光纖光學是關于光纖中的技術，即光傳播靈活的一種波導。光纖中描述了纖芯技術，包括各種類型的玻璃光纖（例如，石英光纖和氟化物光纖），還有塑料光纖。除了材料不同之外，光纖之間在很多其它方面也不同，尤其是在光纖纖芯中的傳播特性。例如：單模光纖和多模光纖，支持一個導波模式或者多個模式具有很大有效模式面積的大模式面積光纖保偏光纖長距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡蛽p耗光纖色散緩變光纖和色散位移光纖，具有改進的色散性質稀土摻雜光纖用于光纖放大器和激光器中，有時以雙包層光纖的形式工作在高功率情況下高非線性光纖，例如，用于超連續(xù)光產(chǎn)生空心光纖，一部分光是在空氣中傳播的還有各種特種光纖。有些屬于光子晶體光纖（或微結構光纖），在光纖纖芯中包含小的空氣孔。

圖1：光進入光纖中，以固定的光束半徑在光纖中傳播直到離開光纖?？梢詫⒍鄠€光學器件連在一起。在全光纖裝置中，光可能完全分布在波導結構中。

光纖電纜

光纖通常以光纖電纜的形式應用，其中光纖被放置在支撐結構中，用來保護它免受機械應力和液體的影響。光纖電纜的端口通常是采用光纖連接器，這樣可以方便的與另一個電纜連接，盡管光纖連接器一般比較脆弱。光纖電纜間的不同體現(xiàn)在下列方面：可能包含不同類型的光學，例如單?；蚨嗄２ＡЧ饫w或塑料光纖，并且規(guī)格不同。電纜可能包含光纖數(shù)目不同，從1到幾百。光纖被保護的程度不同，例如，抗機械損傷和防潮。有些光纖是防火的。光纖器件

除了光纖之外，存在很多種類的光纖器件，可以通過光纖連接。很多光纖器件由光纖制造，而其它可能包含不同的其它材料，但是通過光纖耦合，即將光纖作為輸入和輸出端口。光纖器件的一些例子包括：光纖耦合激光二極管可用作光纖光學的光源。也可以采用固態(tài)體激光器或者其它的激光器結合一個光纖耦合裝置。光纖耦合器用來將不同光源的光合束共同進入光纖中，或者作為光纖分離器，例如分配電視信號到不同的用戶家中。光纖光學模式大小轉換器可以有效的在具有不同有效模式面積的光纖間耦合光。光纖布拉格光柵可以用作波長選擇的光纖光學反射器，例如在通信應用中波分復用系統(tǒng)的插分復用器。另一個應用是引入與波長有關的損耗，例如，用于光纖放大器系統(tǒng)中使增益平坦。光纖連接器可以實現(xiàn)光纖裝置間可移除或者可重構的連接，與電子連接器類似，但是更加靈敏。光纖準直器將光纖光學與自由空間光學聯(lián)系起來：它可以使光纖中輸出的光準直，或者將準直的光束射入光纖中。光纖耦合法拉第隔離器，旋轉器和環(huán)形器可以操控光束的偏振態(tài)。還有很多其它種類的光纖耦合器件用于光束操控，例如，光纖調制器和飽和吸收器。還有光纖耦合功率計和光譜儀測量光功率和光譜。還有裝置可以測量偏振態(tài)。光纖光學裝置

可以將多個光纖光學器件得到具有復雜功能的全光纖裝置。例如，通過將光纖耦合激光二極管，稀土摻雜光纖和光纖耦合器裝配成二極管泵浦光纖激光器。附加的器件，例如光纖耦合飽和吸收器和用于色散補償?shù)墓饫w可以實現(xiàn)鎖模工作，其中激光器輻射一列超短脈沖。還可以加入器件用作Q開關，功率穩(wěn)定，波長調諧和其它功能。

光纖放大器和激光器

在激光活性光纖中，大多數(shù)為稀土摻雜光纖，可以基于受激輻射進行激光器放大過程。激光活性離子，例如，Yb3+， Er3+或Tm3+，由一些注入光纖中的更短波長的泵浦光泵浦，然后放大信號光。采用這一技術的光纖放大器可以實現(xiàn)很高的功率增益，可以達到幾十分貝。采用雙包層光纖的高功率放大器得到的平均輸出功率為幾百甚至幾千瓦。通過采用反射器，例如光纖布拉格光柵，或者采用環(huán)形諧振腔可以實現(xiàn)光纖激光器。

