光纤知识全面大梳理，从发展史到应用-电子技术方案|电路图讲解

光纤是一种纤细的、柔软的固态玻璃物质，它由纤芯、包层、涂覆层三部分组成，可作为光传导工具。

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光纤的纤芯主要采用高纯度的二氧化硅(SiO2)，并掺有少量的掺杂剂，提高纤芯的光折射率n1；包层也是高纯度的二氧化(SiO2)，也掺有一些的掺杂剂，以降低包层的光折射率n2， n1＞n2，发生全反射；涂覆层采用丙烯酸酯、硅橡胶、尼龙，增加机械强度和可弯曲性。

 

光纤传输原理

全反射原理：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。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。

 

按照几何光学全反射原理，射线在纤芯和包层的交界面产生全反射，并形成把光闭锁在光纤芯内部向前传播的必要条件，即使经过弯曲的路由光线也不射出光纤之外。

 

 

光纤技术的起源与发展

1966年，美籍华人高锟和霍克哈姆发表论文，光纤的概念由此产生。1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB/km的光纤，光纤通信时代由此开始。

 

 

1977年美国在芝加哥首次用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。当时8.5微米波段的多模光波为第一代光纤通信系统。随即在1981年、1984年以及19世纪80年代中后期，光纤通信系统迅速发展到第四代。第五代光纤通信系统达到了应用的标准，实现了光波的长距离传输。

 

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石英晶体的外壳上标有器件的额定工作频率，但那只是一个近似值，实际上晶体有多个谐振频率，即使在理想情况下也是如此。

 

图1显示了理想晶体的等效电路，其中只有三个电路元件，串联的电容C1和电感L1、与该L1 C1串联对并联的另一个电容C2。

 

图1：理想石英晶体的等效电路

 

在特定的串联谐振频率，输入阻抗Z为零，L1和C1处于串联谐振。电容C2与此无关。

 

然而，在特定的并联谐振频率，输入阻抗Z达到无穷大。这是C2与L1 C1的串联组合发生并联谐振的频率，呈现电感性阻抗。要使L1 C1对在并联谐振时呈现感性，并联谐振必须发生在比串联谐振更高的频率。

 

因此，并联谐振频率只能比串联谐振频率高，即使只高一点点。并联谐振频率绝不会低于串联谐振频率。至于哪个谐振对你更重要，则取决于应用。

 

借助不复杂的数学运算，阻抗Z可以表示如下：

 

图2：阻抗公式

 

串联谐振频率：Fseries = 1/（2 * pi * sqrt（L1 C1））

并联谐振频率：Fparallel = 1/（2 * pi * sqrt（L1 C1 C2 /（C1 + C2）））

 

图3：串联和并联谐振的相对位置

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