光纤技术在物联网中的应用

光纤技术

光纤技术在物联网中的应用Applc to fOptcFi rTe hno o y t‘ heI e n to i s’ ia in o i be c l g o‘ nt r e fTh ng’ t陈炳炎江苏南方通信科技有限公司

【要】本文提出一种以光纤在线 ( n ie摘 i l n )传感、光纤传输以及与以光纤为高速信道的互联网的结合、而形成的“纤合一”的物感网络技术，构成“纤物感网”即“纤 (线 )联网”。它与无线物联网组合在一起，三光 光有物 实现人类社会物理系统与互联网虚拟世界的完整整合，构造一个覆盖世界上万事万物的“ n en t o h n s。 I t r e f T ig”

一

、

光纤技术的历史回顾

纤维可以成为实用的光通信传输媒质。这一设想提出之后，有的原创性工作在全世界掀起了一场光纤通信的革命。 在高锟原创性理论的推动下，4年后，美国康宁公司的工损耗石英光纤 (耗为 2 d/ m波长为 0 6￣ )。他采用的方 损 0B K, .3m

瑞典皇家科学院 2 0年 1月6 0 9 0日宣布，将 2 0年诺贝尔物理人称之为匪夷所思，也有人对此大加褒扬。但在争论中，高锟 09学奖授予包括英国华裔科学家高锟在内的3科学家。位 高锟先生， 1 3年生于中国上海， 1 5年和 16年分别取 93 97 95校长。世称“纤之父”。光

得英国伦敦大学电机工程学士和博士学位，曾任香港中文大学程天才 R b r D M u e于 1 7年设计和制成世界上第一根低 oe t . ar r 90信息传输自古至今都是人们生活不可或缺的一部分，从法，是在一根芯棒上气相沉积石英玻璃，随后抽去芯棒，将玻

古代社会的烽火台到邮驿，再到 1世纪人们发明了电报、电话璃管烧缩成光棒后拉成光纤。气相沉积时通过改变玻璃组分， 9 等通过电子媒介进行信息传输；随着人们对信息需求的不断提形成高折射率的纤芯和低折射率的包层的光纤波导结构，此光高，人们越来越迫切需要寻找到一种高速、便捷、传输距离长同时还要兼具制造成本低廉的信息传输媒介。 1 3年在美国纽约和费城之间敷设了 95

第一根用于长途通信的同轴电缆。在上世纪 5￣ 6年代期间，为了进一步 0 0探索未来大容量通信的传输线路，业界曾致力于毫米波 H 1型模的金属 O园波导管及超导同轴电缆的探索与开发，但均未获得突破。 1 6年，在英国 I T准电信实验室 (为 IT欧洲的核奖的共同得主。 96 T标此 T在心研究机构 )工作期间，锟发表了一篇题为《频率介质纤维高光

纤波导结构被一直沿用至今。 1 4美国贝尔实验室的 J h 7年 9 0 nM c h s e开发出M V (良的化学气 a C en y CD改

相沉积 )工艺，成为世界上第一个商用制棒技术，迅速被世界各国采用，及时地推动了光纤通信的实用化。鉴于高锟、R b r D M u e和 J h oet .arr on

M c h s e在光纤技术的奠基性工作和 aC e n y巨大成就， l 9年他们三人成为工程界 99最高奖项的N E h r e S a k r p r A C a l s t r D a e

光纤制造技术在上世纪七十年代得到长足的发展，继美国

表面波导》的论文，开创性地提出光导纤维在通信上应用的基贝尔实验室的M V制棒技术后，美国康宁公司的O D (外气相 CD V管本原理，描述了长途及高信息量光通信所需介质纤维的结构和沉积 )、日本 N T司的V D (向气相沉积 )以及荷兰菲利浦 T公 A轴

材料特性。当时，主流学者的共识是；玻璃中光损耗太高，光公司的P V ( C D等离子化学气相沉积 )制棒技术相继开发成功。 纤虽然可用在短短的胃镜导管上，但用于长距离通信根本不可光纤损耗在 1 7年已降低到 O 2 B K (长为 1 5 n时 )这已 99 . d/m波 50m,能。高锟先生却不信其邪。他对通信系统详细分析后指出；当接近由瑞利散射损耗所决定的极限值了。