圖2：8字形激光器裝置，在鎖模光纖激光器中有詳細描述。這里多個光纖器件組成了一個復雜的裝置。由于很高的激光器增益，放大的自發(fā)輻射效應，光纖中激光活性離子的準三能級行為，強的增益飽和效應等，光纖激光器和放大器的工作機制通常比體激光器更加復雜。因此，為了更清晰的理解其工作機制，激光器模型非常重要，采用它可以優(yōu)化裝置設計。

體光學和光纖光學的比較

傳統(tǒng)的體光學裝置包含很多分離的光學元件，例如反射鏡，透鏡，偏振器，濾波器等，而光纖光學可以制作成全光纖裝置。它們的技術方案差別體現(xiàn)在下列方面：全光纖裝置的一個非常重要的實際意義是其結構的堅固性。所有的器件都相互連接，因此制作之后不存在不對準的問題。通常，光纖可以彎曲或者纏繞在一起，而不會產(chǎn)生不利影響。裝置中不同的部分被嚴格放置在不同的地方而不會彼此連接。由于光始終在光纖纖芯封閉在光學器件中，因此外界的灰塵等不會影響它。但是，體光學裝置更易發(fā)展、測試和維護，因為它包含的光學器件可以很方便的移除或者替換，并且也很容易測量光束的功率或者光束形狀。因此可以很容易檢查出出錯原因或者優(yōu)化單個器件。另外，可以很容易的通過改變單個反射鏡或其位置來改變整個激光器裝置中的光束尺寸，而這在光纖裝置中需要替換所有或者大多數(shù)器件。體光學器件更容易制作。光纖器件的一個問題就是它需要考慮多個參數(shù)，例如模式尺寸，偏振保持導波與否，保護涂層的類型和厚度等，因此很難滿足所有參數(shù)的需求和大規(guī)模生產(chǎn)。體光學裝置通常需要包含很多昂貴的定位裝置（光機械裝置），并且每一個器件都必須經(jīng)過對準過程，而該過程很難實現(xiàn)自動化。光纖裝置需要精密對準，但是通常只在制作過程中需要，因此無需采用光機械裝置。但是，光纖光學在實驗要求中需要使用昂貴器件，例如熔接機。因此在數(shù)量很多的情況下，采用光纖光學更容易節(jié)省成本，但是小數(shù)量的情況下不會。在光纖激光器和體激光器中從激光器角度探討了二者的不同，類型不同對技術的影響以及對激光器裝置性能的影響作用。很多時候體光學技術和光纖技術是混在一起使用的，即光部分在空氣中和體光學器件中傳輸，部分在光纖中傳輸。因此可以利用兩種技術的優(yōu)勢，當然也包含二者的缺點。例如，如果裝置包含自由空間光束路徑，那么光纖裝置的堅固性就消失了。（需要注意重新將光射入單模光纖比體光學裝置需要更加精細的對準。）光纖光學的重要應用

光纖光學是光子技術中一個非常重要的領域。下面簡單討論其典型應用：光纖通信現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成一個核心的技術，需要將大多數(shù)數(shù)字信號（電話、視頻和電視信號，計算等）以極快的速度極低的成本傳輸。網(wǎng)絡的發(fā)展很大程度上得益于現(xiàn)代光纖光學的發(fā)展。不僅僅是指通信光纖（用于實際中的數(shù)據(jù)傳輸），還有其他的技術，例如補償光纖損耗的光纖放大器，合成或分離信號的光纖耦合器，用于濾波的光纖布拉格光柵，特種光纖用來進行非線性數(shù)據(jù)處理還有很多其它的光纖器件。在長距離數(shù)據(jù)傳輸方面玻璃光纖占據(jù)主要地位，即使建筑物內(nèi)的短距離傳輸或者光纖光學裝置之間也占據(jù)越來越多的份額。很多光纖激光器不僅應用于低功率應用中，在其它方面也是非常重要的光源，甚至可以用于非常高輸出功率，例如幾千瓦的平均功率，峰值功率在兆瓦到千兆瓦（需要與體光學脈沖壓縮器結合）。它們可以與體激光器想比擬，哪種技術更合適主要取決于不同的實際情況。參閱光纖激光器和體激光器獲取更多細節(jié)知識。光纖傳感器用來傳感例如溫度，壓力和應力，旋轉，化學成分等已經(jīng)占領了很多市場，包括飛機和空間技術，石油探測，建筑物（例如，大橋）和管道的控制等。局域的和分布光纖傳感器目前也應用于很多領域。很多光纖只是簡單地將光從光源傳送到需要的地方，例如，從一個高功率激光器二極管裝置傳輸?shù)襟w激光器中，從激光器二極管到傳感器系統(tǒng)中在高壓線中傳輸（參閱電力光纖），或者從高功率光纖激光器到汽車工廠中的焊接機器人。

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