通信工程外文翻译(2)

and interfaces. In (poly)crystalline materials such as metals and ceramics, in addition to pores, most of the internal surfaces or interfaces are in the form of grain boundaries that separate tiny regions of crystalline order. It has recently been shown that when the size of the scattering center (or grain boundary) is reduced below the size of the wavelength of the light being scattered, the scattering no longer occurs to any significant extent. This phenomenon has given rise to the production of transparent ceramic materials.Similarly, the scattering of light in optical quality glass fiber is caused by molecular level irregularities (compositional fluctuations) in the glass structure. Indeed, one emerging school of thought is that a glass is simply the limiting case of a polycrystalline solid. Within this framework, \degrees of short-range order become the building blocks of both metals and alloys, as well as glasses and ceramics. Distributed both between and within these domains are micro-structural defects that provide the most ideal locations for light scattering. This same phenomenon is seen as one of the limiting factors in the transparency of IR missile domes.[35]At high optical powers, scattering can also be caused by nonlinear optical processes in the fiber.[36][37] UV-Vis-IR absorption

In addition to light scattering, attenuation or signal loss can also occur due to selective absorption of specific wavelengths, in a manner similar to that responsible for the appearance of color. Primary material considerations include both electrons and molecules as follows:

1) At the electronic level, it depends on whether the electron orbitals are spaced (or \can absorb a quantum of light (or photon) of a specific wavelength or frequency in the ultraviolet (UV) or visible ranges. This is what gives rise to color.

2) At the atomic or molecular level, it depends on the frequencies of atomic or molecular vibrations or chemical bonds, how close-packed its atoms or molecules are, and whether or not the atoms or molecules exhibit long-range order. These factors will determine the capacity of the material transmitting longer wavelengths in the infrared (IR), far IR, radio and microwave ranges.

The design of any optically transparent device requires the selection of materials based upon knowledge of its properties and limitations. The Latticeabsorption characteristics observed at the lower frequency regions (mid IR to far-infrared wavelength range) define the long-wavelength transparency limit of the material. They are the result of the interactive coupling between the motions of thermally induced vibrations of the constituent atoms and molecules of the solid lattice and the incident light wave radiation. Hence, all materials are bounded by limiting regions of absorption caused by atomic and molecular vibrations (bond-stretching)in the far-infrared (>10 μm).

Thus, multi-phonon absorption occurs when two or more phonons simultaneously interact to produce electric dipole moments with which the incident radiation may couple. These dipoles can absorb energy from the incident radiation,

reaching a maximum coupling with the radiation when the frequency is equal to the fundamental vibrational mode of the molecular dipole (e.g. Si-O bond) in the far-infrared, or one of its harmonics.

The selective absorption of infrared (IR) light by a particular material occurs because the selected frequency of the light wave matches the frequency (or an integer multiple of the frequency) at which the particles of that material vibrate. Since different atoms and molecules have different natural frequencies of vibration, they will selectively absorb different frequencies (or portions of the spectrum) of infrared (IR) light.

Reflection and transmission of light waves occur because the frequencies of the light waves do not match the natural resonant frequencies of vibration of the objects. When IR light of these frequencies strikes an object, the energy is either reflected or transmitted. References

?

? ?

?

? ?

Gambling, W. A., \Rise and Rise of Optical Fibers\IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 6, pp. 1084–1093, Nov./Dec. 2000.

Hecht, Jeff, Understanding Fiber Optics, 4th ed., Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, USA 2002 (ISBN 0-13-027828-9).

Mirabito, Michael M.A; and Morgenstern, Barbara L., The New Communications Technologies: Applications, Policy, and Impact, 5th. Edition. Focal Press, 2004. (ISBN 0-24-080586-0).

Nagel S. R., MacChesney J. B., Walker K. L., \Chemical Vapor Deposition (MCVD) Process and Performance\IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-18, No. 4, p. 459, April 1982.

Ramaswami, R., Sivarajan, K. N., Optical Networks: A Practical Perspective, Morgan Kaufmann Publishers, San Francisco, 1998 (ISBN 1-55860-445-6). VDV Works LLC Lennie Lightwave's Guide To Fiber Optics, http://www.vdvworks.com/LennieLw/ ? 2002-6.

二、汉语译文

摘要：

光导纤维，简称光纤，是一种达致光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理传输的光传导工具。微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常光纤的一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。包含光纤的线缆称为光缆。由于光在光导纤维的传输损失比电在电线传导的损耗低得多，更因为主要生产原料是硅，蕴藏量极大，较易开采，所以价格便宜，促使光纤被用作长距离的信息传递工具。随着光纤的价格进一步降低，光纤也被用于医疗和娱乐的用途。

光纤主要分为两类，渐变光纤与突变光纤。前者的折射率是渐变的，而后者的折射率是突变的。另外还分为单模光纤及多模光纤。近年来，又有新的光子晶体光纤问世。

光导纤维是双重构造，核心部分是高折射率玻璃，表层部分是低折射率的玻璃或塑料，光在核心部分传输，并在表层交界处不断进行全反射，沿“之”字形向前传输。这种纤维比头发丝还细，这样细的纤维要有折射率截然不同的双重结构分布，是一个非常惊人的技术。各国科学家经过多年努力，创造了内附着法、MCVD法、VAD法等等，制成了超高纯石英玻璃，特制成的光导纤维传输光的效率有了非常明显的提高。现在较好的光导纤维，其光传输损失每公里只有零点二分贝；也就是说传播一公里后只损失4.5％。 【关键词】光纤多模折射全反射散射

