《光導(dǎo)纖維的應(yīng)用及其發(fā)展前景.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《光導(dǎo)纖維的應(yīng)用及其發(fā)展前景.doc（12頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

學(xué)號(hào)：20105043025 本科學(xué)年論文 學(xué) 院 物理電子工程學(xué)院 專 業(yè) 應(yīng)用物理學(xué) 年 級(jí) 2010級(jí) 姓 名 石鵬凱 論文題目 光導(dǎo)纖維的應(yīng)用及其發(fā)展前景 指導(dǎo)教師 張新偉 職稱 講師 成 績(jī) 2012年05月31日 目 錄 摘 要…………………………………………………………………………………1 Abstract………………………………………………………………………………1 1緒 論 ………………………………………………………………………………1 2光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)介……………………………………………………………………1 2.1什么是光導(dǎo)纖維 ……………………………………………………………2 2.2光導(dǎo)纖維的基本原理 ………………………………………………………2 3光導(dǎo)纖維的應(yīng)用 ………………………………………………………………… 3 3.1光導(dǎo)纖維在通信系統(tǒng)方面的應(yīng)用 …………………………………………3 3.2光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用 ………………………………………………3 3.3光導(dǎo)纖維的其他應(yīng)用…………………………………………………………4 4 光導(dǎo)纖維的發(fā)展前景………………………………………………………………5 結(jié)論 ………………………………………………………………………………… 6 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………… 6 致謝……………………………………………………………………………………7 光導(dǎo)纖維的應(yīng)用以及未來(lái)發(fā)展前景 學(xué)生姓名：石鵬凱 學(xué)號(hào)：20105043025 學(xué) 院：物理電子工程學(xué)院 專業(yè)：應(yīng)用物理學(xué) 指導(dǎo)老師：張新偉 職稱：講師 摘 要: 30多年來(lái)，光導(dǎo)纖維取得了巨大的進(jìn)步，其中石英光導(dǎo)纖維的通信距離提高了2倍，容量提高了100倍,我國(guó)的日產(chǎn)量已突破8105 m。光纖的用途不斷擴(kuò)大，今后新興國(guó)家將成為推動(dòng)光纖市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的牽引力。 關(guān)鍵詞：光導(dǎo)纖維；光學(xué)纖維；新進(jìn)展；發(fā)展動(dòng)向 Application and future development of optical fiber Abstract：Light transmitting fibers are getting progress in more than 30 years, the data transmitting distance raised2 times, the capacity of data communication raised 100 times, the output of plastic optical fiber broke800 km/d in China. The uses of light transmitting fibers are expanding incessantly, while the demand of new risingcountries will become the tractive power of quick rising market in future. Key words：light transmitting fiber; optical fiber; new development; developing trend 1緒論 上世紀(jì)60年代，激光被發(fā)明了，它宣告:在光波波段中對(duì)應(yīng)于射頻源的新源出現(xiàn)了，對(duì)于通信有巨大潛力的光譜區(qū)域終于被開拓出來(lái)加以利用了。