光电功能材料课程必威体育精装版版本.ppt

《光电功能材料》7 ;3. 光功能材料 3.1. 激光材料 3.2. 光纤材料 3.3. 发光材料 3.4. 超分子体系 3.5. 太阳能材料 3.6. 纳米材料 3.7. 液晶材料;;光导纤维传输 点光源示意图;光在光纤中传输的基本原理 1 全反射现象 ;光在光纤中传输的基本原理 2 光在光纤中传播原理 ;光在光纤中传输的基本原理 ;光纤材料特征值 ;光纤材料特征值 ;光纤材料特征值 ;光纤传输信息具有许多优点： ●载频为3×1014Hz，约为电视通信所用超高频的100000倍，从而使信息载带容量或带宽激增； ??传输损耗很小，每单位传输距离只需要极少的放大器或中继站。与金属导线比起来，高频率下光纤损耗低得多，它可以传输几十公里乃至上百公里不必增加中继器，而金属同轴电缆没有中继器只能传输几公里。在理论上，光纤可以传送107路电视或1010路电话，可以把一个特大图书馆储藏的全部图书信息在短时间内全部传送完毕，其容量比金属同轴电缆大5个数量级。; ●光纤是绝缘体，不受邻近其它系统和其它物体产生杂散电场的影响。因此不受干扰，基本上能防范电子间谍。 ● 尺寸小、重量轻，有利于铺设和运输。光纤的芯径仅为单管同轴电缆的百分之一。8芯光缆直径约10mm，而标准同轴电缆为47mm。这样可以解决地下管网由于通信电缆太多而造成的拥挤问题。 ●光纤材料主要是石英(SiO2)，它在地球上非常丰富。;　　纤芯的作用是传导光波，包层的作用是将光波封闭在光纤中传播。为了达到这一目的，需保证纤芯材料的折射率n1大于包层材料的折射率n2。目前通信应用的光纤主要是石英玻璃光纤。其纤芯由掺有折射率比石英高的杂质的石英材料作成，而包层则往往在石英中掺入比石英折射率低的杂质。 　　刚拉制出来的光纤就像普通玻璃丝一样是很脆弱的。为了保护光纤，提高其机械强度，作为产品提供的光纤都在刚拉制后经过一道套塑工序，在其外表涂覆上一层甚至几层塑料层。涂覆可以提高光纤的抗拉强度，同时改善其抗水性能。;●　石英光纤 　　目前光通信所应用的唯一商品化材料。石英光纤主要由SiO2构成，一般采用SiCl4或硅烷等挥发性化合物进行氧化或水解，通过气相沉积获得低损耗石英光纤预制件，再进行拉丝。根据传播模式对折射指数断面分布的要求，可在制备预制件的过程中，加入挥发性氯化物作添加剂。用锗可提高折射指数，用硼可降低折射指数。新的动向是采用氟，例如加入CF4或CCl2F2降低包层的折射指数。加入磷(加POCl3)用来降低石英光纤的熔点。; ●　多组分玻璃光纤 　　SiO2约占百分之几十，此外还含有B2O3、GeO2、P2O3和As2O3等玻璃形成体及Na2O、K2O、CaO、MgO、BaO和PbO等改性剂，熔点低(＜1400℃)，可用传统的坩埚法拉丝，适于制做大芯径、大数值孔径光纤。;●　全塑料光纤和塑料包层光纤 　全塑料光纤主要由特制的高透明度有机玻璃、聚苯乙烯等塑料制成，已制成阶跃型和梯度型多模光纤，目前光纤损耗已降至数十dB/km。其特点是柔韧、加工方便、芯径和数值孔径大。 　　塑料包层光纤是以石英作纤芯、塑料作包层的阶跃型多模光纤。其芯径和数值孔径都较大，适于短距离小容量通信系统应用。;　 ●红外光纤 石英光纤在1.3至1.5μm的区域内具有最低的损耗和色散，损耗已降低到0.15dB/km(1.55 μm)，接近于0.1dB/km的理论极限。但其传输距离由于瑞利散射不会超过200km。 利用散射损耗与波长四次幂成反比的关系，制造出适用于长波长的光纤，使损耗进一步降低，就能延长传输距离。5000km传输距离如用0.83 μm的光纤传输系统，需333个中继站，而用1.5 μm的系统有33个中继站就够了。各发达国家已着眼于2~30 μm的新的传输波段，对卤化物、硫属化物和重金属氧化物等红外光纤做了大量开创性工作。; A 卤化物光纤 　 其制造难度比氧化物光纤大，且需保护涂层，但传输损耗理论值比石英光纤小l至2个数量级，有可能实现几千公里无中继通信。 　 卤化铊 卤化铊有较好的延展性，已挤压出直径75~1000 μm 、长200m的多晶纤维。溴化铊或碘化铊多晶光纤在4.0~5.5 μm时损耗最低，可达0.0ldB/km。 　　多晶KRS5 (TlBr I)和KRS 6(TlCl I)作为非通信光纤在外科手术、激光材料加工、军事应用等短距离应用中，日益受到重视。KRS 5在10.6 μm的最低损耗为350dB/km，KRS 6为ldB /km。采用KRS 6作包层，KRS 5作芯线，已获得损耗0.2dB/m，NA为0.96(在10.6 μm )