光纤准备的原理与应用.ppt

光纤制备技术及原理;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;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 ;光纤的来源光纤的发展历史;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）。 ;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。 ;原料 制备;低损耗的单模和多模石英光纤大多采用“预制棒拉丝工艺”，??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）。 ;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。;VAD法：日本1977年开发出来的，其工作原理与OVD相同，不同之处在于它不是在母棒的外表面沉积，而是在其端部（轴向）沉积。VAD的重要特点是可以连续生产，适合制造大型预制棒，从而可以拉制较长的连续光纤。;MCVD法：采用的SiCl4、GeCl4等液态原材料在高温下发生氧化反应生成SiO2、B2O3、GeO2、P2O5微粉，沉积在石英反应管的内壁上。在沉积过程中需要精密地控制掺杂剂的流量，从而获得所设计的折射率分布。;PCVD法于1978年应用于批量生产。它与MCVD的工作原理基本相同，只是不用氢氧焰进行管外加热，而是改用微波腔体产生的等离子体加热。 PCVD工艺的沉积温度低于MCVD工艺的沉积温度，因此反应管不易变形；微波加热腔体可以沿着反应管轴向作快速往复移动，目前的移动速度在8m/min，这允许在管内沉积数千个薄层，从而使每层的沉积厚度减小，因此折射率分布的控制更为精确，可以获得更宽的带宽。而且，PCVD的沉积效率高，沉积速度快，有利于消除SiO2层沉积过程中的微观不均匀性，从而大大降低光纤中散射造成的本征损耗，适合制备复杂折射率剖面的光纤，可批量生产，有利于降低成本。 ;光纤预制棒制备工艺;玻璃中的分子扩散要比晶体中的难得多，即使在2000oC，已掺入棒体中的掺杂剂也不会扩散，保持原预制棒中折射率分布。; 涂敷在光纤拉丝过程中进行，当光纤向下拉制时，光纤通过（压力）涂敷器，就可在裸纤表面均匀涂上30~150μm厚的热固化硅树脂或紫外光固化丙烯酸酯。; 塑封，便于操作和提高光纤成缆时的抗张力，增加光纤的机械强度。在涂敷的基础上再套上尼龙、聚乙烯或聚酯等塑料。;最