所需要的就是要有一組相適合的光源、檢波器和傳輸介質(zhì)[1]。隨后二十多年，人們對(duì)光傳輸介質(zhì)進(jìn)行了攻關(guān)，終于制成了輕質(zhì)量、低損耗、頻帶寬的光纖，從而奠定了光通訊的基石。從此，光導(dǎo)纖維的應(yīng)用進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段，它的使用為我們的生活提供了很大的便利，同時(shí)它的未來(lái)發(fā)展前景為人們所看好。 2 光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)介 2.1什么是光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱光纖，是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有1~100μm左右。它是由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，光由一端進(jìn)入，在內(nèi)芯和外套的界面上經(jīng)多次全反射，從另一端射出。它具有質(zhì)量輕、耗損地、頻帶寬，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 2.2光導(dǎo)纖維的基本原理 由光學(xué)理論可知，可以用光線也就是幾何光學(xué)的方法來(lái)研究光的傳播現(xiàn)象。應(yīng)用兒何光學(xué)基本定律，來(lái)分析光纖中的多模光纖是完全適用的。 2.2.1光的全反射原理 當(dāng)光線由光密媒質(zhì)(折射率為n1)射入光疏媒質(zhì)(折射率為n2)且入射角大于臨界角( i )的時(shí)候，就會(huì)生全反射現(xiàn)象，如圖1所示。臨界角由下式?jīng)Q定: 式中n1》n2 N1 N2 臨界角 全反射光 圖1：光全反射示意圖 2.2.2.光纖結(jié)構(gòu) 光導(dǎo)纖維分為反射型和折射型兩種，下面主要介紹反射型光纖基本結(jié)構(gòu)。 如圖2所示，在光纖內(nèi)部，要求光線的反射是全反射射，整個(gè)纖維由兩層均勻介質(zhì)組成，內(nèi)層為玻璃纖維芯(纖芯)，外層為玻璃包皮(包層)的兩個(gè)同心圓柱的雙層結(jié)構(gòu)組成。纖芯傳輸。纖芯的折射率n1比包皮折射率n2稍大一點(diǎn)，兩層介質(zhì)之間形成良好的光學(xué)界面光線在界面的入射角沖要大于臨界角，以保證在光纖內(nèi)部產(chǎn)生全反射現(xiàn)象。光纖導(dǎo)光示意圖如圖3。位于光纖的中心部位，光主要在這一部分里[2]。 外包 纖芯 圖2 光纖結(jié)構(gòu) 圖3光導(dǎo)纖維示意圖 3 光導(dǎo)纖維的應(yīng)用 3.1光導(dǎo)纖維在通信系統(tǒng)方面的應(yīng)用 首先我們來(lái)看看光導(dǎo)纖維有什么優(yōu)點(diǎn)： (1)光纖的通頻帶很寬.理論可達(dá)30億兆赫茲?；谶@一特點(diǎn),我們可在同一光纖通道上,同時(shí)傳輸許多路的信息,也不會(huì)相互干擾。 (2)無(wú)中繼段長(zhǎng)可達(dá)幾十到100多公里,銅線只有幾百米?；谶@一特點(diǎn),我們可將網(wǎng)絡(luò)延伸到很遠(yuǎn)的空間。 (3)不受電磁場(chǎng)和電磁輻射的影響。這樣一來(lái)信息傳輸?shù)目煽啃蕴岣吡撕芏唷?(4)重量輕,體積小。 (5)光纖通訊不帶電,使用安全,可用于易燃、易爆場(chǎng)所。 (6)使用環(huán)境溫度范圍寬。 (7)耐化學(xué)腐蝕,使用壽命長(zhǎng)。正是由于光纖的這些優(yōu)良特性,使得光纖在網(wǎng)絡(luò)和通信中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[3]。 