高中化学必修二的知识点归纳(2)
高中化学光导纤维学习方法
光导纤维
直到1960年，美国科学家Maiman发明了世界上第一台激光器后，为光通讯提供了良好的光源。随后二十多年，人们对光传输介质进行了攻关，终于制成了低损耗光纤，从而奠定了光通讯的基石。从此，光通讯进入了飞速发展的阶段。
前香港中文大学校长高锟于1965年在一篇论文中提出以石英基玻璃纤维作长程信息传递，将带来一场通讯业的革命，并提出当玻璃纤维损耗率下降到20分贝/公里时，光导纤维通讯(即现在所谓的光纤通讯)就会成功。引发了光导纤维的研发热潮，1970年康宁公司最先发明并制造出世界第一根可用于光通信的光纤，使光纤通信得以广泛应用。被视为光纤通信的里程碑之一，高锟也因此被国际公认为“光纤之父”，高锟也因此获得2009年诺贝尔物理学奖。
概述
光通讯是人类最早应用的通讯方式之一。
从烽火传递信号，到信号灯﹑旗语等通讯方式，都是光通讯的范畴。但由于受到视距﹑大气衰减﹑地形阻挡等诸多因素的限制，光通讯的发展缓慢。1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。
人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了(图4-11)。人们曾经发现，光能沿着从酒桶中喷出的细酒流传输;人们还发现，光能顺着弯曲的玻璃棒前进。这是为什么呢?难道光线不再直进了吗?这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是全反射的作用，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。表面上看，光好像在水流中弯曲前进。
实际上，在弯曲的水流里，光仍沿直线传播，只不过在内表面上发生了多次全反射，光线经过多次全反射向前传播。光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1~100μm左右。它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在内芯和外套的界面上经多次全反射，从另一端射出。光导纤维为混合物，属于非晶体。
光纤传输
通信用的激光一般在特殊的管道-------光导纤维里传播。目前，光导纤维的主要成分是二氧化硅。
光纤传输有许多突出的优点：
频带宽频带的宽窄代表传输容量的大小。光导纤维载波的频率越高，可以传输信号的频带宽度就越大。在VHF频段，载波频率为48.5MHz～300Mhz。带宽约250MHz，只能传输27套电视和几十套调频广播。
可见光的频率达100000GHz，比VHF频段高出一百多万倍。尽管由于光纤对不同频率的光有不同的损耗，使频带宽度受到影响，但在最低损耗区的频带宽度也可达30000GHz。目前单个光源的带宽只占了其中很小的一部分(多模光纤的频带约几百兆赫，好的单模光纤可达10GHz以上)，采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围内安排2000个光载波，进行波分复用，可以容纳上百万个频道。损耗低光导纤维的烧制在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时，每公里的损耗都在40dB以上。
相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输1.31um的光，每公里损耗在0.35dB以下若传输1.55um的光，每公里损耗更小，可达0.2dB以下。这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远得多。
此外，光纤传输损耗还有两个特点，一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗，不需要像电缆干线那样必须引人均衡器进行均衡;二是其损耗几乎不随温度而变，不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。
重量轻因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般为4um～10um，外径也只有125um，加上防水层、加强筋、护套等，用4～48根光纤组成的光缆直径还不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm要小得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便。
抗干扰能力强因为光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。也正因为如此，在光纤中传输的信号不易被窃听，因而利于保密。
保真度高因为光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引来新的非线性失真。只要激光器的线性好，就可高保真地传输电视信号。实际测试表明，好的调幅光纤系统的载波组合三次差拍比C/CTB在70dB以上，交调指标cM也在60dB以上，远高于一般电缆干线系统的非线性失真指标。
工作性能可靠我们知道，一个系统的可靠性与组成该系统的设备数量有关。设备越多，发生故障的机会越大。因为光纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器)，可靠性自然也就高，加上光纤设备的寿命都很长，无故障工作时间达50万～75万小时，其中寿命最短的是光发射机中的激光器，最低寿命也在10万小时以上。故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的。
成本不断下降目前，有人提出了新摩尔定律，也叫做光学定律(Optical Law)。该定律指出，光纤传输信息的带宽，每6个月增加1倍，而价格降低1倍。光通信技术的发展，为Internet宽带技术的发展奠定了非常好的基础。这就为大型有线电视系统采用光纤传输方式扫清了最后一个障碍。
由于制作光纤的材料(石英)来源十分丰富，随着技术的进步，成本还会进一步降低;而电缆所需的铜原料有限，价格会越来越高。显然，今后光纤传输将占绝对优势，成为建立全省、以至全国有线电视网的最主要传输手段。
噪声小光导纤维传播信息时发出的噪声很小。在传输信息容量非常大时，光导纤维也不会发出大的噪音。
高中化学光导纤维学习方法(二)
激光和激光器
激光是光通讯的最理想光源。现在，可以生产多种激光器，可产生多种功率和波长的激光。由于激光是以受激辐射的光放大为基础的发光现象，同以自发辐射为基础的普通光源相比，具有许多鲜明的特点。
单色性好
我们知道，不同颜色的光具有不同的波长。所谓单色光，实际是波长范围很小的一段辐射。谱线宽度越窄(即波长范围越小)，光的单色性就越好。需要说明的是，这里的谱线宽度是未调制前激光所包含的波长范围，它与激光调制后的频带宽度是两个不同的概念。调制前的谱线宽度越窄，调制后可以有效利用的频带宽度就越宽。
因为激光是在特定能级之间实现粒子数反转后产生的受激辐射，又经过谐振腔的选频作用，使其输出光的谱线宽度很小，即具有很好的单色性。利用激光的单色性好，谱线分辨率高，可用来研究物质的能级和光谱的精细结构，制成一年内误差不超过一微秒的标准钟。
方向性好我们通常用光的发散角来描述其方向性，发散角越小，方向性越好。普通光源中最好的探照灯，其发散角为0.1rad(弧度)。如果把它照射到离地球40万公里的月球上(这实际是不可能的)，其光斑直径有几万公里。
在激光器中，由于受激原子发光的方向与外来光相同，再加上谐振腔只允许沿轴线传播的光得到放大，使输出激光的方向性很好，发散角可达10 rad，把它照射到月球上，光斑直径不到2km。利用激光的方向性好，可用于测距、定位、导航等。
亮度高由于激光器可以做到断续发光，使其能量积累到一定程度再突发出来，因而具有很高的功率，最大可达10 W，再加上激光的方向性好，使其亮度极高，比太阳的亮度还高出上千亿倍，只有氢弹爆炸瞬间的强烈闪光才能与之相比。利用激光的高亮度，可以在局部范围产生10万度以上的高温，进行打孔、焊接、手术以及可控热核反应等等。
相干性好
所谓相干性是指两束光能够发生干涉，形成稳定的明暗相间干涉图像的特性。由于受激辐射原子发出的光在频率、位相、振动方向等方面都同外来光子一样，使激光具有很好的相干性比较接近于理想的、完全相干的电磁波。
一般单色光源发出光的相干长度不超过O.1m，但激光的相干长度可达几十公里。这里的相干长度是指把一束光分成两束，让它们经过不同的路程，能够产生干涉的最大光程差。利用激光的相干性好，可以进行全息摄影，进行精密测量。现代光纤网干线长度一般较长(几十公里以上)，且传输频道较多，从系统质量、可靠性，以及经济上各方面考虑，都应该选择调幅光纤系统。
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