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光学材料及其应用
第六节 光学材料及其应用
一、光纤材料
1958年,英国科学家提出了利用光纤作为光信号传输介质的设想
1960年代激光的发明,使光作为信息的载体成为可能
1966年,英籍华人学者高琨(K. C. Kao )等人论证了把光纤的光学损耗降低到
20dB/km 以下的可能性(当时光纤的传输损耗约为1000dB/km),揭开了光纤通
信新技术序幕
1970年,美国康宁玻璃公司拉制出世界第一根低损耗光纤,这是一根高二氧化
硅玻璃光纤,长数百米,损耗低于20dB/km
1980年代初,高二氧化硅玻璃光纤的损耗又降低了两个数量级,在1.55μm时约为
0.2dB/km,几乎达到了材料的本征光学损耗
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石英玻璃光纤优点:不需要消耗有色金属、质量极轻(每公里质量才27克,是同
轴电缆的数千分之一)、不受外界电磁干扰、必威体育官网网址性强
从1980年代中期起全世界范围内光纤通信开始走向实用化,信息高速公路的主体
就是光纤通信网。目前,全世界的光纤年产量达到6000万公里以上,铺设的光纤
总长已超过2亿公里,每根光纤的通信容量可达几千万甚至上亿条话路
2
1. 光纤的结构与分类
光纤:是用高透明电介质材料制成的外径约125∼200μm 的低损耗导光纤维,它不
仅具有束缚和传输从红外到可见光区域的光的功能,而且也具有传感功能
光纤由纤芯和包层构成,纤芯是由高透明固体材料(如高石英玻璃、多组分玻璃、
塑料等)制成,纤芯的外面是包层,用折射率较纤芯材料低的有损耗(每公里几
百dB )的石英玻璃、多组分玻璃或塑料制成
要使光纤具有实用性,还必须使它具有一定的强度和柔性
二次包覆层
一次被覆层:用热可塑硅树脂 纤芯 缓冲层
一次包覆层
缓冲层:低杨氏模量的材料
光纤
包层
二次被覆层:常采用尼龙 100∼150μm
( a )
400μm ( b )
0.9mm
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光纤可按其结构、组成和功能进行分类
按光纤折射率分布不同可分为:阶跃型光纤和梯度型光纤两大类
按光纤传播光波的模数来分:有多模光纤和单模光纤两大类
按材料组分不同,光纤可以分为:高石英玻璃光纤、多组分玻璃光纤和塑料光纤
等。目前通信用光纤大都是高石英玻璃光纤
包层
纤芯
包层
(a ) n2 n1 n 光纤的种类和光在光纤中的传播
包层 (a )阶跃型多模光纤
纤芯 (b )梯度型多模光纤
包层
(b ) 纤芯 n2 n1 n (c )单模光纤
包层
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