正是由于光纖具有許多優(yōu)良的特性,使光導(dǎo)纖維在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。我們的INTERNET是一個(gè)星羅棋布遍及整個(gè)世界的大網(wǎng)絡(luò)。這樣龐大的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)要連接起來(lái),主要是靠光導(dǎo)纖維。首先,連接各大洲及各個(gè)國(guó)家之間的公共交換網(wǎng)絡(luò),依賴的是光導(dǎo)纖維,我們?cè)陉懙厣?、海洋?都鋪設(shè)了相互連接的光纜,通過這些光纜,可以將我們的文字、圖形、圖像、聲音等信息相互傳遞;其次,在每個(gè)國(guó)家內(nèi)部,各城市地域之間的公共交換網(wǎng)絡(luò)之間的連接也完全是依賴于光導(dǎo)纖維;在城市網(wǎng)絡(luò)的主干上,也都是依靠光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì);在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、校園網(wǎng)絡(luò)的各大建筑之間的連接同樣也是依賴于光導(dǎo)纖。 由于光導(dǎo)纖維的架設(shè)連接及其轉(zhuǎn)換制備的價(jià)格還比較高,我們還只能將它應(yīng)用于各網(wǎng)絡(luò)的主干。等到光導(dǎo)纖維及其轉(zhuǎn)換設(shè)備價(jià)格進(jìn)一步下降,光纖這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)將會(huì)延伸到我們家中,延伸到我們生活的方方面面。那個(gè)時(shí)候,我們的網(wǎng)絡(luò)就成為名符其實(shí)的信息高速公路。而這個(gè)信息高速公路的跑道,就是我們的網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)———光導(dǎo)纖維[4]。 3.2 光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 在醫(yī)學(xué)上，光導(dǎo)纖維可以用于食道、直腸、膀朧、胃等深部探查內(nèi)窺鏡(胃鏡、血管鏡等)的光學(xué)組件和不必切開皮肉直接插人身體內(nèi)部，切除癌瘤組織的外科手術(shù)激光刀，即由光導(dǎo)纖維將激光傳遞至手術(shù)部位，對(duì)診斷醫(yī)治各種疾病極為有利。因?yàn)楣饫w又細(xì)又軟，故可把醫(yī)生用來(lái)觀察人體內(nèi)部病變情況的內(nèi)窺鏡做得小巧玲瓏。胃鏡是內(nèi)窺鏡中比較粗得一種，也只有15毫米左右，其它如食道鏡、膀胱鏡還要細(xì)小得多。目前在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上，普遍使用著一種連接著許多光纖的胃鏡，這些光纖并成一束，束中各條光纖的相對(duì)位置保持不變。把胃鏡插入病人胃內(nèi)，胃鏡接收到的光線沿著這些光纖傳到體外，每條光纖中的光僅反映胃中一點(diǎn)的情況，整束光纖中的光就拼合成胃內(nèi)某一部分的圖象。光纖胃鏡的光源是在體外由光纖傳進(jìn)去的，它不產(chǎn)生熱輻射，能減輕病人的痛苦。在光導(dǎo)纖維的一頭裝上精致小巧的微型鏡頭，將胃內(nèi)的情況傳到體外拍攝下來(lái)或顯示在屏幕上。還可以在胃鏡光纖中留出空的通道，以插入切取生理切片的鑷子。近年來(lái)，一種激光光纖藥頭內(nèi)窺鏡碎石系統(tǒng)研制成功。這種系統(tǒng)利用胃鏡把帶有藥頭的光纖導(dǎo)管送入胃中，然后沿光纖通入激光。激光可以像引爆雷管一樣，使藥頭炸裂并產(chǎn)生沖擊波，擊碎胃石，再用胃鏡把碎石取出。利用該系統(tǒng)已成功地?fù)羲椴⑷〕隽舜笮?106厘米的胃石，這種系統(tǒng)還可以用來(lái)治療膀胱結(jié)石、膽結(jié)石等。 光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的另一個(gè)重要應(yīng)用是通過微細(xì)的光纖將光強(qiáng)度的激光輸入人體的病變部位并切除。