光纤传像束

传像束

简介

在认识光纤之前，我们先来了解一下光的传播。光是

直线传播的，但当光线照射到某一物质上时便会发生

折射和反射。我们常会见到玻璃和镜子“反光”

就是指光的反射；一半插入水杯中的直棍看起来不再

是直的是光的折射造成的假象。其实，我们之所以能

够看到各种物体，那都是光的折射和反射造成的（如

果没有光，我们什么也看不到）。光可以在真空中传播，

也可以在某些物质中传播，这里所说的某些物质，在

光学的术语中叫做介质或媒质。玻璃、石英、空气、

水、透明塑料等等都可以传播光线，它们都是传播光

的介质。不同的介质密度是不一样的，比如我们知道，

水的密度要比空气大很多。表面上看

起来差不多的物质（如玻璃和石英），

它们的密度也是不一样的。因此，又

分“光密介质”和“光疏介质”。当光线

从一种介质射入另一种介质时就会发

生折射，好像是光线拐弯儿啦。即使

是同一物质，也会因某些环境条件而

产生密度不同，如某处的空气热（密

度低），某处的空气冷（密度高），光

线在穿越冷热空气时也会发生折射

（我们熟知的海市蜃楼就是因这种情

况而发生的）。照到介质表面上的光叫

入射光，经过介质折射的光叫折射光。

入射光、折射光和介质的界面（两种

介质相接的地方）之间存在着一种相互关系，这就是入

射角和折射角。两个角度随着入射光线角度的变化而变

化。当光线从光密介质射入光疏介质的角度变化到一定

程度时，光就不能再射入另一个介质中了，于是就会产

生光的全反射现象。

了解了光的传播，我们再来认识光纤。简单的光纤可以就是一根玻璃丝，根据不同要求，它可以做得非常细，一般从几微米到几百微米。通常很多光纤都会在表面加（涂）上一层别的物质，叫包层或涂敷层。这一层物质可以作为光疏媒质起折射作用，有的还可以增强光纤的柔软性使其可以随意弯曲。没有涂敷层的光纤就叫裸纤。裸纤也可以传播光信号（这时光

纤和空气就成了两种不的介

质）。根据不同需要，人们在

玻璃或石英中可以加入其他

化学元素，可以利用多种复杂

工艺使细细光纤的内部具有

复杂的结构。因此，光纤的品

种也是很多的，有的可以同时

传送上千种不同波型的光波，有的则只能通过单一波型的光线。光纤的制作过程比较精细，通常叫做拉丝。光纤通信中用到的光缆是由数十到数百根这样的光纤集成的，其中每根光纤都可承担起巨大的通讯量。看看光缆是什么样儿>>>>

光所以能在光纤中传输，主要是纤芯和包层的共同作用。根据上面讲到的光折射道理，我们就会明白，光纤的纤芯和它外面的包层肯定是两种密度不同的物质，而且纤芯的密度应

该大于包层。这样，只要一个光线射入的角度合适，

那么这束光线就会在光纤内部不停地进行全反射

而传向另一端。

实际应用中的光纤，只要不是过分弯曲，进入

光纤的光都会在光纤内来回反射，曲折向前传播，

但也会有部分光渗入到包层并在其内传播。

光在光纤中传播时也会激发出一定的电磁波

模式，这种模式同光纤的粗细有关，芯径太

细难以形成确定的传输模式，芯径太粗则使

传输模式增多，使色散严重，固而光纤的纤

芯不能太粗也不能太细，一般为传输波长的

几倍至几十倍。按照光纤中容许传输的电磁

波模式的不同，可以把光纤分为单模光纤和

多模光纤。单模光纤指只能传输一种电磁波

模式，多模光纤指可以传输多个电磁波模式，

实际上单模光纤和多模光纤之分，也就是纤

芯的直径之分。单模光纤细，多模光纤粗。在有线电视网络中使用的光纤全是单模光纤，其传播特性好，带宽可达10GHZ，可以在一根光纤中传输60套PAL—D电视节目。

我们初步了解了光纤传输光线的原理，那么它又是如何将各种文字、图像、声音传播的呢？原来，利用电子技术，人们可以将文字、图像、声音等信息转换成电子信号，使它们统统变成由“1”和“0”组成的数字串，这就是我们现在常说的“数字技术”。在数字技术里，1和0就表示电路的开和闭，运用到光电技术里，它们可以实现有光和无光两种状态。于是，人们通过光端机（向光纤中输入光信号的设备）向光纤发出一连串明暗不同的光信号，光纤的另一端接收到这些光信号后，再通过专门的设备把它还原成数字信号，最后再由电视、收音机、计算机等将数字信号还原成文字、图像、声音等。

光纤通信有着无比的优越性，首先是它的容量大得惊人，一根细细的光纤可以同时传输

数万人甚至上亿路电话，可以传输数千套电视节目，这是其他传输手段无法比拟的。其次，光纤传输的是光信号，它不受外界电磁场的干扰，也不怕潮湿、不怕腐蚀、无污染、保密性强等。光纤传输信号的损耗也小，只有电缆的十分之一。一般同轴电缆，每隔1.5公里就要设一个中继站以弥补信号的衰减；而光纤通信的中继站，距离可超出10公里。另外，光纤的原料就是我们熟悉的沙子（石英），地球上多的是而且非常便宜。几克石英就能制出一公里长的光纤。因而用光纤代替普通金属导线可以节约大量宝贵的有色金属铜和铅。光纤的重量很轻，8根光纤做成的光缆，每公里仅重约60公斤，而同样数量的普通电缆则有4吨重。 事实上，光纤的本领还远不止光通信这个领域，在很多方面，尤其是高新技术领域，光纤不仅有的是用武之地，而且正在引导着新技术的革命呢。

我们知道了光线可以在光纤里面传播，也知道了使光线附带各种信息的基本方法。这类光纤在具体应用时，有的只需要一根（如光通讯），有的则需要很多根（如传光束）。除此以外，光纤还有一个了不起的应用，那就是传像。传像就是指将影像通过光纤直接传输，而中间不再经过象光通信那样的信号转换过程。由此看来，光纤所传输的光可以分成两类情况，一是带有各种信号的光，一是我们日常所见的普通影像的光。既然我们可以让光线表达各种信息，那么光纤所能做的事情就太多啦。人们利用光纤制造出多种多样的设备，这些设备我们统称它们叫光纤传感器。光纤传感器不仅能传输信息，也能获取信息。光纤传感器可以测量温度、压力、振动、含量、位置移动、旋转、变形、速度、单响、电压、电磁场等等，数不胜数。传像光纤虽说不用在光信号方面费太多的事，但它的制造却要麻烦得多。通常传像光纤由数万至数百万根极细的光纤集成束，叫做传像束。它广泛应用于医疗行业的内窥镜方面而被我们所熟知。下面我们先来看看传像束。

