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§第二 纤纤细丝传图象（第1页）

§第二节纤纤细丝传图象

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光学纤维是怎样传送图象的呢？

将一定数量的单根纤维加以组合，即构成多芯的光学纤维束。

在光学纤维束中，每根光学纤维之间有良好的光学绝缘，也就是说，每根光学纤维独立传光而不发生串光，并且两端都一一对应地相关排列，这样就构成了传象的光学纤维束。

当一个图象入射在传象光学纤维束的端面上时，光学纤维束就按自己的排列规律，将入射图象光束分成一个一个象元，数目和光学纤维束中的纤维根数相等。

由此可见，这样的光学纤维束，每根光学纤维的端面就象一个取象孔，将图象的一个象元“摄取”

来；每根光学纤维都独立地携带一个象元，由入射端传送到出射端。

换句话说，传象纤维束将入射端的图象分成一个一个象点，传到出射端之后，又由一个一个象点组成图象，就好象报纸上的新闻照片那样。

不过，光学纤维传象的象点非常细密，因此，在光学纤维束的收方一端就可得到完全不变的图象。

光学纤维传送图象，是光信号在纤维内传输完成的。

我们知道，光波是电磁波，电磁波是交变的电场和磁场，在空间相互交替地变换而向前传播。

光波在光学纤维内传播时，有由全反射而沿传播方向前进的波，又有从末端反射回来的波，还有不均匀界面上反射的波，这些波在纤维芯内相互重迭、相互干涉，形成了各种各样的电磁场分布形式。

这样一来，激光器发给圆柱形纤维入射端的一个完整圆形光斑的信号，经过纤维传送一段距离之后，在纤维另一端截面上的信号却分裂为几个小光斑。

我们所看到的这种光斑，正是此截面处电磁场分布的“图象”

。

电磁场的各种分布形式，称为“模式”

。

要想使光纤传输无失真，即从激光器发给纤维入射端是圆形光斑，在纤维终端仍得到圆形光斑，那末，就要求保持纤维以基模传输。

如果一个圆形光斑经过纤维传输后分裂成许多小光斑，就出现了许多的杂散的高次模。

而这些杂散的高次模，都是从有用的基模光波中转换来的，由于它们经过的路径不同，有的损失在包皮中，有的穿透包皮而辐射出去，因而造成了光能量的损耗。

而且，由于这些杂散模在纤维中传输时速度也和基模不一样，因而到达终端的时间也就不一致，产生了所谓“延时失真”

。

一光束中，入射角越大的光线，在光学纤维中传输而达到终端所经的反射次数就越多，所经路程也越长，因而所需时间将越长。

于是，本来同时射进纤维端面的一束光，由于其中各光线入射角不同，到达终端就出现了先后的时间差，造成光信号中各模式光波之间在时间上的延迟。

光学纤维越长，延迟时间也就越长。

如果给始端送入的是一个具有一定宽度的光脉冲，那么，由于在纤维中存在着高次模，光脉冲传到终端时响应时间拉长了，或者说，脉冲展宽了。

这种现象就叫做脉冲信号的延时失真。

如果入射光频率不单一，那将怎样呢？

入射到光学纤维的光，若不是单一频率的光，而是由不同频率所组合成的光，则会因光的频率不同而在纤维中的传输速度也不同，所以，一光束从空气中射入纤维之后，将产生不同角度的折射，致使到达输出端时产生时间上的差别，这种现象称为色散效应。

这种现象是造成信号失真或脉冲展宽的另一原因。

例如，镓铝砷发光二极管发出的光，其谱线宽度为350□，造成脉冲响应展宽为1.75～2毫微秒公里；双异质结半导体激光器发出的光，其谱线宽度为不到20□，造成脉冲响应展宽则很小；而Nd：YAG固体激光器发出的光，其谱线宽度更小，不到1□，而它造成的脉冲响应展宽就可以忽略不计了。

信号失真在不同情况下，其主要原因也不同。

如果光源频率单一，即单色性好，而纤维是多模传输，则脉冲展宽主要是纤维中高次模造成的；如果纤维是单模的，而光源组成频率较宽，则脉冲展宽主要就是由色散效应引起的。