光纤制备原理及应用.ppt

OE, HUST OE, HUST 光纤制备技术及原理 2013-10-17 光纤的发展历史 光纤的结构原理 石英光纤的制备 光纤的应用 光纤的来源光纤的发展历史 1966年，英籍华裔学者高锟（C.K.Kao）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。当时的主要障碍就是如何获得超纯净玻璃材料以降低衰减损耗。四年后的1970年，美国的康宁公司率先研制出了世界上第一根衰减损耗低于20dB/km的石英玻璃光纤。同年第一台室温运行半导体激光器的研制成功，使光源和传输介质的问题得到了解决。1981年第一个光纤系统成功问世，自此以后，光纤通信发展异常迅速，应用范围不断扩大。 石英光纤的损耗进展: 1966, 高锟 1000 dB/km 1970, 康宁公司 →20 dB/km 1972, 康宁公司 → 7dB/km 1973, 贝尔实验室 →2.5dB/km 1976, 日本 →0.5dB/km@1.55μm 1979, →0.2dB/km@1.55μm now →0.16dB/km@1.55μm 受到瑞利散射和本征吸收的限制，石英光纤的理论损耗极限为0.15dB/km@1.55μm 光纤的来源光纤的发展历史 光纤的来源光纤的发展历史 光纤的结构 光纤是高透明电介质材料制成的非常细(外径约为125μm---2ooμm)的低损耗导光纤维．具有束缚和传输从红外到可见光区域内光的功能．也具有传感功能。一般通信用光纤的横截面的结构如图2所示。光纤本身由纤芯和包层构成，纤芯是由高透明固体材料(如高二氧化硅玻璃、多组分玻璃、塑料等)制成，纤芯的外面是包层．用折射率相对纤芯较低的石英玻璃、多组分玻璃或塑料制成,外面一般还有起保护作用的涂覆层。光纤的导光能力取决于纤芯和包层的性质。 光纤的来源光纤的结构 在光纤中．光传输就是利用光的全反射原理．当入射到光纤芯子中的光与光轴线的交角小于一定值时，光线在界面上发生全反射。这时，光将在光纤的芯子中沿锯齿状路径曲折前进，但不会穿出包层，这样就避免了光在传输过程中的折射损耗。 光纤的来源光纤传输的基本原理 光纤有多种分类方法 1）按折射率可分为阶跃型（SI）光纤和渐变型（GI）光纤。SI光纤的纤芯和包层部分折射率均保持不变，而在纤芯与包层的界面处折射率发生突变。这类光纤只适用于短距离、小容量的通讯系统。GI光纤包层折射率不变，纤芯部分折射率沿径向逐渐变小，可使高次模的光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在多模光纤多为GI光纤。 2）按传播波长的长短可将光纤分为短波长光纤（传输波长为0.8~0.9μm）、长波长光纤（传输波长为1.3~1.6μm）。 光纤的来源光纤的分类 3）按传输模式，可将光纤分为多模光纤和单模光纤。在光纤芯径大（50~100μm）或数值孔径大的光纤中，允许多个具有不同入射角的光线进入光纤传播，即光纤中有多个传输模式，称为多模光纤。由于模间色散较大，因此多模光纤传输的距离比较近，一般只有几公里。当光纤芯径较小（8~10μm）或数值孔径小时，将只允许与光纤轴一致的光线进入光纤传播，这种光纤称为单模光纤。单模光纤模间色散较小，适用于远程通讯。 4） 按纤芯材料组成，可将光纤分为石英光纤、多组分玻璃光纤和塑料光纤。此外还有一些特种光纤，如掺稀土光纤、光子晶体光纤、红外光纤、发光光纤等。 光纤的来源光纤的分类 原料 制备 原料 提纯 制 棒 拉 丝 涂 敷 筛 选 合格光纤 纯度 分析 质量 控制 性能测量 制造光纤的工艺流程 光纤的来源石英光纤的制备过程 低损耗的单模和多模石英光纤大多采用“预制棒拉丝工艺”，光纤预制棒工艺是光纤光缆制造中最重要的环节。目前，用于制备光纤预制棒的方法主要采用以下四种方法： 外部气相沉积法（OVD）； 气相轴向沉积法（VAD）； 等离子体化学气相沉积法（PCVD）； 改进化学气相沉积法（MCVD）。 光纤预制棒制备工艺 OVD法：又为“管外气相氧化法”或“粉尘法”，其原料在氢氧焰中水解生成SiO2微粉，然后经喷灯喷出，沉积在由石英石墨制成的基棒外表面，经过多次沉积，去掉母棒，再将中空的预制棒在高温下脱水，烧结成透明的实心玻璃棒，即为光纤预制棒。 光纤预制棒制备工艺 VAD法：日本1977年开发出来的，其工作原