以上是传像束的产品。我们通过玻璃板或块看到的影像同通过传像束看到的影像是不一样的。通过玻璃板看到的影像会让我们确信实物是在玻璃板下面，而通过传像束所看到的影像却是浮在传像束的端面上。传像束中的每根光纤都非常细，以致我们根本无法分清影像是由一个个光点所组成。点击图片可以看大些尺寸的图片。

传像光纤束的技术关键是要将每一根光纤按顺序排列，这样才能够将一端的图像正确地传到另一端。要使极细的的光纤排好队可不是件容易的事。有一种制造方法是先将粗光纤排列好并固化它们，然后再加热拉细，最后再将中间部分的固化物质用酸溶解掉。圆形的光纤排列起来后，光纤之间会有很多空隙，这就意味着会损失一些图像信息，所以人们要努力使光纤做得细一些，同

光纤非线性光学显微成像

中国科学 G 辑: 物理学 力学 天文学 2007年 第37卷 增刊: 138~145 https://www.wendangku.net/doc/d710700895.html, 收稿日期: 2007-05-20; 接受日期: 2007-09-03 Australia Research Council 和国家自然科学基金(批准号: 60410131, 90508003)资助项目 * E-mail: 《中国科学》杂志社 SCIENCE IN CHINA PRESS 光纤非线性光学显微成像 付 玲①②* M. Gu ①② (① 华中科技大学武汉光电国家实验室(等), 武汉 430074; ② Centre for Micro-Photonics, Faculty of En-gineering and Industrial Sciences, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Victoria 3122, Australia) 摘要 在光学显微成像领域, 基于光纤的小型非线性光学显微镜和内窥镜作为 传统显微镜和其他光学成像方法的一种重要补充形式, 近几年来受到人们的关 注. 该文介绍和总结了光纤非线性光学显微成像技术及其在生物医学中的应用. 首先介绍了结合非线性光学显微技术和单模光纤耦合器获得小型非线性光学显 微镜的方法; 特别对基于双包层光子晶体光纤和微电机系统扫描镜的光纤非线性 内窥成像系统进行了分析; 最后通过消化器官的组织成像实验说明了光纤非线性 光学显微镜的重要应用. 研究证明了基于光纤和微电机系统MEMS 扫描镜的非 线性内窥镜的新概念, 并用于生物组织的成像. 关键词 非线性光学显微成像 光纤耦合器 双包层光子晶体光纤 微电机系 统扫描镜 组织成像 显微镜改变了人类认识世界的方法, 是人类历史上最重要的发明之一. 经过300多年的发展, 光学显微成像已成为自然科学研究领域中的重要分支, 为生命和信息等科学领域不断提供新方法和新概念[1]. 特别是上世纪末期出现的非线性光学显微镜具有光学层析能力并能在 厚组织(毫米量级)内实现高空间分辨率(亚微米)成像, 是现代光学显微成像技术的革新, 为人们研究厚组织中的分子和细胞功能提供了有力的工具[2,3]. 非线性光学成像技术主要基于多光 子吸收(multiphoton absorption)[4]、高次谐波(higher harmonic)[5]和相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering, CARS)[6]等光学非线性效应, 其中以双光子荧光成像的应用最为广泛. 自非线性光学显微镜诞生以来[4], 科学家们一直致力于将其用于活体(in vivo )成像. 然而, 复杂的光学系统和沉重的光学器件使非线性光学显微成像的研究局限于庞大的显微镜系统, 无法应用到活体的内部器官(internal organs)和整体动物(intact animals)成像. 近年来, 随着新型光纤和微制造技术的迅猛发展, 光纤非线性显微镜和内窥镜(fiber-optic nonlinear optical microscopy/endoscopy)的研究正在扭转这一局面[7]. 光纤非线性显微镜和内窥镜是小型的非线性光学显微成像系统, 由光纤传输激发光或者非线性光信号, 并利用微型扫

光纤传光原理

11-2 光纤传光原理 一、教学目的 1．了解光的全反射原理 2．掌握光的全反射条件 3．了解光纤传光原理 二、教学重点难点 重点：光的全反射条件 难点：由折射定律计算临界角 三、教学器材 光具盘 四、教学建议 教法建议：多媒体演示光的全反射现象，讲解，讨论 教学设计方案： （一）多媒体课件演示引入新课 草叶上露珠在阳光下晶莹透亮；透过杯壁观察盛满水的玻璃杯水面，光灿如银；水或玻璃中的气泡显得特别明亮。 为什么会出现这一些现象呢？这些都是光的全反射引起的。 （二）引出课程内容 1．光的全反射 （1）通过下面的实验观察光发生了怎样的变化。 让一束光沿着半圆柱玻璃砖从玻璃射向空气。（见11-7图），这时可以同时看到反射光线和折射光线，这两条光线都比入射光线要弱。增大入射角，折射角也随之增大，这时折射光线 90，这时折射越来越弱，反射光线越来越强。当入射角增大到某一角度?时，折射角等于0 光线沿两种介质的界面传播。再增大入射角，折射光线消失，只剩下反射光线，光线全部反射回到玻璃中，如下图所示。此时的反射光线几乎与入射光线一样亮。 图 11-7：观察光的全反射现象 （2）光的全反射定义 90折射角的入射角?称为临入射光全部被反射回原介质的现象称为光的全反射。对应于0 界角。

