤维由前香港中文大学校长高锟发明。 微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。 在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。 通常光纤与光缆两个名词会被混淆.多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆,包覆后的缆线即被称为光缆.光纤外层的保护结构可防止周遭环境对光纤的伤害,如水,火,电击等.光缆分为:光纤,缓冲层及披覆.光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径大致与人的头发的粗细相当。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。 二光纤的传输 1 光纤传输材料： 综合布线系统中使用的光纤为玻璃多模850nm波长的LED，传输率为100M/bps，有效范围约20Km.其纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成。内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高。由物理学可知，在两种介质的界面上，当光从折射率高的一侧射入折射率高的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。只有那些初始入射角偏小的光线才有折射发生，并且在很短距离内就被外层物质吸收干净。 目前生产的光纤，无论是玻璃介质还是塑料介质，都可传输全部可见光和部分红外光谱。用光纤做的光缆有多种结构形式。短距离用的光缆主要有两种，一