這種“手術(shù)”不開刀，減少了病人的痛苦，而且切割部位準(zhǔn)確，手術(shù)效果好。 可見，光導(dǎo)纖維的應(yīng)用，使醫(yī)用窺鏡從構(gòu)造到功能都發(fā)生了重要的變化[5]。 3.3光導(dǎo)纖維在其它方面的應(yīng)用 在照明和光能傳送方面，利用光導(dǎo)纖維短距離可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)光源多點(diǎn)照明。光纜照明，可利用塑料光纖光纜傳輸太陽(yáng)光作為水下、地下照明。光導(dǎo)纖維柔軟易彎曲變形，可做成任何形狀，并且耗電少、光質(zhì)穩(wěn)定、光澤柔和、色彩廣泛，是未來(lái)的最佳燈具，如與太陽(yáng)能的利用結(jié)合起來(lái)將成為最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的光源。今后的高層建筑、禮堂、賓館、醫(yī)院、娛樂場(chǎng)所，甚至家庭依據(jù)都可直接使用光導(dǎo)纖維制成的天花板或墻壁，以及彩織光導(dǎo)纖維字畫等，也可用于道路、公共設(shè)施的路燈，廣場(chǎng)的照明和商店櫥窗的廣告。此外，它還可用于易燃、易爆、潮濕和腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境中不宜架設(shè)輸電線及電氣照明的地方作為安全光源。光纖通訊的另一特點(diǎn)是其保密性好、不受干擾且無(wú)法竊聽，這一優(yōu)點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。在國(guó)防軍事上，可以用光導(dǎo)纖維來(lái)制成纖維光學(xué)潛望鏡，裝備在潛艇、坦克和飛機(jī)上，用于偵察復(fù)雜地形或深層屏蔽的敵情。工業(yè)上，光導(dǎo)纖維可傳輸激光進(jìn)行機(jī)械加工;可制成各種傳感器用于測(cè)量壓力、溫度、流量、位移、光澤、顏色、產(chǎn)品缺陷等;也可用于工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、機(jī)器內(nèi)及機(jī)器間的信號(hào)傳送、光電開關(guān)、光敏組件等。此外，光纜可不受雷電的侵?jǐn)_而正常工作，從而保護(hù)與之聯(lián)結(jié)的家電和精密儀器免遭雷擊損壞。如美國(guó)杜邦公司的光纖有80%用于汽車工業(yè)，可用于前燈、尾燈、開關(guān)和儀表盤的照明以及制動(dòng)器的監(jiān)控等。在自控領(lǐng)域，塑料光纖組成的控制線路可防止噪聲的產(chǎn)生及因外部噪聲引起的誤動(dòng)作，在解決設(shè)備的抗電磁干擾方面效果顯著。此外，光纖技術(shù)還可用于閱讀穿孔卡片、光開關(guān)、飛點(diǎn)析像器、圖像的縮小和放大、火焰及高溫監(jiān)控、道路標(biāo)志裝飾照明等[6]。 4光導(dǎo)纖維的發(fā)展前景 對(duì)于光纖的這些使用顯然不能滿足人們的需求，所以許多科學(xué)家一直在研究光導(dǎo)纖維的其他應(yīng)用，當(dāng)然也發(fā)明出了不少有用的東西，比如“液體光纖溫度計(jì)”由于采用了鈕酸鏗熱釋電紅外探測(cè)器組合件 (帶阻抗變換)作探測(cè)器，其探側(cè)率和響應(yīng)率均較高，居里點(diǎn)溫度高達(dá)610℃，故能在寬范圍、高靈敏地工作。采用薄片狀表面鉑熱電阻作為環(huán)境溫度檢側(cè)元件，它的精確度和再現(xiàn)性都較好，其檢側(cè)信號(hào)通過電路實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)補(bǔ)償環(huán)境沮度后，沮度計(jì)能直觀、穩(wěn)定地顯示被側(cè)目標(biāo)的溫度。用8~14料m的工作波段后，避開了太陽(yáng)光反射、大氣中的水蒸汽和二氧化碳等氣體的吸收影響區(qū)域，有利于沮度計(jì)作室外側(cè)量[7]。又如“太陽(yáng)能光纖燈”這是一種不需要進(jìn)行光——電轉(zhuǎn)換及電——光轉(zhuǎn)換的，直接進(jìn)行光——光轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)換效率高，不污染環(huán)境的綠色太陽(yáng)能燈[8].