(3) 光发生全反射必须具备的条件是： ①光从光密介质射向光疏介质； ②入射角大于临界角。 复习提问：什么叫光疏介质，什么叫光密介质？ 答：两种介质相比较，折射率较小的（或光传播速度较大的）称为光疏介质；折射率较大的（或光传播速度较小的）称为光密介质。光疏介质和光密介质是相对的。 记住：光的全反射现象只发生在光密介质内部，如果光线从光疏介质射入光密介质不会发生全反射。 （4）临界角的计算 同学们还记得上次课所学习的折射定律吗？（提问2到3名同学回答，并在黑板上写下折射定律表达式） 由折射定律可以计算临界角： 201 sin sin 90n n ?= 21 sin n n ?= (11—5) 若光从某介质n 射向真空(或空气)，则 2n =l 1sin n ?= 根据上式，只要知道某种介质的折射率n ，就可以求出它对真空(或空气)的临界角?。书上用表11—2为我们列出了几种介质对真空(或空气)的临界角。 （5）全反射技术的应用 全反射在生产技术中有着广泛的应用。用全反射棱镜可以制造潜望镜；利用光在光导纤维中的全反射传光、传像等更是当今世界上最先进的通信方式。 提问请同学们思考讨论： 全反射在生产技术中还有哪些广泛应用？ （6）例题讲解 例题1.某种玻璃的折射率1n =1.52，水的折射率2n =1．33，光线如何射人，可在界面发生全反射?临界角?多大? 解 因为玻璃相对水是光密介质，所以只有当光从玻璃射向水里时才可能发生全反射，得 201sin sin 90n n ?= 21sin n n ?==1.331.52 =0.875 临界角?=0/ 613

国内外光纤传感器的发展现状

国内外光纤传感器的发展现状 2011-6-29 8:25:44 讯石光通讯咨询网作者：iccsz 摘要:本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况：光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。 本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况：光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。前者报道了光纤光栅、分布式光纤传感技术以及光纤传感网的发展，这些是目前的研究热点；后者介绍了光层析成像技术、智能材料、光纤陀螺及惯性导航系统、工业工程类传感器（其中包括电力工业用高电压、大电流传感器，利用光纤的弹光效应和FBG器件的应力传感器等）。最后介绍了新型光纤材料与器件、氟化物玻璃光纤，碳涂覆光纤、以及正在研究中的蜂窝型波导光纤、液晶光纤等。 一、引言 随着密集波分复用DWDM技术、掺铒光纤放大器EDFA技术和光时分复用OTDR技术的发展和成熟，光纤通信技术正向着超高速、大容量通信系统的方向发展，并且逐步向全光网络演进。在光通信迅猛发展的带动下，光纤传感器作为传感器家族中年轻的一员，以其在抗电磁干扰、轻巧、灵敏度等方面独一无二的优势，已迅速成长为年成交额超过10亿美金，并预计将于2010年拥有超过50亿美金市场的产业。每年由美国光学工程师学会(OSA)主办的光纤传感国际会议（OFS）及时报道着光纤传感领域的最新进展，并对光纤传感及其相应技术进行有益的研讨。 当前，世界上光纤传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光纤技术的日趋成熟，对光纤传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。由于光纤传感技术并未如光纤通信技术那样迅速地获得产业化，许多关键技术仍然停留在实验室样机阶段，距商业化有一定的距离，因此光纤传感技术的原理性研究仍处于相当重要的位置。由于很多光纤传感器的开发是以取代当前已相当成熟，可靠性和成本已得到公认，并已经被广泛采用的传统机电传感系统为目的，所以尽管这些光纤传感器具有如电磁绝缘、高灵敏度、易复用等诸多优势，其市场渗透所面临的困难和挑战是可想而知的。而那些具有前所未有全新功能的光纤传感器则在竞争中占有明显优势，FBG和其它的光栅类传感器就是一个最好的例证。当前的原理性研究热点集中于光纤光栅（FBG和LPG）型传感器和分布式光纤传感系统两大板块。 FBG型光纤传感器自发明之日起，已走过了原理性研究和实验论证的百家争鸣阶段。目前成熟的FBG制作工艺已可形成小批量生产能力，而研究的焦点也转向解决高精度应用，完善解调和复用技术，以及降低成本等几个方向上。另一方面，由于光纤传感器具有将传输与传感媒质合而为一的特性，使得沿布设路径上的光纤可全部成为敏感元件，因此，分布式传感成为光纤传感器与生俱来的优点。 对于光纤传感技术的应用研究主要有以下四大类：光（纤）层析成像技术（OCT，OPT）、智能材料（SMART MATERIALS）、光纤陀螺与惯导系统（IFOG，IMIU ）和常规工业工程传感器。另外，由于光纤通信市场需求的带动以及传感技术的特殊要求，新型器件和特种光纤的研究成果也层出不穷。 目前，我国的光纤传感器研究大多数集中于大专院校和科研单位，仍然未完成由实验室向产品化的过渡。其中，比较成熟的技术包括：清华大学光纤传感中心与总后合作研制开发的光纤油罐液位与温度测量系统，已经安装运行数年；北京航空航天大学与总装合作研制的光纤陀螺系统，目前指标为0.2°/hr ；中国计量学院研制的分布式光纤传感系统，已有产品报道；华中理工大学与广东某公司联合研制的强电压、大电流传感系统。此外，在广东、深圳等地，还建立了许多光纤无源器件生产厂

光纤传感技术

光纤传感器的应用与发展趋势 学生：王超 学号：1049721103105 专业：物理电子学 光在传输过程中，光纤易受到外界环境的影响，如温度、压力等，从而导致传输光的强度、相位、频率、偏振态等光波量发生变化，通过监测这些量的变化可以获得相应的物理量，这就是光纤传感技术。该技术是随着光纤及通信技术的发展而逐步发展起来的一门崭新技术。密集波分复用D W D M 技术、掺铒光纤放大器EDFA 技术和光时分复用OTDR 技术的不断发展成熟，使得光纤传感技术以其在抗电磁干扰、轻巧、灵敏度等方面独一无二的优势，获得了飞速的发展，各种光纤传感器系统层出不穷。 光纤传感器系统的原理 由于光纤不仅作为光波的传播介质，而且光波在光纤中传播时，光波的特征参量( 振幅、相位、偏振、波长等) 会因外界因素（温度、压力、应变、电场、位移等）间接或直接的发生变化，从而可将光纤用作传感元件探测物理量。根据光纤在传感器中的作用，光纤传感器可分为功能型、非功能型、拾光型三大类。 1、功能型光纤传感器中光纤不仅作为导光介质也是敏感元件，光在光纤内受到被测量物理量的调制。它的特点是结构紧凑、灵敏度高，但它须用特殊光纤和先进的检测技术，因此成本高。光纤陀螺即是典型的功能型光纤传感器。 2、非功能型光纤传感器中光纤仅起导光作用，光照到非光纤型敏感元件上受被测量物理量调制。因其无需特殊光纤及特殊技术，易实现、成本低，但灵敏度也相应较低，常用于灵敏度要求不太高的场合。目前的光纤传感器大多是该类型的。 3、拾光型光纤传感器中光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、 散射的光。如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。 光纤传感器的特点 由光纤传感器的原理我们可以很容易理解它有如下几个特点： （1 ）光纤具有宽波长范围、低衰减的特性，光源、检测器和光学元件的选择余地大，可以适用于不同的应用场合。