光纤虽然在现代世界中广泛使用，但仍是一个相当简单陈旧的技术。最早在19世纪40年代初由丹尼尔·Colladon和巴比涅雅克首次在巴黎展示了通过折射导光的光纤的导光原理。12年后约翰·廷德尔在他的伦敦的公共讲座中作了示范。在1870年左右廷德尔还写了关于自然光在内部全反射的理论的入门书：“当光线从空气中传递入水，折射光正朝着垂直弯曲，当光线从水到空气垂直弯曲通过......如果在水中的光与表面垂直包围的角度大于48度，射线一点也不会穿出水面，将被水面完全反射.这标志着限制全反射开始的角度被称为介质的限制角。水，

这个角度是48°27'，火石玻璃，它是38°41'，而钻石，它是23°42'”。未染色的人的头发也被作为光纤。

实际应用出现在20世纪初的牙科密切内部照明，在20世纪20年代显像管传输图像通过被无线电实验者克拉伦斯·汉塞尔和电视的先驱约翰·洛吉贝尔德独立证实。该原则最早是由海因里希·拉姆在其后的十年内体检。

10年之后出现现代光学纤维是以玻璃纤维涂用透明覆面，以提供更适合的折射率。这之后的发展则侧重于图像传输的纤维束。哈罗德·霍普金斯大学和伦敦帝国学院的纳林德·辛格Kapany通过一个75厘米长束结合几千纤维，实现低损耗光传输。他们于1954年在“自然”杂志发表了题为“一个灵活采用静态扫描的纤维内窥镜”的文章。在1956年第一个光纤半灵活的胃镜由罗勒Hirschowitz，C.威尔伯·彼得斯，和Lawrence E.柯蒂斯在密歇根大学的研究人员获得专利。在胃镜发展的过程中，柯蒂斯生产出第一包层玻璃纤维;而以前的光纤依赖于空气或不切实际的油脂和蜡为低折射率的包层材料。

1880年亚历山大·格雷厄姆·贝尔和萨姆纳弧形在华盛顿特区沃尔特实验室Photophone发明了通过光束传输语音信号。这是电子通信的一种先进形式，但是要受大气干扰，是不切实际的，直到光纤系统提供的可靠的光的传输。在19世纪末和20世纪初，光被用来透过弯曲的玻璃棒引导灯老照亮体腔。西泽俊一，一个日本东北大学的科学家，还提出在1963年使用的光纤通信，正如他于2004年在印度出版的书上所说。西泽发明的其他技术，如半导体激光器的光传输通道的梯度折射率光纤，对光纤通信的发展作出了贡献。第一台运作的光纤数据传输系统被证实是德国物理学家曼弗雷德B?rner于1965年在乌尔姆的德律风根实验室研制成功，这项技术于1966年获得了第一项专利。高锟和英国公司的标准电话和电缆（STC）的乔治·A·Hockham率先推广光纤的衰减可以减少每公里低于20分贝（分贝/公里）的想法，使光纤成为实用的通讯媒介。他们提出可用纤维的衰减是由应该被去除的杂质而不是由基本物理效应如散射所致。他们正确和系统的分析了光纤的光损耗特性，并指出了生产这种纤维所使用的正确材料 - 高纯度石英玻璃。这一发现使得高锟在2009年获得诺贝尔物理学奖。 运作原理：

光纤是圆柱形的介质波导，应用全反射原理来传导光线。光纤的结构大致分为里

面的核心部分与外面的包覆部分。为了要局限光信号于核心，包覆的折射率必须小于核心的折射率。渐变光纤的折射率是缓慢改变的，从轴心到包覆，逐渐地减小；而突变光纤在核心-包覆边界区域的折射率是急剧改变的。 折射率

折射率可以用来计算在物质里的光线速度。在真空里，及外太空，光线的传播速度最快，大约为 3 亿米／秒。一种物质的折射率是真空光速除以光线在这物质里传播的速度。所以，根据定义，真空折射率是 1 。折射率越大，光线传播的速度越慢。通常光纤的核心的折射率是 1.48 ，包覆的折射率是 1.46 。所以，光纤传导信号的速度粗算大约为 2 亿米／秒。电话信号，经过光纤传导，从纽约到悉尼，大约 12000 公里距离，会有最低 0.06 秒时间的延迟。 全反射

当移动于密度较高的介质的光线，以大角度入射于核心-包覆边界时，假若这入射角（光线与边界面的法线之间的夹角）的角度大于临界角的角度，则这光线会被完全地反射回去。光纤就是应用这种效应来局限传导光线于核心。在光纤内部传播的光线会被边界反射过来，反射过去。由于光线入射于边界的角度必须大于临界角的角度，只有在某一角度范围内射入光纤的光线，才能够通过整个光纤，不会泄漏损失。这角度范围称为光纤的受光锥角，是光纤的核心折射率与包覆折射率的差值的函数。更简单地说，光线射入光纤的角度必须小于受光角的角度，才能够传导于光纤核心。受光角的正弦是光纤的数值孔径。数值孔径越大的光纤，越不需要精密的熔接和操作技术。单模光纤的数值孔径比较小，需要比较精密的熔接和操作技术。

多模光纤

核心直径较大的光纤（大于 10 微米）的物理性质，可以用几何光学的理论来分析，这种光纤称为多模光纤，用于通信用途时，线材会以橘色外皮做为辨识。 在一个多模突变光纤内，光线靠着全反射传导于核心。当光线遇到核心-包覆边界时，假若入射角大于临界角，则光线会被完全反射。临界角的角度是由核心折

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库通信工程外文翻译(2)在线全文阅读。