文档介绍：纤维光学与光纤应用技术
主讲: 李武森
2009年9月
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基本概念
纤维光学/光纤光学:
研究光学纤维传递光、信息和图像的科学称为纤维光学。
主要研究方向:光通讯、光数据处理、光纤传感等。
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基本概念
光学纤维束:光纤组合而成。
按用途分为两类:一类是只用来传输光能的,称为非相关传光束;另一类是要用来传输图像的,称为相关传光束。
纤维面板:属于相关传光束。
典型设备:内窥镜,可用于工业和医疗。
通讯光缆:由光学纤维组合,用于通信。也是一种专用的纤维束。光缆代替传统的电缆,是纤维光学在实际应用上的重大发展。
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1881年,美国马萨诸塞州Concord市,。
他计划用地下室里明亮眩目的电弧光照亮远处的房间。并设计了一套反射光路和传播装置在建筑内输送光线,传播到其他房间。
沃勒的本意大概是想证明,托马斯·爱迪生新发明的白炽灯并不实用。但后来的事实证明爱迪生的白炽灯即使在今天也非常实用。
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光纤的发明
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沃勒当时已经帮助建立了一个日本工程师学校。后来又成功组建了一个制造街灯的公司,并成为著名的水利工程师。
沃勒的光传送十分微弱,无法实现设计目标。然而这种光传送的想法反复不断地出现,最终应用到了光纤中。
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沃勒时代以前人们对于光纤的基本认识已十分普及。
全内反射:如果玻璃中的光束以一个特殊的角度入射到内表面,光束不能穿过介质而是被反射回玻璃内部,这样光的传播就被限制在玻璃或其它密度比空气大的透明介质中。
1841年,瑞士物理学家丹尼尔·科拉登第一次在他的大众科学讲座中提到这一现象,称为“科拉登喷射光流”。
光纤的发明
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光纤的发明
科拉登的思路:将一束光照射到伸出水箱的水平导管中,当打开水阀时水箱内的液体在重力的牵引作用下流出形成一个弯曲的弧形,由于全内反射的作用,光束被限制在水流中,先是在上部喷射水流里不断反射,然后在稍低的地方也发生反射,直到液体的混乱无序引起光束的泄漏。
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应用:
1853年在芭蕾舞和歌德的歌剧“浮士德”表演期间,巴黎歌剧院使用科拉登喷射的光流获得了特殊的艺术效果。
19世纪80年代的维多利亚女王时代展览采用了这一精彩的装饰,建造了一个照明喷泉吸引了很多前去参观的人。
但是弯曲的喷射水流很少有别的价值,而且随着水流变粗光束不可避免地要泄漏出去。
光纤的发明
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干净的玻璃棒能导光,在20世纪早期,它们被用来照明显微镜玻璃片。
发明者申请了一系列的专利:比如,用弯曲的玻璃棒引导光照明人的口腔内侧,以便于牙科医生进行治疗。在此之前则是在病人的嘴里放一个气体灯。
玻璃导光并没有被广泛利用,它的特性没有充分展现出来。
光纤的发明
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光纤的出现:玻璃光导越来越细,就成为光纤。它能够以同样的方式传播光。同时还可以弯曲。
光纤传像束专利:将光纤集合成束,用于传输图像的专利是美国电子工程师Clarence W. Hansell在20世纪20年代末申请的。
Heinrich Lamm的传像束:德国医科学生Heinrich Lamm在1930年首先制作了图像传输光纤束,但是得到的图像模糊不清。
光纤的发明
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