光纤的应用

前言 物理学院07级物理学3班周斌学号20072312899 摘要：当今的信息时代是以两大技术的出现与发展为基础，同时也以这两大技术为支撑的。其一是包括超大规模集成电路（ULSIC）在内的计算机技术，它使信息处理能力成百万倍地提高；其二是包括半导体和光电子器件在内的通信和网络技术，它使信息传输能力成千上万倍地提高。1966年高锟博士首先提出利用介质光导纤维以光载波传输信息，奠定了光纤通信的理论基础；1970年美国康宁公司首次拉制出损耗为20dB/km的光纤，展现出光纤通信技术发展的美好前景；1990年后推出的以电时分复用为基础的单信道光波通信系统，将传输速率每五年提高9倍；20世纪90年代中期，由于掺铒光纤放大器（EDFA）的实用化推动了波分复用（WDM）技术的实用化，实现了Tbit/s（每秒1万亿比特）量级的传输速率；近年来光交叉连接（OXC）、光分插复用（OADM）、光突发交换（OBS）、光分组交换（OPS）、无源光网络（PON）等技术应运而生，并得到迅速发展。进入新世纪以来，光通信行业挤掉了“泡沫”步入了健康高速发展阶段，但全光通信网是当前与未来发展的主要方向之一已经成为业内共识，与光信号处理及智能光交换相关的技术仍然保持着蓬勃的发展态势，光电子集成、光纤传感器及传感系统等多种技术也都得到了迅速发展，并在许多领域中得到了广泛的应用。 关键字：光纤光纤通信光传感光纤传输应用 1光纤的发明 1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。 人们曾经发现，光能沿着从酒桶中喷出的细酒流传输；人们还发现，光能顺着弯曲的玻璃棒前进。这是为什么呢？难道光线不再直进了吗？这 些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是全反射的作用，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。表面上看，光好像在水流中弯曲前进。实际上，在弯曲的水流里，光仍沿直线传播，只不过在内表面上发生了多次全反射，光线经过多次全反射向前传播。 后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。 2光纤概述 2.1光纤原理 1.光是一种电磁波 可见光部分波长范围是：390~760nm(毫微米)。大于760nm部分是红外光，小

掺稀土特种光纤的研究现状与发展

掺稀土特种光纤的研究现状与发展 一、引言 掺稀土特种光纤在光纤激光器、放大器和传感器中有着广泛的应用。本文介绍稀土离子的性质，重点介绍掺铒、掺镱和掺铥光纤的应用、研究现状和发展趋势。 掺稀土特种光纤已经有了很大的发展，所用的掺杂剂有Nd3+、Er3+、Pr3+、Ho3+、Eu3+、Yb3+、Dy3+、Tm3+等。掺稀土光纤对于包括光纤激光器、放大器和传感器在内的各种应用是十分有吸引力的。它的特点是具有圆柱形波导结构，芯径小，表面与体积比值高，因此很容易实现高密度泵浦，使激射阈值低，散热性能好，其芯径大小与通信光纤很匹配，耦合容易且效率高，可形成传输光纤与有源光纤一体化，是实现全光通信的基础。 随着集成光学和光纤通信的发展，需要有微型的激光器和放大器。20世纪90年代起，信息高速公路对信息的传输提出了更高的要求，多媒体技术要求能同时传送图、文、声、像，而且是高度清晰的声、像。信息高速公路要求高速传输，但一般的光纤通信技术传送信息的速度与这种要求相差甚远。以超高速、超长距离方式传送信息需要跨越许多技术上的障碍，其中之一就是如何补充在长距离传送过程中光能量的衰减。所以光信号直接放大就成为一个至关重要的课题。掺稀土光纤放大器能直接放大光信息，有利于大容量、长距离通信，将使光纤通信取得更加长足的发展。 二、稀土元素的光学特性 稀土离子在光场和磁场方面的应用有很长的历史。稀土离子有着不同于其它光活性离子的重要性质：其发射或吸收的光波长范围很窄，发射和吸收跃迁的波长与材料的关系不大。这些跃迁的强度很弱，亚稳态的寿命较长，量子效率高。这些性质导致了稀土离子在许多光应用方面有特别重要的性能。 从原子结构上看，稀土元素都具有相同的外电子壳层结构，即5s25p66s2，属满壳层结构，稀土离子通常是以三价电离态出现，其电子结构为[Xe]4fN-15s25p66s0，它们都是4f和6s 分别失去一个和2个电子，而5s2与5p6均未发生任何变化。由于剩余的N-1个内层4f电子受到5s、5p形成的外壳层屏蔽作用，使得4f→4f跃迁的光谱特性（如荧光特性与吸收特性)不易受到宿主玻璃外场的影响，因此，掺稀土元素的固态激光材料4f→4f跃迁产生的激光线型极其尖锐。掺杂的稀土离子在宿主玻璃中由于受到晶格电场的束缚而形成了稀土离子能级的Stark分裂，同时在这些分裂能级之间由于声子的产生与湮灭引起能量交换，从而导致了这些能级的均匀或非均匀展宽。当粒子被激发到泵浦带后，会以非辐射跃迁的方式转移到泵浦带与基态能级之间的某一能级上，并在该能级上停留较长的时间，形成激光系统粒子数分布反转，这一能级即为激光上能级，也称亚稳态能级。激光上能级的寿命比其他高能级的非辐射寿命长几个数量级。 在激光放大领域中多数选择玻璃作为掺杂的宿主基质，这主要起因于对高能量、高功率激光放大输出的要求。目前，大多数掺杂光纤与通信光纤使用的光纤材料相同，都是石英玻璃材料，可以采用成熟的光纤制造技术来生产掺杂玻璃光纤，同时生产过程中允许严格控制其掺杂浓度，因此掺杂玻璃的应用和研究得到很大程度的推广。从物理角度分析，玻璃是一种热熔体冷却生成的非晶态产物，从价格原子尺度来看其结构是规则的，而从整体来看它是非周期非对称的。玻璃的种类随着其中所含的成形子、改性子及它们之间相对组分比例的不同而变化，因此，作为稀土离子掺杂宿主的玻璃基质种类繁杂。通常可以将用于激光介质的玻璃分为四类：氧化物玻璃、卤化物玻璃、卤氧化物玻璃及硫属化合物玻璃。 三、掺稀土光纤的发展 1.掺铒光纤 由于掺铒光纤放大器具有增益高、频带宽、噪声低、效率高，连接损耗低，偏振不灵敏等特点，在20世纪90年代初得到了飞速发展，成为当时光放大器研究发展的主要方向,极大地