光损耗下降￣ 2 d/ m J lOB K时，玻璃纤维就有实用价值。他通过对光

随着光纤制造技术发展，光纤波导传输理论在上世纪七十

在玻璃纤维中吸收、散射和弯曲损耗机理的深入分析后得出结年代也得到长足的发展，从而为光纤技术的发展和实用化奠论：只要解决好玻璃纯度

和成分等问题，用熔石英制作的光学定了理论基础。光纤波导理论源起于上世纪 2年代初 D b e 0 e y网络电信二零一零年六月 3 9

光纤技术

光

通

信

(9 0 1 1 )的介质波导理论，但由于光在光纤中的损耗机理、光用技术的迅速发展，使光纤通信的通信距离和通信容量的拓展纤波导的弱导性、微小的光纤截面尺寸以及其它传输特性均与发挥到极致。G 6 3纤迅速被G 6 5 . 5光纤赶出历史舞 .5光 . 5,G 6 6微波介质波导不相同，故光纤波导理论是一门独立的理论。一台。目前，一波长的传输容量已从 2 5 b t s 1G i/发展到单 .G i/, 0 b t s大批学者为此作出了原创性的贡献，有关文献浩如烟海。这 4 G i/ .并已开始 1 0 G i/的研究。D D的波长间隔已从 0bt 8, 6 bt s WM里仅撷数例，以窥一斑：如 S y e A W ( 9 9 n d r . . 1 6 )和 G o e D lg, .

1 6 m 0 8 m小到0 4 m(0 H ) .n,. n减 . n 5 G z。全波光纤的技术突破，使“堑变通途”,天使单模光纤的有效使用波段扩展为从1 8 r - 2 0 m i12 n的石英光纤低损耗区的全部波段。可以想见，一根光纤 65m在

(9 1 17 )基于光纤波导的弱导性， ( ln )< n (l 2即 n— 2< ln和n分别 18 n波长的水峰损耗消失，遂令第五波段 ( 3 0 m 13 n ) 35m 1 6 n一 5 0 m

为光纤纤芯和包层的折射率)将经典的模式 (,两重和四重 )简并为线性偏振 (P模，而大大简化了光纤波导的理论分析： L)从各种损耗机理的理论研究为低损耗光纤制造提供了理论依据：

K c, . . O a s y R和 P t r a n K等学者对光在光纤中上同时传送千万路电话已不再是人类的梦想的了。 e k D B, 1h n k, . e em n, . s

光纤传感技术是与光纤通信技术相伴而生的光纤技术发

J u h m e L, a c s, . G m l n W A等学者对光纤波导展的又一方向。它己由零星研究走向集中开发、由军用催生民 e n o m, . M r u eD和 a b g . . i的色散性能的研究则为G 6 5 G 6 6色散位移光纤的开发奠

用、由单点监测技术发展到分布式网络监测技术，其应用领域 . 5, . 5等定了理论基础

之广、其市场潜力之大、其发展势头之猛已令万众瞩目。与传

在华盛顿和波士顿之间的世界上第一条商用光纤通信系统统的传感技术相比，光纤传感器的优势是本身的物性特性而不于1 8年建成。短短几十年间，光纤网络已遍布全球，至今已是功能特性。光波在光纤中传播时，在外界因素，如温度、压 91在全球敷设了数亿公里的光纤，成为互联网、全球信息通信的力、位移、电场、磁场、转动等的作用下，通过光的反射、折基础。光纤的发明不但解决了信息长距离传输的问题，而且极射和吸收效应，光学多普勒效应、声光、电光、磁光、弹光效

大地提高了效率并降低了成本。今天，二氧化硅光纤已成为通信系统的基石，就如同硅 集成电路是计算机的基石一样。

应，S g a效应和光声效应等原理，使表 anc

征光波的特征参量：振幅、相位、偏振态、波长等，直接或间接地发生变化，因而可将光纤用作敏感元件来探测各种物理

今因光纤技术而催生的产业庞大得无法估计；从光纤光缆的制造，到光纤网络通信系统；从通信网、电视网到互联网；从打

量，此即光纤传感器的基本原理。此外，光纤还有各种衍生的传感功能，例如，光纤光栅周围化学物质浓度的变化通过倏逝

网络游戏到看高清电视，光纤已成为整个人类信息社会的基础。诺贝尔奖评委会是如此

场影响光栅的 …… 此处隐藏：3148字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……