透光和导光材料.ppt

第八章 透光和导光材料 二、光纤材料特征值 2、传输带宽 影响传输带宽的两方面主要因素： （1）光脉波形冲畸变和展宽 （2）色散 光学纤维的传输带宽受到材料色散、模式色散和构造色散的限制，不能无限制地增高光脉冲的调制频率，提高传输的信息容量。 材料色散：介质的折射率是波长的函数，不同波长的光在介质中的折射率不一样。 模式色散：不同模式的光脉冲在光学纤维中传播速度不同所产生的传输时间差。 §8.2 光纤材料 第三十页，共四十九页，2022年，8月28日 第八章 透光和导光材料 二、光纤材料特征值 2、传输带宽 影响传输带宽的两方面主要因素： （1）光脉波形冲畸变和展宽 （2）色散 构造色散：由光纤结构上的原因引起的光传播速度的变化。 在多模光纤中，限制传输带宽主要因素是模式色散。 在单模光纤中，影响传输带宽主要因素是材料色散。 3、模式分布和数值孔径 §8.2 光纤材料 第三十一页，共四十九页，2022年，8月28日 第八章 透光和导光材料 三、光纤材料的种类 光纤的种类很多，分类方法也多种多样。 1、按芯和包层的折射率分类 按芯和包层的折射率分布可分为阶跃型、梯度(渐变)型、色散移位型和色散平坦型。 （1）阶跃型光纤 阶跃型光纤由折射率为nl的均匀芯和折射率为n2＜nl的包层构成，径向折射率呈阶跃型分布。 §8.2 光纤材料 第三十二页，共四十九页，2022年，8月28日 第八章 透光和导光材料 三、光纤材料的种类 （2）梯度型光纤 梯度型光纤的折射率从轴心沿径向呈梯度减少，折射率分布一般呈抛物线。 （3）色散位移型光纤 色散位移光纤型是把零色散的波长位移到最低损耗窗口波长，如一般石英光纤零色散波长为 l.30 μm，而最低损耗窗口却为 1.55μm，此时损耗最低为0.14dB/km，但色散却达到20ps/km·nm。 §8.2 光纤材料 第三十三页，共四十九页，2022年，8月28日 第八章 透光和导光材料 三、光纤材料的种类 （3）色散位移型光纤 如改变其折射率分布，作成色散位移型光纤，零色散可移至 1.55μm 处，此时损耗仍在 0.17dB/km以下。 （4）色散平坦型光纤 色散平坦型光纤是使某个波长范围内的色散都处于一个平坦的低值。如色散平坦单模光纤的几种折射率分布可使1.3～1.6μm波段的色散小于2ps/km·nm。 §8.2 光纤材料 第三十四页，共四十九页，2022年，8月28日 第八章 透光和导光材料 三、光纤材料的种类 2、按传输模式分类 按传输模式不同，可分为单模光纤和多模光纤。 3、按光纤材料的组分分类 按光纤材料的组分分可分为石英光纤、多组分氧化物玻璃光纤、非氧化物玻璃光纤、晶体光纤和高聚物光纤。 （1）石英光纤 石英光纤是以SiO2 为主成分，添加GeO2、P2O5、B2O3等物质制成的。目前，通信用光纤都是高SiO2 玻璃光纤。 这类材料主要优点是损耗小于0.5dB/km，传输距离可达30公里，而且失真小。 石英光纤是长距离光通信的主要材料。 §8.2 光纤材料 第三十五页，共四十九页，2022年，8月28日 透光和导光材料 第一页，共四十九页，2022年，8月28日 光功能材料基本知识 当一束强度为I0的光入射到玻璃中时，在材料的表面会发生光的反射，另外光也会透过玻璃，常常透过的光的强度小于入射强度，这往往是由于玻璃会吸收一部分光。 光的入射、反射、透射、吸收和强度关系：I0＝ IR+ IT+ IA 透射率T：T= IT / I0 吸收率A：A= IA / I0 反射率R：R= IR / I0 一、材料的光学性能 T+A+R=1 透射率、吸收率和反射率的大小不仅与材料有关，还与光波的波长有关。 第二页，共四十九页，2022年，8月28日 光功能材料基本知识 根据透射率、吸收率和反射率之间的相对大小，材料可分为： 光透明的(transparent)材料：A、R很小，可见光几乎可以全部透过。 光半透明的(translucent)材料：可见光穿透比较困难。 光不透明的(opaque)材料：不能透过可见光。 光的折射 折射率和相对折射率 折射率与材料和入射光的频率有关。 一、材料的光学性能 第三页，共四十九页，2022年，8月28日 光功能材料基本知识 固体材料的透射、吸收和反射等光学性能的本质涉及电磁波与材料中原子、离子或电子的相互作用，最重要的二点是电子极化和电子的能量转换。 1、电子极化 二、材料光学性能的本质 电子极化影响介电常数，折射率与介电常数有关，反射率与反射界面二侧介质的折射率有关，所以电子极化对光学性能有