光纤传感技术读书笔记

题目光纤传感技术读书笔记学院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师：

摘要：主要阐述了光纤传感技术的原理、特点及国内外的发展情况，介绍了在 实际测量中的一些具体应用。提出了我国光纤传感技术存在的问题，指出了今后的发展的方向，为光纤传感技术的深入研究提供了有益的参考 关键词：光纤传感技术；测量精度；光纤传感器 1 前言 自1966年高昆博士提出光纤传输的理论，以及1969年日本平板波利公司制出200dB/KM梯度光纤以来，光纤传感技术取得了飞速发展，而且已经形成了独立的光通讯产业形成。由于它独特的优点，决定了可实现某些特殊条件下的测量工作，比常规检测技术具有诸多优势，是传感技术发展的一个主导方向。光纤传感技术代表了新一代传感器的发展趋势。光纤传感器产业已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一，它以技术含量高、渗透能力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。 2 光纤与光纤传感器的原理 光纤的结构由纤芯，包层，涂覆层，护套组成。光缆的结构由12×12的光纤阵列，光纤带，纸，聚乙烯内壳，聚烯烃双绞线，聚乙烯外壳，抗应变的钢索组成。而光纤传感器通常由光源、传感光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成。其传光原理是利用了光的全反射原理，将被测参量转换为光信号参数的变化。众所周知，描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等)。这些参量在光纤传输中都可能会受到外界影响而发生改变，特别是温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时，都会使这些参量发生相应变化。光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相位物理量的大小。 从结构上来讲，光纤传感器与电类传感器对比，光纤传感器的调制参量是振幅，相位。而电类传感器是电阻，电容，电感等。光纤传感器的传输信号为光，而电类传感器的传输信号为电。传输介质也有了很大的不同，光纤传感器的传输介质是光纤，光缆，而电类传感器的介质是电线，电缆。由结构的对比可见，光纤传感器与电类传感器是并行互补的一类新型传感器。 从应用上来讲，光纤传感器与传统传感器相比有其独特的优点，即非接触式测量、抗干扰力强、灵敏度高、体积小、重量轻、柔性好，而且测量对象广泛。因此，在传感器行业中，光纤传感器越来越显示出它的优势。它将替代传统的机械接触式传感器及电容非接触式传感器。机械接触式传感器磨损被测表面，这就限制了测量精度。电容非接触式传感器的抗电磁干扰力差，使得其适用范围受到限制。 3 光纤传感器的调制技术以及光信号的解调技术 光纤传感器的调制技术有四种，(1)强制调制，(2)相位调制，(3)偏振态调制，(4)频率调制。 强制解调有1)利用小的线位移或角位移进行强度调制；2)反射式强度调制；

哈工大光纤传感技术结题论文

光纤温度传感器读书 报告 导师：刘丽华 学院：机电工程学院 学号：1100800609 姓名：王震宇

光纤温度传感器的研究进展和应用 关键词:光纤传感;温度;研究进展;应用 摘要:分析了光纤温度传感器的优点,综述了光纤温度传感器的发展现状和应用。分别介绍了分布式光纤温度传感器,光纤光栅温度传感器,干涉型光纤温度传感器,光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光线暗温度传感器的工作原理和研究现状,详细介绍了各种传感器的特点及各自的研究方向。 0 引言 温度是很常见也是很重要的物理量，它与人类生活和科学研究有着密切关系，所以温度的检测至关重要。但是其中的一些应用领域将面临特殊的工作环境，这对于温度的测量可能会造成一些特殊的困难。例如油井中的温度会随着开采深度的增加而不断提高，电力系统的测温环境具有高电压，大电流，强电磁干扰和空间狭小等特点，这就要寻求可靠性高，抗电磁干扰性强，响应快，体积小的新型传感器。尽管目前已有许多高温研究成果，但对于像火药燃烧时的温度等变化的高温数据很难通过传统的热响应率较慢的热电偶得到，并且所测结果是否能准确反映客观对象的真实情况也是一个棘手的问题。此时传统

的温度传感器难以进行有效的实时监测。近年来充分发挥光纤特性的光纤传感器为解决这些测试技术难题提供了途径。 光纤测温是二十世纪七十年代发展起来的一门新兴测温技术，与传统的温度传感器相比具有很多优点，光波不产生电磁干扰，也不怕电磁干扰，易被各种光探测器接收，可方便地进行光电或电光转换，易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配，光纤共走频率宽，动态范围大，是一种低损耗传输线，光纤本身不带电，体积小质量轻，易弯曲，抗辐射性能好，特别适合于易燃，易爆，空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。国外一些发达国家对光纤温度传感技术的应用研究已取得丰富成果，不少光纤温度传感器系统已实用化，成为替代传统温度传感器的商品。所有与温度相关的光学现象或特性，本质上都可以用于温度测量。基于此，用于温度测量的现有光学技术相当丰富。目前对于光纤温度传感器的研究占到将近所有光纤传感器研究的20%。 光纤温度传感器的研究，除对现有器件进行外场验证，完善和提高外，目前有以下几个发展动向：开发包括测量温度在内的多功能的传感器；研制大型传感器阵列，实现全光学遥测 一光纤温度传感器的光学原理及其分类 在光纤中主要涉及三种散射:瑞利散射,喇曼散射和布里渊散射,根据这三种散射,分布式光纤温度传感器可分为下面三种类型. 1.1 瑞利散射 瑞利散射是指光与微小粒子相遇时,光将向各个方向散射的现象.光