還有一種“可見光隱形外套”一種前后兩側(cè)可見光隱形外套，它是利用光導(dǎo)纖維的導(dǎo)光特性，將穿套者一側(cè)的景象傳導(dǎo)到對(duì)側(cè)，造成一種前后透明效果。它是將光導(dǎo)纖維作外套織物的經(jīng)線，與緯線交織成型;光導(dǎo)纖維前后對(duì)稱連通，左右對(duì)稱排布;每根光導(dǎo)纖維的兩端頭配制凸透鏡，分別正對(duì)前方和后方[9]。還有一種可以測(cè)量電場(chǎng)的光纖應(yīng)用，采用光導(dǎo)纖維傳輸技術(shù)作高壓測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)和地之間是電絕緣的，而且，光導(dǎo)纖維不受電磁干擾的影響[10]。近年光導(dǎo)纖維傳感器也是新型的產(chǎn)業(yè)，比如光導(dǎo)纖維溫度傳感器[11]、光導(dǎo)纖維壓力傳感器[12]最近，日本富士基美拉綜合研究所針對(duì)目前世界經(jīng)濟(jì)不景氣和新興國(guó)家特別是中國(guó)、印度等光通信需求的急劇增長(zhǎng)，對(duì)2013年的世界光纖市場(chǎng)作了預(yù)測(cè)。調(diào)查結(jié)果表明，電纜芯線及城市網(wǎng)絡(luò)光傳輸裝置的市場(chǎng)，2009年比2008年增長(zhǎng)了8.0%，達(dá)到了1.07104億日元，而石英光纖市場(chǎng)增長(zhǎng)了44.4%，擴(kuò)大至1.422 1104億日元，而2008年石英光纖的市場(chǎng)比2007年增長(zhǎng)24.3%，即9 839億日元。其中10 GB/s的無(wú)線電收發(fā)兩用機(jī)元件的市場(chǎng)規(guī)模，2009年比2008年增長(zhǎng)了66.2%，預(yù)測(cè)為1 617億日元。FTTx的需求除在北美是順利外，在亞洲隨著中國(guó)3G手機(jī)基地局的投資需求和FTTx化的推進(jìn)，光纖的需求預(yù)期會(huì)好轉(zhuǎn)，在印度預(yù)測(cè)的結(jié)果也同樣。隨著中國(guó)3G手機(jī)電話局大型投資計(jì)劃的推進(jìn)，中國(guó)傳輸裝置廠家的業(yè)績(jī)也會(huì)增長(zhǎng)，并將成為牽動(dòng)光纖市場(chǎng)急速增長(zhǎng)的主要因素。 5結(jié)論 光導(dǎo)纖維的特性決定了其廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。由光導(dǎo)纖維制成的各種光導(dǎo)線、光導(dǎo)桿和光導(dǎo)纖維面板等，廣泛地應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、交通、通訊、醫(yī)學(xué)和宇航等領(lǐng)域。特別是便宜和易于使用的塑料光纖已受到人們的青睞。用塑料光纖制的光纜比普通電纜更為快捷地傳送信息，并幾乎可提供無(wú)限容量來(lái)滿足信息時(shí)代的需要，POF(塑料光纖)必將成為光纖人戶和到桌面工程理想的首選材料，在信息高速公路工程中產(chǎn)生舉足輕重的作用，具用廣闊的應(yīng)用前景和巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。 參考文獻(xiàn)： [1] 高橋聰．高性能聚合物光纖[J]．工業(yè)材料，2008，56(4)：24 -27． [2] 馮書安，龐永振．光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用[J]．機(jī)械工程師，1988，4． [3] 楊麗君，余雷，伍艷澤等．基于光導(dǎo)纖維的傳輸原理[c]．甘肅科技，2004，20(4)：53-54． [4] 阿龍．光通信走過的路 http://media. ccidnet. com/media/ciw/958/b1501.htm,2000.09. [5]　顧錫榮．醫(yī)用激光的幾個(gè)方面應(yīng)用概況及發(fā)展[J]．光學(xué)儀器，1995，17：4-5． [6] 顧超英．