第2章_光纤.ppt

考研的同学注意 1。缓考科目申请每一科目每班只填一张表格，需要申请缓考的同学将姓名列出清单附在后面即可。 2。提醒，缓考后将在下学期开学前考B卷，如果不及格就只有毕业前补考的机会了。 第2章 光纤 光波导的基本概念 2.1 光纤与光缆 2.2 光纤的折射率分布 2.3 光在光纤中的几何传输 2.4 光纤的数值孔径NA 2.5 光的波动性 2.6 光纤介质的特性 2.7 光纤模式 2.8 光纤的模式色散 2.9 单模光纤的波长色散或色度色散 2.10 光纤的损耗 2.11 单模光纤 2.12 光纤的非线性效应 2.13 光孤子的定性描述 习题二 光波导的基本概念 导波光：受到约束的光波 光波导：约束光波传输的媒介 介质光波导三要素： “芯 / 包”结构 凸形折射率分布，n1n2 低传输损耗 光波导的分类 薄膜波导（平板波导） 矩形波导（条形波导） 园柱波导（光纤） 对称与非对称波导 园柱波导:光导纤维 光波导的进一步分类 按折射率分布： 均匀折射率分布光波导；渐变折射率分布光波导 按传播模式： 单模光波导；多模光波导 按材料： 石英、塑料与红外光波导、III-V族材料光波导 特种光波导（光纤）： 保偏(单偏振)光纤；有源光纤；晶体光纤 零/非零色散位移光纤；负色散光纤； 特殊涂层光纤；耐辐射光纤；发光光纤 2.1 光 纤 与 光 缆 2.1.1 光纤的结构 光纤的基本结构一般是双层或多层的同心圆柱体， 如图2.1所示。 其中心部分是纤芯， 纤芯外面的部分是包层， 纤芯的折射率高于包层的折射率， 从而形成一种光波导效应， 使大部分的光被束缚在纤芯中传输， 实现光信号的长距离传输。 由纤芯和包层组成的光纤常称为裸光纤， 这种光纤如果直接使用， 由于裸露在环境中, 容易受到外界温度、 压力、 水气的侵蚀等， 因而实际中应用的光纤都在裸光纤的外面增加了防护层, 用来缓冲外界的压力, 增加光纤的抗拉、 抗压强度， 并改善光纤的温度特性和防潮性能等。 防护层通常也包括好几层， 细分为包层外面的缓冲涂层， 加强材料涂覆层以及最外一层的套塑层。 光纤的套塑方法有两种： 紧套和松套 紧套是指光纤在二次套管内不能自由松动； 而松套光纤则有一定的活动范围。 紧套的优点是性能稳定， 外径较小但机械性能不如松套， 因为紧套无松套的缓冲空间， 易受外力影响。 松套光纤温度性能优于紧套， 制作比较容易， 但外径较大， 为避免水分， 需要填充半流质的油膏来提高光缆的纵向封闭性能。 经过涂覆、 套塑形成的光纤常称为被覆光纤或缆芯。 光纤的几何尺寸很小， 纤芯直径一般在5～50 μm之间， 包层的外径为125 μm， 包括防护层， 整个光纤的外径也只有250 μm左右。 2.1.2 光纤的主要成分 目前通信用的光纤主要是石英系光纤， 其主要成分是高纯度的SiO2玻璃。 如何得到不同折射率的纤芯和包层的？ 如果在石英中掺入折射率高于石英的掺杂剂， 就可以制作光纤的纤芯。 同样， 如果在石英中掺入折射率低于石英的掺杂剂， 就可以作为包层材料。 纤芯中广泛应用的掺杂剂为二氧化锗（GeO2）、五氧化二磷(P2O5)等， 包层中主要的掺杂剂为三氧化二硼（B2O3）、 氟（F）等。 2.1.3 光纤的制造工艺简介（光纤是如何制造的？） 光纤是由圆柱形预制棒拉制而成的， 因而光纤的生产工艺主要包括怎样制造圆柱形预制棒和拉丝工艺。 1. 预制棒的制造方法 预制棒的制造方法主要有管内化学汽相沉积法， 如改进的化学汽相沉积法MCVD(Modified Chemical Vapour Deposition)， 等离子体汽相沉积法PCVD(Plasma Chemical Vapour Deposition)和管外化学汽相沉积法。 而管外化学汽相沉积法又分为汽相轴向沉积法VAD(Vapour Phase Axial Deposition)和外汽相沉积法OVD(Outside Vapour Deposition)两种。 MCVD是目前使用最广泛的预制棒生产工艺。 MCVD法生产光纤预制棒的基本原理是用氧气按特定的次序将SiO2、 GeCl4、 BCl3送入旋转的高纯硅管中， 硅管维持较高的温度， 使硅和掺杂元素(Ge、 B等)按受控方式产生化学反应。 反应的产物均匀沉积在硅管的内壁， 随着沉积不断产生， 中空的硅管逐渐被封闭。 SiCl4+O2 → SiO2+2Cl2↑