实验一 光纤传像束

实验一光纤传像束 光纤一般是指由透明介质构成，直径与长度之 比小于1：1 000的细丝。光线从光纤的一端入射，沿着光纤传播，最后从另一端出射。单条光纤只能传光，不能成像(如图1所示)。如果将许多光纤固定在一起，构成光纤束，就可以将具有一定面积的像面通过每根光纤，逐点地将像由光纤束的一端传至另一端。根据光纤传输光线方式的不同，可以将其分成两大类，一类是由均匀透明介质构成，光线在光纤内部通过表面的全反射和直线传播进行传输．称为全反射光纤或阶梯型光纤：另一类光纤由非均匀介质构成，中心折射率高，边缘折射率低，光线在光纤内部沿着曲线传播，称为梯度折射率光纤。这两类光纤传播光线的方式不同，应用的范围也不同。传像光纤主要由全反射光纤构成。全反射光纤的性质最简单的全反射光纤是由均匀透明介质构成的圆柱形细丝，称为单质光纤，如图2所示。光纤传像束的原理用于传像束的光纤必须有很好的外包层。用传像束传像有许多特殊的优点，如长度和空间无严格限制，具有很大的数值孔径，没有像差。它的缺点是：光纤束中的少数光纤可能被折断，使输出像面上出现盲点：输入输出端的排列形状可能有变形，引起像的变形；只存在一对共轭面，而且景深很小；分辨率受光纤直径的限制。如果要使图像传送得更清晰，就要尽可能选用直径较小的光纤，因为光纤越细，在一定的传像束上就能容纳进更多的光束，这样就能传送更多的像元。显然，像元越多，图像就越清晰。

实验二昆特管 现象 实验中课观察到在昆特管中液体出现“喷泉”现象，即驻波的波腹处，空气振动剧烈，形成环形飞溅的煤油浪花，波节处液体静止不动。 实验原理 驻波是由振幅、频率、振动方向均相同而传播方向相反的两列波迭加而成的；由扬声器发出的入射声波在管内的另一端发生反射，波长与管长满足一定的条件，反射波与入射声波叠加就形成驻波。在昆特管中驻波的波腹处，空气振动剧烈，气压小，从而吸起该处的煤油，使得波腹处的煤油飞溅，环液体振动最激烈；而在驻波的波节处，驻波能量极小，且两侧波腹处的空气向此聚集，气压大，将此处煤油下压，使得煤油只能向两侧（波腹位置）流动，液体基本静止不动。最终两者达到动态平衡，形成了在实验中看到的“喷泉”现象。相邻两波腹（或两波节）间距离为半个波长，反射端由于半波损失，波腹与波节间的距离为1/4波长。 演示实验三辉光球 现象 辉光球又称为电离子魔幻球。它的外观为直径约15cm的高强度玻璃球壳，球内充有稀薄的惰性气体（如氩气等），玻璃球中央有一个黑色球状电极。球的底部有一块震荡电路板，通过电源变换器，将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。 通电后，震荡电路产生高频电压电场，由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射，产生神秘色彩。由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。用手指轻触玻璃球的表面时，球内产生彩色的辉光。辉光在手指的周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲，随手指移动起舞。 原理

微波光子学及其链路研究进展与应用综述

微波光子学及其链路研究进展与应用综述 摘要：微波光子学以光子技术为工具，生成、处理、传输微波/毫米波信号，注重微波与光子在概念、器件和系统方面的结合。微波光子学典型研究包括了微波信号的光产生、处理和转换，微波信号在光链路中的分配和传输等。微波光子链路技术与传统电子技术相比则具有非常明显的优势：重量轻，易于铺设，抗电磁干扰，低损耗，高带宽等。本文通过对微波光子链路领域相关文献的阅读与学习，对该领域的研究进展和技术应用进行简要综述。 关键词：微波光子学；微波光子链路；系统应用 引言 微波光子学(Microwave Photonics, MWP)作为微波与光子技术结合的一种新兴学科，发展迅速。在过去30年中，微波光子学在理论、器件、关键技术和系统应用层面都取得了进步与发展，某些应用甚至已经实现了实用化。在船舰、机载、卫星、雷达系统、无线通信等或民用或军用领域的复杂多元化电磁环境中，微波光子信息处理技术的地位日益凸显，有着广阔的应用前景。 微波光子链路（Microwave Photonic Link, MPL）也得益于微波光子学快速的发展与进步而受到广泛地关注与研究。光生毫米波技术、光纤无线电（ROF）技术、光控相控阵技术等作为微波光子学技术的分支，近年来已成为国内外研究热点。微波光子链路作为这些技术的重要组成部分，优势明显，在电子战、雷达、遥感探测、无线通信等领域得到广泛应用。 一、微波光子学及微波光子链路的研究进展与研究现状 1.1微波光子学及其链路背景 光波分复用技术及掺铒光纤放大器（EDFA）出现后，光通信得到迅速发展。无线通信容量需求也不断发展增加，应用于光纤系统中光发射和接收中的微波技术也在迅速发展。传统的微波传输介质在长距离传输时具有很大损耗，但光纤系统具有低损耗、高带宽特性，对于微波传输和处理相当具有吸引力。