世界光導(dǎo)纖維的開發(fā)應(yīng)用與發(fā)展前景分析[J]．中國(guó)國(guó)際化工網(wǎng)，化工文摘，2008，(1)：24-28． [7] 張厚民．光導(dǎo)纖維溫度計(jì)[J]，自動(dòng)化儀表,1986.04.01 [8] 楊志剛,任浩,然文雅等．一種太陽(yáng)能光纖燈，中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，CN201731427U[p], 2011.02.02[2012.5.28]. [9] 屈百達(dá)，可見光隱形外衣，中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，CNIO2119788A[p], 2011.07.13[2012.05.28]. [10] 《IEEE Trans on Electrical Insulation》，Vol.EI-14，N0..5，1979，PP.250-255.. [11] harmerA.L. Measurement and Control，1982，VOI.15，No.4.P143. [12] Meltz G. etc Appl optics,1983 vol,22,No,3,p,464 致謝 ：本論文是在張新偉老師精心指導(dǎo)下完成的。張老師淵博而扎實(shí)的理論知識(shí)，對(duì)新知識(shí)的渴求以及待人處事的熱情影響著我，使我受益終生。張老師在論文寫作上給我耐心的指導(dǎo)和啟發(fā)性的建議，值此論文完成之際，我謹(jǐn)向張老師表示最衷心的感謝！感謝信陽(yáng)師范學(xué)院為我提供了良好的學(xué)習(xí)、和生活環(huán)境。同時(shí)感謝同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)和生活上對(duì)我的關(guān)心和幫助。 學(xué)年論文成績(jī)?cè)u(píng)定表 評(píng) 語(yǔ) 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師（簽字）： 201 年 月 日 學(xué)院意見： 學(xué)院院長(zhǎng)（簽名）： 201 年 月 日 信陽(yáng)師范學(xué)院本科學(xué)年論文寫作日志 學(xué)院：物理電子工程學(xué)院 專業(yè)：應(yīng)用物理學(xué) 年級(jí): 10 級(jí) 論文題目 光導(dǎo)纖維的應(yīng)用及其未來(lái)發(fā)展 學(xué)生姓名 石鵬凱 學(xué) 號(hào) 20105043025 指導(dǎo)教師 張新偉 職 稱 講師 階段 時(shí)間 地點(diǎn) 論文寫作及教師指導(dǎo)情況記錄 1 2012-5-12 L-908 老師介紹了論文的寫作方法、格式，以及如何查閱資料，之后提出幾點(diǎn)要求，并對(duì)我們給予很高的期望。 2 2012-5-15 圖書館 按照老師指導(dǎo)和要求,在圖書室搜索、記錄文字資料,再對(duì)搜集的資料整理、歸類后列出提綱。在列提綱的同時(shí)構(gòu)思論文骨架。 3 2012-5-19 電子閱覽室 在電子閱覽室搜集資料并整理后寫出提綱打印出來(lái)老師給指導(dǎo)改正。 4 2012-5-22 L-908 列出完整詳細(xì)的提綱之后,老師對(duì)進(jìn)行論文初稿的擬定提出要求，指出了論文寫作要嚴(yán)謹(jǐn)，要以求實(shí)的態(tài)度來(lái)寫論文。 5 2012-5-25 電子閱覽室 將老師指導(dǎo)過的論文在進(jìn)行仔細(xì)的修改，將電子稿發(fā)給老師進(jìn)一步改正指導(dǎo)，一點(diǎn)一點(diǎn)的指出文中錯(cuò)誤和不足，對(duì)論文進(jìn)一步的完善打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 6 2012-5-30 L-908 最終老師幫我們定稿，將近一個(gè)月的學(xué)年論文終于完成啦，交個(gè)老師之后，老師給與了很高的評(píng)價(jià)，希望我們?cè)俳釉賲?，再?chuàng)佳績(jī)！ 7 8 學(xué)生（簽名） 　 指導(dǎo)老師（簽名）