1.損耗低:例如,如若使光線穿過數厘米厚的窗玻璃,就將損耗掉一半的能量;如若使光線通過諸如天體望遠鏡之類的光學透鏡,則穿過數米后,其能量減少一半;然而,當光波在光纖中傳輸時,假設光波長為1.55nm,那未經傳輸15km以后,輸入的光能量才減少一半?梢姽饫w的損耗是很低的。
2.頻帶寬:金屬電纜中,除了有直流電阻損耗外,還有稱之為趨膚效應的高頻損耗,以及介質的漏電引起的介質損耗,致使金屬電纜工作頻帶不能很寬。以同軸電纜為例,當傳輸的信號頻率在10MHz左右時,每傳輸1km,大約就要損失信號功率的一半(能量減半)?梢,金屬電纜的頻率特性較差,頻帶較窄。對于光纖來說,光纖的帶寬與光纖的折射率分布、纖芯直徑大小和光纖材料的不同種類而有較大的差異。例如,石英系單模光纖(SM型光纖),其帶寬可達數十GHz.km以上,可見頻帶是非常寬的。
3.線徑細:光纖只有發(fā)絲那樣的粗細,即便光纖成纜以后光纜也可以做得很細。無論在任何使用場合,與金屬電纜相比光纜的占空可以得到大幅度的改善。
4.重量輕:光纖的主要材料為石英玻璃,其比重只為銅的1/4,成纜之后也很輕,便于敷設施工。
此外,由于光纖損耗低,頻帶寬,故使用光纜傳輸可以減少中繼器的數量,甚至可以完全不經過中繼器即可將大量信息長距離地傳輸到對方,從而可使傳輸成本顯著降低。隨著 ISDN業(yè)務的逐漸普及,今后圖像、高速傳真、高速數據等這些高速、寬帶傳輸業(yè)務的需求勢必不斷增加,光纖正是可以滿足這些要求的最為有效的傳輸手段。
另外,因為光纜比較細,重量比較輕,所以在光纜的運輸和敷設等作業(yè)中,工作效率和經濟效益均較高。同時,由于容易實現長距離敷設,故鏈路中的每段光纜都比較長,從而減少了接續(xù)點的個數,進一步提高了系統(tǒng)的可靠性。
由上可見,光纜必將代替以往使用的金屬電纜,并且目前就已廣泛地應用于各種傳輸線路中。
二、光纜是否可以完全代替金屬電纜?
傳輸線路大體上可分為:連接市內電話局之間,或市內電話局 與長途局之間的市內局間中繼線路,市外長途通信線路,以及連接電話局和用戶間的用戶線路。其中,中繼線路、長途線路是局間接續(xù),它使用一條高速、大容量的傳輸線路,可以承載許多業(yè)務,有很高的經濟效益。特別是對于連接大城市之間的長途干線,其應用性就更強。因此,早期的光纖通信就是在局間中繼線路和長途線路方面積極引入了光纖傳輸方式。可以預測這種傾向今后一定更加突出,以至不久的將來,中繼線路、長途線路將全部被光纜所代替。
在用戶線系統(tǒng)方面,目前就大多數用戶來說,只需要一條電話線,而對于大的工廠、公司、銀行等單位來說,除了需要提供容量較大的電話線路以外還要求傳輸高速、寬帶的通信業(yè)務,例如高速數據和活動圖像等業(yè)務,因此,對于目前的用戶系統(tǒng),光纖光纜的使用僅限于在大的工廠、機關單位、公司、銀行等內部以及它們與電話局間的連接。但是,今后隨 ISDN業(yè)務的發(fā)展,光纖光纜正積極地向用戶系統(tǒng)更廣泛的方面擴展,必將進入家庭用戶之中?梢灶A測,用戶線路也將會逐步被光纖光纜所代替。
三、光的本質是什么?
那么從物理學角度來說,光是一種電磁波。在電視,廣播和無線通信中所使用的點波,以及用于X光攝影中的x射線,用于放射線治療的Y射線,這些也都是一種電磁波。因此,可以說光就是這些電磁波的同類。
電磁波譜中的各種頻率(或波長)的波,其中光波波長范圍是從數納米(1nm:10—9m)到數百微米(1pm=10-6m)。通常所說的電波是指遠比光波波長長的電磁波,而X射線和Y射線是指比光波波長更短的電磁波。
四、光的三大性質:
1. 直線傳播性:在同一種介質中,光總是沿著直線前進。
2. 反射性:在不同介質的交界面上,一部分入射光要產生反射。
3. 折射性:在不同介質的交界面上,沒有產生反射的入射光繼續(xù)前進而產生折射,行進方向發(fā)生了改變。
五、什么是介質的折射率
根據光的折射性質可知,當光在空氣和水,空氣和玻璃等不同物質中傳播時,在其交界面上,光將發(fā)生折射而改變先進方向。那么方向改變多少,有多大的折射比例,這要根據形成的介質組合的不同而不同。如何介質確定了,則折射比例也就決定了,表示這個折射比例的尺度稱為折射率。通常是以光線從空氣入射某種介質時的折射比例來定義該介質的折射率。
折射現象是因光在不同介質跌傳播速度不同而產生的。在空氣中,光的速度為 3×10m/s。而在介質中光傳播速度降低。例如在水中,光速大約是空氣中光速的3/4,在玻璃中大約是2/3,在寶石中大約是2/5。因此,介質的折射率n表示光在空氣中(嚴格說應在真空中)的傳播速度與光在某一介質中的傳播速度之比,即n=空氣中的光速/某一介質中的光速。
六、什么是光的全反射現象
當光從折射率的介質向折射率低的介質行進時,折射光的前進方向將向靠近界面?zhèn)绕D。因此,若增大入射角θi,使入射角增大到某一值時,折射光將與界面相平行,此時的入射角稱之為臨界角。當入射角大于臨界角時,折射光消失,入射光在界面處全部被反射,這種現象叫作全反射。關于光的全反射,是光從高折射率介質向低折射率介質入射時才發(fā)生的一種現象。光從折射率低的介質向折射率高的介質入射時,絕對不會產生全反射的。
七、光在光纖中是怎樣傳播的
光纖的結構為介質圓柱體,由纖芯和包層兩部分組成。纖芯區(qū)域完成光信號的傳輸;包層是為了將光封閉在纖芯內并保護纖芯,增加光纖的機械強度。目前,通信光纖的纖芯與包層主體材料都是石英,但兩區(qū)域中摻雜情況不同,因此折射率也不同。
纖芯的折射率一般是1.463~1.467(根據光纖的種類而異),包層的折射率是從1.45~1.46左右。也就是說纖芯的折射率比包層的折射率稍微大一些。所以當纖芯內的光線入射到包層界面時,只要其入射角度大于臨界角(能否產生全反射的臨界角度),就會在纖芯內發(fā)生全反射,沒有光漏射到包層中,光將在纖芯內不斷傳播下去。
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