光纤预制棒技术和产业的发展修改稿.docx

目录第一节光纤预制棒结构设计与性能原理21、光纤预制棒的结构设计原理2（1）光纤传输理论2（2）折射率分布结构和性能设计72、光纤预制棒的组成113、光纤预制棒的发展历程12第二节光纤预制棒技术的发展131、芯棒沉积技术13（1）VAD工艺的发展13（2）OVD工艺的发展16（3）PCVD工艺的发展19（4）MCVD工艺的发展212、外包技术22（1）RIC工艺的发展22（2）SOOT工艺的发展273、烧结技术334、预制棒制造工艺路线及发展35第三节光纤预制棒产业的发展351、我国预制棒产业发展状况35(1)我国光纤预制棒产业规模35(2)光纤预制棒设备及原材料国产化情况38(3)光纤预制棒反倾销40(4)现阶段我国光纤预制棒发展存在的问题412、我国预制棒产业未来发展趋势42（1）原有瓶颈突破、创新成为新动力42（2）光纤光棒反倾销，合资企业数量增加42（3）光纤预制棒进口维持稳定、套管进口逐年递增42（4）原材料国产化程度越来越高44（5）国内企业迅速崛起44第一章光纤预制棒技术和产业的发展第一节光纤预制棒结构设计与性能原理1、光纤预制棒的结构设计原理今天，从事光纤预制棒研究制造的人员深知，光纤的性能与光纤的折射率分布有关，而光纤的折射率又取决于光纤预制棒的折射率分布。因此，在讲述光纤预制棒制造之前，首先了解一下光纤波导理论，依据波导理论设计出合理的光纤折射率分布结构。（1）光纤传输理论光具有波粒二象性，既可以看成是光波，也可以看成光子组成的粒子流。对于光在光纤中传播，比较典型的传输特性分析方法有射线理论和波动理论。从射线理论的观点出发，研究光纤中的光射线，可以以直观的几何光学概念来分析光在光纤中的传输特性，比较适用于研究多模光纤的数值孔径、带宽等传输特性。波动理论分析方法能够精确地描述光纤的传输特性，特别适用于研究单模光纤的模场直径、截止波长、色散等特性。1）射线传播理论①光的全反射当一束光线按某一角度射向两种不同媒介的边界时，光射线的一部分反射回第一种材料，其余部分则进入第二种材料并发生弯折（或折射），反射光线和入射光线处于法线的两侧，且反射角等于入射角（图2.1.1-1）。折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光线位于法线的两侧，且满足Snell定律，表达式为：n1*sinθ1 = n2*sinθ2（2.1.1-1）图2.1.1-1光折射与反射根据Snell定律，光的入射角正弦与折射角正弦之比与各自介质的折射率成反比。当光从光密介质（折射率大的媒介）射向光疏介质（折射率小的媒介）时，其折射角θ2比入射角θ1大，如果不断增加入射角θ1，可使折射角θ2达到90°，这时计算公式为：Sinθ1=n2/n1（2.1.1-2）θ1=arcsin(n2/n1) （2.1.1-3）这时的θ1称为临界角θc。因此临界角的大小与界面两侧的介质的折射率之比有关。如果继续增大入射角，使其大于临界角，则光线将全部返回光密介质中，这种现象为光的全反射。图2.1.1-2是光纤利用全反射特性来进行导光的示意图。图2.1.1-2光纤全反射示意图②光纤中光的传播当一束光线从光纤端面耦合进入光纤时，光纤中有两种运行的光线：一种是光线始终在一个包含光纤中心轴的平面内传播，并且一个传播周期与中心轴相交两次，这种光线称为子午线（图2.1.1-3（a））；另一种是光线在传播过程中，其传播时的途径不在同一个平面内，并不与光纤中心轴相交，这种光线称为斜射光线（图2.1.1-3（b））。图2.1.1-3（a）子午线传输（b）斜射线传输子午光线和斜射光线都服从光线的反射定律。只要光纤是均匀的圆柱体，则入射光线就可在光纤内经过若干次的全反射，从光纤的一端传到另一端。但是从几何光学角度看，并不是所有从空气射向端面的光都能在光纤中满足全反射条件而传播。只有位于光纤端面最大接受角a的圆锥体之内的光线，才能在光纤中传播。位于这个圆锥体之外的光线，尽管也能入射到光纤中，但不能形成全反射传播，只能进入包层辐射出去。因此，a是个很重要的参量。通常用光纤的数值孔径NA表示光的集光能力，将NA定义为入射媒介折射率n0与a的正弦值之积。利用光学中的折射定理，可以推导出a与光纤折射率的关系：NA =n0*sina = (n12- n22)^1/2= n1*(2?)^1/2 (2.1.1-4)图2.1.1-4 光在光纤中传输可见，凡是入射到圆锥角a（i达到一定角度）以内的光线都满足全反射条件（图2.1.1-4所示）。光纤的?越大，接受角范围也增加，满足将光线约束在光纤芯部传输而不泄露。利用光的全反射条件，实现光纤的光传输。图2.1.1-5显示了光在不同类型光纤中的传输示意图。图2.1.1-5光在不同类型光纤中的传输方式2）波动传播理论光是更高频率