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多组分光纤的 优点是熔化温度低、适合连续大批量生产; 缺点是生产过程中易混入过渡金属离子和氢氧根等杂质,故制成的光纤内部损耗比较大(约几dB/km)。 2.4.5 光纤的应用 1、信息传输 (1)光纤通信的优点:信息容量大、体积小、重量轻、抗干扰能力强、必威体育官网网址性好、价格低廉。 (2)应用:电话通信、军事、数据通信、共用天线电视、工业控制、计算机网络连接等 2、能量传输 (称为导光纤维:将低损耗光纤作为一种光能的的传输介质):医学方面光学内窥镜、激光手术刀和激光治疗仪中的导光介质;激光加工设备的导光介质;将太阳能通过光纤传到太阳照不到的地方,进行植物光合作用的研究等等。 注意:对导光纤维与光通信纤维的要求有所不同。 导光纤维希望尽最大能力传输更多的能量,只要光能低损耗地通过光纤,对光的传输方向、传输时间上的差异等传输常数的变化由于不影响光能的传输,可以不加考虑,故其直径较大(0.5~1mm)、损耗要求也低一些(如几百至一千分贝/公里)。 光通信纤维除了要求光纤损耗极低外还要求传输常数的变化尽量小。 即用于光信息传输用的低损耗光纤,大多数都可直接用到光能输出上去。 3、计量仪器 (光纤特点:安全、不受电磁场干扰、强度高、耐化学腐蚀): 光纤温度传感计、 光纤液位传感计、 光纤电流计等。 2.4.6 发展中的新型光纤――红外光纤 发展2~10.6um红外光纤的意义: 进一步降低光纤的传输损耗,实现无中继站的远距离通信; b. 配合高功率激光器(数千甚至上万千瓦)的能量输出(要求10.6um波段能量传输)。 1、重金属氧化物玻璃光纤 GeO2 GeO-Sb2O3 TeO2-(WO3/BaO)-(TaO,Bi2O3/ZnO,PbO)等 2、卤化物玻璃光纤 BeF2 BeF2-CaF2-YF3-AlF3 ZnCl2等 3、硫系玻璃光纤 指以S、Se、Te等元素为主体的单元或多元玻璃态化合物。 As-S GeS3 Se55Ge30As15 GeSe3等。 本章思考题 1、激光器对激光玻璃有哪些基本要求? 2、光纤的光损耗是由哪些因素引起的? 2.4 光学玻璃纤维 2.4.1 概述 上世纪70年代,低损耗石英光学纤维的制造成功,使光信号的远距离传输(光纤通信)进入实用化阶段。(被认为是上世纪的最大发明之一)。与利用电流通过铜线进行通信的方式相比,光纤通信的容量大(一根光纤可传送铜线100~1000倍的通信量)、无杂音(因电磁感应而引起)、无短路现象,是一种廉价、轻便、必威体育官网网址的全新通信方式。 光通信简单地表示如下: 信息(声音或图像)→电信号→光信号→电信号→信息 用光纤传送的光波主要是由GaAs或者GaAlP等半导体激光器发射出的0.85um,1.3um,以及1.6um等单色光,所以,半导体激光器的开发也对光通信的发展起了重要作用。 2.4.2 光学纤维的结构和种类 1、结构 光学纤维一般都是由芯子与包层两部分组成。芯子是由高折射率的石英玻璃或多组分光学玻璃制成的,包层是由低折射率的玻璃或塑料制成的。为了保护光学纤维不受损坏,最外面再加一层塑料套管。 从光学纤维内部折射率的分布情况看,其结构主要有两种: 阶跃型光纤:芯子与包层间折射率的变化是阶梯状的,入射光线进入光纤后在芯子与包层的界面上产生全反射,呈锯齿状曲折前进。 梯度型光纤:芯子的折射率从中心轴线开始沿着径向逐渐减小,因此,入射光线进入光纤后,偏离中心轴线的光将呈曲线路径向中心集束传输,故梯度型光纤又称聚焦型光纤。梯度型光纤中折射率的分布大致以抛物线状为最佳,光束传输时,形成周期性的会聚和发散,呈波浪式前进。 3.光纤种类 光纤的分类 用 途 折射率分布 传输模式 芯子材料 包层材料 通光波段 传输信息 (光通信纤维) 阶跃型 梯度型 单模 多模 石英玻璃 多组分玻璃 石英玻璃 多组分玻璃 紫外(1000埃) 近红外 传输能量 (导光纤维) ? ? 晶 体 塑 料 0.85 -1.55um 全 塑 料 ? 中红外 2-10.6um 在石英系列玻璃中, 要制备比纯SiO2玻璃折射率小的玻璃,一般通过在SiO2中加入B2O3或F, 而要获得比纯SiO2玻璃折射率大的玻璃则通过在SiO2中加入GeO2或P2O5。 2.4
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