光纤传感器的应用和发展

文章编号:100320794(2004)0820009202 光纤传感器的应用和发展 马天兵,杜　菲 (安徽理工大学,安徽淮南232001) 摘要:主要阐述了光纤传感器的原理、特点及国内外的发展情况,介绍了在实际测量中的一些具体应用。提出了我国光纤传感器存在的问题,指出了今后发展的方向,为光纤传感器的深入研究提供了有益的参考。 关键词:光纤传感器;测量精度;传感技术 中图号:T N253文献标识码:A 1　前言 自20世纪70年代以来,光纤传感器取得了飞速发展。由于它独特的优点,决定了可实现某些特殊条件下的测量工作,比常规检测技术具有诸多优势,是传感技术发展的一个主导方向。光纤传感技术代表了新一代传感器的发展趋势。光纤传感器产业已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一,它以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。 2　光纤传感器的原理 光纤传感器通常由光源、传输光纤、传感元件或调制区、光检测等部分组成。众所周知,描述光波特征的参量很多(如光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等)。这些参量在光纤传输中都可能会受外界影响而发生改变,特别如温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和生物化学量等对光路产生影响时,都会使这些参量发生相应变化。光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小。 光纤传感器与传统传感器相比有其独特的优点,即非接触式测量、抗干扰力强、灵敏度高、体积小、重量轻、柔性好,而且测量对象广泛。因此,在传感器行业中,光纤传感器越来越显示出它的优势。它将替代传统的机械接触式传感器及电容非接触式传感器。机械接触式传感器磨损被测表面,这就限制了测量精度。电容非接触式传感器的抗电磁干扰力差,使得其实用范围受到限制。 3　国内外光纤传感器的发展概况 由于光纤传感器应用的广泛性及其广阔的市场,其研究和开发在世界范围内引起了高度的重视,各国家更是竟相研究开发并引起激烈的竞争。 美国是研究光纤传感器起步最早、水平最高的国家,在军事和民用领域的应用方面,其进展都十分迅速。在军事应用方面,研究和开发主要包括:水下探测的光纤传感器、用于航空监测的光纤传感器、光纤陀螺、用于核辐射检测的光纤传感器等。这些研究都分别由美国空军、海军、陆军和国家宇航局(NAS A)的有关部门负责,并得到许多大公司的资助。美国也是最早将光纤传感器用于民用领域的国家。如运用光纤传感器监测电力系统的电流、电压、温度等重要参数,监测桥梁和重要建筑物的应力变化,检测肉类和食品的细菌和病毒等。日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光纤传感器的研究与开发。日本在20世纪80年代便制定了“光控系统应用计划”,该计划旨在将光纤传感器用于大型电厂,以解决强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中的信息测量、传输和生产过程的控制。20世纪90年代,由东芝、日本电气等15家公司和研究机构,研究开发出12种具有一流水平的民用光纤传感器。西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光纤传感器的研发和市场竞争,其中包括英国的标准电讯公司、法国的汤姆逊公司和德国的西门子公司等。 我国在20世纪70年代末就开始了光纤传感器的研究,其起步时间与国际相差不远。目前,已有上百个单位在这一领域开展工作,如清华大学、华中理工大学、武汉理工大学、重庆大学、核工业总公司九院、电子工业部1426所等。他们在光纤温度传感器、压力计、流量计、液位计、电流计、位移计等领域进行了大量的研究,取得了上百项科研成果,其中相当数量的研究成果具有很高的实用价值,有的达到世界先进水平。每年发表的论文、申请的专利也不少。但与发达国家相比,我国的研究水平还有不小的差距,主要表现在商品化和产业化方面,大多数品种仍处于实验室研制阶段,不能投入批量生产和工程化应用。 4　光纤传感器的应用 光纤传感器的应用范围很广,几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活,尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用,解决了许多行业多年 ? 9 ? 　2004年第8期 煤 矿 机 械

AsS玻璃红外光纤传像束

第20卷　第1期 1999年 应　用　光　学 V ol.20,N o.1 1999 As-S玻璃红外光纤传像束 杨克武　魏国盛　吴佩兰 (北京玻璃研究院,北京,100062) 【摘要】　介绍用A s-S芯包光纤制备1-6L m波段应用的红外光纤传像束。该传像束与热像仪连接,得到一组人体面部的热像照片,同时测试和评估红外光纤传像束的特性。 关键词　A s-S玻璃红外光纤　传像束　测试 红外光纤传像束作为传输波导,与红外成像探测器连接,可用于探测强电磁场、危险环境、狭窄空间或小孔内物体的热分布。As-S玻璃红外光纤作为1-6L m波段良好的传输介质,其有序排列构成的传像束的实际应用已有报导[1][2]。组成这种光纤波导光缆的单光纤的结构是以As40S60作芯,T eflon 作包层。 作者曾报道过用氩气压力Py rex玻璃双坩埚法拉制As-S芯包结构光纤[3],并用这种光纤制作出1000和4000像元的传像束[4]。本文将介绍适用于传像束的As-S芯包光纤几何尺寸的设计,以及1万像元、长70m m传像束的制作,并对其性能做了测试和评估。 1　传像束的制作和性能测试 1.1　As-S光纤和传像束的制作 选择As38S62为芯玻璃、As35S65为包层玻璃,将纯化处理后的高纯单质原料密封在石英安瓿中,以真空熔融法合成玻璃坯棒。设计As-S芯包结构光纤直径为60L m,包层厚为7L m,用经过改进的氩气压力Pyrex玻璃双坩埚法拉制As-S芯包光纤。为了提高单光纤透过率的一致性,扩大玻璃熔制和拉丝的批量是必要的。现一次拉丝可制得直径为60L m的As-S芯包光纤30km以上。 使用排丝设备将直径60L m的As-S芯包光纤密绕在直径为22.3cm的可拆卸拼装的收丝鼓上,制成圈数为100匝的单层丝片。然后,遴选出100片丝片,叠排于特殊夹具内,制成带有一段胶合体的圆环,沿着圆环的法线方向切开胶合体,并铠装于金属蛇皮管保护套之中。最后再将两个端头进行适当的研磨抛光处理,制得100×100像元、长70cm的传像束。该传像束的有效端面尺寸为6.4×6.3mm2。由于中间部位的光纤是松散柔软的,使传像束具有良好的弯曲性能。1.2　传像束透过率和有效孔径角的测试 以合金裸丝作红外光源,使用一块3～5L m的带通滤光片进行波段选择,以配有量热式探头的光功率计作接收装置,分别记下传像束置于光路前后的功率计示值,得到传像束在端面未镀减反射膜的条件下3～5L m 波段的平均透过率为28%。 将红外光源发出的辐射经斩波器调制后汇聚到传像束的输入端,出射能量由距输出端适当距离的Hg CdT e单元探测器接收,得到轴线上的最大示值。然后,沿垂直于轴线的方向左右移动探测器,当信号强度降至最大值的一半时,得到传像束的有效孔径角为 32

