光学玻璃纤维课件

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1、2.4光学玻璃纤维2.4.1概述上世纪70年代，低损耗石英光学纤维的制造成功，使光信号的远距离传输（光纤通信）进入实用化阶段。（被认为是上世纪的最大发明之一）。与利用电流通过铜线进行通信的方式相比，光纤通信的容量大（一根光纤可传送铜线100～1000倍的通信量）、无杂音（因电磁感应而引起）、无短路现象，是一种廉价、轻便、保密的全新通信方式。光通信简单地表示如下：信息（声音或图像）→电信号→光信号→电信号→信息用光纤传送的光波主要是由GaAs或者GaAlP等半导体激光器发射出的0.85um，1.3um，以及1.6um等单色光，所以，半导体激光器的开发也对光通信

2、的发展起了重要作用。2.4.2光学纤维的结构和种类1、结构光学纤维一般都是由芯子与包层两部分组成。芯子是由高折射率的石英玻璃或多组分光学玻璃制成的，包层是由低折射率的玻璃或塑料制成的。为了保护光学纤维不受损坏，最外面再加一层塑料套管。从光学纤维内部折射率的分布情况看，其结构主要有两种：阶跃型光纤：芯子与包层间折射率的变化是阶梯状的，入射光线进入光纤后在芯子与包层的界面上产生全反射，呈锯齿状曲折前进。梯度型光纤：芯子的折射率从中心轴线开始沿着径向逐渐减小，因此，入射光线进入光纤后，偏离中心轴线的光将呈曲线路径向中心集束传输，故梯度型光纤又称聚焦型光纤。梯度型光

3、纤中折射率的分布大致以抛物线状为最佳，光束传输时，形成周期性的会聚和发散，呈波浪式前进。3.光纤种类光纤的分类用途折射率分布传输模式芯子材料包层材料通光波段传输信息（光通信纤维）阶跃型梯度型单模多模石英玻璃多组分玻璃石英玻璃多组分玻璃紫外（1000埃）近红外传输能量（导光纤维）晶体塑料0.85－1.55um全塑料中红外2－10.6um在石英系列玻璃中，要制备比纯SiO2玻璃折射率小的玻璃，一般通过在SiO2中加入B2O3或F，而要获得比纯SiO2玻璃折射率大的玻璃则通过在SiO2中加入GeO2或P2O5。2.4.3光学纤维的传输特性1、光学纤维的传输模式光学

4、上把具有一定频率、一定偏振状态和传播方向的光波叫做光波的一种模式（波型）。若一种光纤只允许传输一个模式的光波，则称它为单模光纤；如果一种光纤允许同时传输多个模式的光波，就称它为多模光纤。多模光纤直径为几十至上百微米，与光波的波长相比大得多，因此，许多模式的光波进入光纤后都能满足全反射条件，在光纤中得到正常的传输。在光纤的输出端可以看到光强度分布的不同花样，即在输出端出现多个亮斑，一个亮斑就代表多模光纤所传输的一种模式的光波。多模光纤的传输频带主要受到模式色散的限制，传输的信息量不大。（模式色散指不同模式的光脉冲在光纤中传播速度不同所产生的传输时间差，将造成光

5、脉冲形状的改变）单模光纤的直径非常细，只有3～10um，同光波的波长相近。在这样细的光纤中，只有沿着光纤轴线方向传播的一种模式的光波满足全反射条件能得到正常传输，其余模式的光由于不满足全反射条件而在光纤中传输一段距离后很快被淘汰。单模光纤不存在模式色散，传输频带比多模光纤宽，传输的信息量大，在大容量、长距离光纤通信中单模光纤具有很好的应用前景。但单模光纤直径太细，制造工艺要求高，使用还不普遍。而多模光纤直径较粗，制造工艺比单模光纤简单，使用中光纤的连接与耦合也容易得多，所以在光通信中广泛使用的大多是多模光纤。（现在，通过对多模光纤折射率断面的设计，可以使其模

6、式色散显著降低，从而使其传输频带特性得到改善。）2、光学纤维的损耗特性光纤通信能够成为现实，是与玻璃制造上的缺陷完全被除去使玻璃本身达到高纯化，以致在通过数公里长的光纤时，光能无损耗地传送分不开的。人们或许会想，玻璃本来就是透明的，很容易透过光线，只要将玻璃制成纤维就可以得到像电话线那样使用的光纤。但是，玻璃为透明的常识只能适用于眼镜片或窗玻璃等几毫米厚的玻璃、或者是棱镜等最大1～20cm厚度的玻璃制品，而对于像电话线那样以km为单位的长距离来说，通常所制造的玻璃是完全不透明的。即使是没有内部缺陷的表面看起来非常透明的窗玻璃，在厚度达到30cm左右时，透过光

7、的强度就要减小到入射光的一半，厚度达到10m时，则光强度减小到百亿分之一。质量最高的光学玻璃在厚度达到10m时，透过光强度也要减小到1/4，厚度达到100m时，则减小到百万分之一。相对于这些普通玻璃制品，光纤的损耗却非常小，在经过1km长的光纤后，光强度还可以剩下50～90％。光学纤维的传输损耗以下面的dB（分贝）/km单位来表示。10损耗（dB/km）＝——log10（I0/I）LL是以km为单位的纤维长度，强度为I0的光在光纤中传输1km之后强度减小到I时，它们之比I0/I的对数的10倍为1dB/km。例如，损耗为2dB/km时，利用上式计算，可知在传输

8、1km之后光强度还剩下60％，如果损耗为0.5dB/