光纤导光原理和光纤材料.ppt

光纤材料及光纤器件;光纤的优点;光纤通信的发展历程;世界光纤之父：高锟 1966年，高锟博士发表了著名的论文“光频介质纤维表面波导”，明确提出通过改进制备工艺，减少原材料杂质，可使石英光纤的损耗大大下降，并有可能拉制出损耗低于20dB/km的光纤。;1970年，美国的康宁玻璃公司（Corning Glass Co.）率先将高锟博士的科学预言变为现实，研制出在0.6328um波长下损耗为20dB/km的石英光纤，取得了重要的技术突破。;20世纪的80年代中期，全世界范围内的光纤通信开始走向实用化。石英玻璃光纤的质量为27克/公里。原料廉价，传输损耗小，不受外界电磁干扰，必威体育官网网址性强。 1993年后，全球范围信息高速公路的建设。 到2000年，世界光纤的年产量达到6000万公里以上，而已经铺设的光纤总长度到达2亿公里以上。正好印证了电子到光电子的跨越。 光纤的出现带动了集成光学的发展。;光纤技术的发展前景 ;一、光纤的基本概念;1、介质光波导;平板波导;;光纤;光纤的种类;2、光导纤维的结构和导光原理;2-1、斯涅尔定理 ;2-2、光纤导光 ;2-2、光纤导光 ;光纤的基本概念;2-2、光纤导光 ;3、 影响光纤性能的主要因素;3-1、数值孔径（NA）;3-1、数值孔径（NA）;3-2、光纤的模式;按分布形式，模式可以分为以下几种类型： （1）横电波 纵轴方向只有磁场分量，没有电场分量；横截面上有电场分量的电磁波。下标m表示电场沿圆周方向的变化周数，n表示电场沿径向方向的变化周数。 （2）横磁波 纵轴方向只有电分量，没有磁场分量；横截面上有磁场分量的电磁波。下标m表示磁场沿圆周方向的变化周数，n表示磁场沿径向方向的变化周数。 （3）混合波 或 纵轴方向既有电分量又有磁场分量，是横电波和横磁波的混合。 无论哪种模式，当m和n的组合不同，表示的模式也不同。 ;单模光纤：只有最低阶模式HE11存在，它的光纤横向光斑图 多模光纤：可传输多种模式。;;;光纤损耗的来源：;（1）光纤材料的吸收与散射损耗；;;（2）光纤的弯曲辐射损耗;;（4）耦合损耗。;二、光纤的材料及制造;;塑料光纤（POF）的优点;编辑课件;POF技术的发展;早期市场上的POF产品多为PMMA基质多模SIPOF，虽然与石英玻璃光纤相比在短距离通信应用中有低价、易处理的优势，但其窄带宽（5MHz*km）和高固有衰减(150~300dB/km),不能适应带宽逐渐增大的多媒体社会的需要。为了增加带宽，首先想到的解决方法是减小光纤的数值孔径，采用单模SIPOF方案。但POF的最主要特点是大芯径，因此不能期望将其发展成单模光纤以增加带宽，这样POF的低价格、易处理优势将失去。目前解决上述问题的较佳选择是渐变型塑料光纤（GIPOF）。 GIPOF的开发为塑料光纤在宽带通信网中的应用开拓了广阔的前景。;塑料光纤的分类;多模光纤主要用在强度型传感器的系统中，被测量的物理量直接影响输出光信号的强度。渐变折射率多模塑料光纤可以解决带宽窄的问题。;特殊的塑料光纤;POF的应用;结论：;材料的提纯; 典型预制棒 长1m,直径2cm; MCVD法(改进型化学气相沉积)的特点：在石英反应管（趁底管）内沉积内包层和芯层的玻璃，整个系统处于封闭的超提纯状态下。 ;第一步：熔制光纤的内包层玻璃。 主体材料：液态SiCl4；掺杂试剂：CF2Cl2, SF6, C2F4；载运气体：O2 SiCl4+O2→SiO2+2Cl2↑ 2 CF2Cl2+ SiCl4+2O2 → SiF4+2Cl2+2CO2 ↑ 石英管内壁上形成SiO2－SiF4玻璃层，作为光纤内包层。;第二步：熔制芯层玻璃。 主体材料：液态SiCl4；掺杂试剂：GeCl4；载运气体：O2 SiCl4+O2→SiO2+2Cl2↑ GeCl4+O2→GeO2+2Cl2↑ SiO2 － GeO2沉积在内包层玻璃上，成为芯层玻璃。;拉丝; 预制棒由送料机构送入管状加热炉（石墨电阻炉）中，当预制棒尖端热到一定温度时，粘度变低，靠自身重量逐渐下垂变细形成纤维。纤维经由纤径测量仪监测并拉引到牵引辊绕到卷筒上。送料机构的速度必须与牵引辊收丝的速度相适应。拉丝速度一般为30～100米/秒。;缆芯 护套;