世界各国传感器的研究现状及发展趋势

世界各国传感器的研究现状 传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之创立，日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。 世界技术发达国家对开发传感器技术部十分重视。美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有６项与传感器信息处理技术直接相关。关于保护美国武器系统质量优势至关重要的关键技术，其中８项为无源传感器。美国空军2000年举出15项有助于提高21世纪空军能力关键技术，传感器技术名列第二。日本对开发和利用传感器技术相当重视并列为国家重点发展６大核心技术之一。日本科学技术厅制定的90年代重点科研项目中有70个重点课题，其中有18项是与传感器技术密切相关。美国早在80年代初就成立了国家技术小组，帮助政府组织和领导各大公司与国家企事业部门的传感器技术开发工作。 传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置——传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”。传感器开始受到普遍重视，从八十年代起，逐步在世界范围内掀起了一股“传感器热”。美国国防部将传感器技术视为今年20项关键技术之一，日本把传感器技术与计算机、通信、激光半导体、超导并列为６大核心枝术，德国视军用传感器为优先发展技术，英、法等国对传感器的开发投资逐年升级，原苏联军事航天计划中的第五条列有传感器技术。正是由于世界各国普遍重视和投入开发，传感器发展十分迅速，在近十几年来其产量及市场需求年增长率均在10％以上。目前世界上从事传感器研制生产单位已增到5000余家。美国、欧洲、俄罗斯各自从事传感器研究和生产厂家1000余家，日本有800余家。 世界各国传感器的发展趋势 目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。如今传感器新技术的发展，主要体现在以下几个方面： 引入新技术发展新功能：随着人们对自然认识的深化，会不断发现一些新的物理效应、化学效应、生物效应等。利用这些新的效应可开发出相应的新型传感器，从而为提高传感器性能和拓展传感器的应用范围提供新的可能。图尔克市场技术部产品经理兼技术支持主管杨德友表示，“目前传感器界的最大特点就是不断引入新技术发展新功能。”如检测金属产品位置的电感式接近开关，它利用金属物体接近能产生电磁场的振荡感应头时在被测金属上形成的涡流效应来检测金属产品的位置。由于不同金属涡流效应的效果不同，因此不同金属的检测距离是不一样的，尤其是面对各类合金时，普通的电感式接近开关就显得力不从心，这就要求生产厂商在提高产品功能上下功夫。 利用新材料开发新产品：传感器材料是传感器技术的重要基础，随着材料科学的进步，人们可制造出各种新型传感器。例如用高分子聚合物薄膜制成温度传感器，光导纤维能制成压力、流量、温度、位移等多种传感器，用陶瓷制成压力传感器。 高分子聚合物能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附和释放水分子。将高分子电介质做成电容器，测定电容容量的变化，即可得出相对湿度。利用这个原理制成的等离子聚合法聚

光纤通信技术特点和发展

光纤通信技术的特点和发展趋势 摘要：光纤通信是指利用光与光纤传递信息的一种方式，光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，也可以在电力通信控制系统中发挥作用，既有经济优势又有技术优势，光纤通信由于超高速、低误码、高可靠，价格低廉，已成为信息的最重要传输手段和信息社会的重要基础设施。本文探讨光纤通信技术的优点和缺点以及光纤通信的发展和现状。 光纤通信在技术功能构成上主要分为：(1)信号的发射；(2)信号的合波；(3)信号的传输和放大；(4)信号的分离；(5)信号的接收。 关键词：光纤通信技术特点现状发展趋势

1、光纤通信技术 2、 光纤通信是利用光导纤维传输光信号，以实现信息传递的一种通信方式，属于有线通信的一种，光经过调变后便能携带信息，利用光波作载体，以光纤作为传输媒介，将信息从一处传至另一处，是光信息科学与技术的研究与应用领域。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。光纤由内芯和包层组成，内芯一般为几十微米或几微米，比一根头发丝还细；外面层成为包层，包层的作用是保护光纤。实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆，由于玻璃材料是制作光纤的主要材料，它是电气绝缘体，因而不需要担心接地回路，光波在光纤中传输，不会发生信息传播中的信息泄露现象，光纤很细，占用的体积小，这解决了实施的空间问题。光纤通信系统的组成，现代的光纤通信系统多半包括一个发射器，将电信号转换成光信号，再通过光纤将光信号传递。光纤多半埋在地下，连接不同的建筑物。系统中还包括数种光放大器，以及一个光接收器将光信号转换回电信号。在光纤通信系统中传递的多半是数位信号，来源包括计算机、电话系统，或是有线电视系统。 2光纤通信的优点和缺点

利用光纤传像束的内窥镜物镜设计_闫兴涛

第42卷第2期红外与激光工程2013年2月Vol.42No.2Infrared and Laser Engineering Feb.2013利用光纤传像束的内窥镜物镜设计 闫兴涛1,2，杨建峰1，薛彬1，周珂1,2，赵意意1,2，卜凡1,2 (1.中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术实验室，陕西西安710119； 2.中国科学院大学，北京100049) 摘要：光纤传像束用于内窥镜时，对内窥镜物镜的结构型式和成像质量提出了新的要求。在分析了其基本设计原则后，根据实际需求，选用反远距型物镜作为初始结构，利用Zemax软件优化设计了一个工作波段0.38~0.78μm，焦距0.921mm，全视场100°、相对孔径1/4的内窥镜物镜。镜头总长 10.32mm，满足像方远心要求，在38lp/mm频率处MTF值在0.85以上，像质优良；同时，在Tracepro 软件中建立了所设计物镜与光纤传像束结合后系统的模型，模拟的系统耦合效率约为96%且出射端照度均匀。结果表明：该物镜具有视场大、短焦距、结构合理、耦合效率高、像面照度均匀等特点，满足内窥镜要求。 关键词：应用光学；物镜设计；光纤传像束；像方远心 中图分类号：O439文献标志码：A文章编号：1007-2276(2013)02-0423-05 Design of the objective lens for endoscope with imaging fiber bundle Yan Xingtao1,2,Yang Jianfeng1,Xue Bin1,Zhou Ke1,2,Zhao Yiyi1,2,Bu Fan1,2 (1.Spectral Imaging Technique Laboratory,Xi′an Institute of Optics and Precision Mechanics,Chinese Academy of Sciences, Xi′an710119,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China) Abstract:For the endoscope with imaging fiber bundle,either the configuration or the imaging quality of its objective lens should satisfy some new requirements.Firstly,the fundamental of the objective lens design was analyzed,and the retrofocus objective lens was chosen as an initial structure for this design. Then an objective lens for the fiber-optic endoscope was designed with the software Zemax.The operation wavelength,focal length,FOV(field of view)and relative aperture of the designed lens are 0.38-0.78μm,0.921mm,100°and1/4respectively.Its total length is10.32mm.It′s telecentric in image space.The MTF value of the lens is greater than0.85at the spatial frequency of38lp/mm. Furthermore,a model of the designed lens combined with the imaging fiber bundle was established in the software Tracepro.The coupling efficiency of the simulated system is about96%and the illumination of output end is uniform.All the results show that the designed lens has the peculiarity of wide FOV,short focal length,logical configuration,high coupling efficiency and uniformity illumination at image plane.It 收稿日期：2012-06-10；修订日期：2012-07-19 基金项目：国家自然科学基金(60808028)；国家863计划(2009AA122203) 作者简介：闫兴涛(1986-)，男，博士生，主要从事光学系统设计方面的研究。Email:xingtao.yan@https://www.wendangku.net/doc/d710700895.html, 导师简介：杨建峰(1969-)，男，博士生导师，博士，主要从事光学设计与光谱成像方面的研究。Email:yangjf@https://www.wendangku.net/doc/d710700895.html,