光钎通信器件 第五章 光纤的制造工艺和光器件课件.ppt

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1、1.光纤的制造工艺光纤的制作要求（1）透明；（2）能将其拉制成沿长度方向均匀分布的具有纤芯-包层结构的细小纤维；（3）能经受住所需要的工作环境。所以，简单地说，光纤是将透明材料拉伸为细丝制成的。制造光纤的材料应满足9/16/20211光纤通信器件光纤的制造工艺原料(SiO2和掺杂物质)制作预制棒对检验合格的预制棒进行拉丝原料检验成品预制棒检验9/16/20212光纤通信器件光纤预制棒的制作光纤预制棒简称光棒，是一种在横截面上有一定折射率分布和芯/包比的的透明的石英玻璃棒。根据折射率的不同光棒可从结构上分为芯层和包层两个部

2、分，其芯层的折射率较高，是由高纯SiO2材料掺杂折射率较高的高纯GeO2材料构成的，包层由高纯SiO2材料构成。光纤预制棒制造技术是光纤制作工艺的核心，光纤的制作方法取名于预制棒的制造方法。9/16/20213光纤通信器件光纤预制棒的制作制作方法四十年来，发展出很多种光纤制造工艺，经淘汰选择，目前比较流行且保持批量生产的有四种。OVDVADMCVDPCVD外部气相沉积法；气相轴相沉积法；改进的化学气相沉积法；等离子化学气相沉积法。外包技术。9/16/20214光纤通信器件拉丝9/16/20215光纤通信器件拉丝拉伸炉使预

3、制棒在高温下(2000~22000C)熔融，在重力的作用下往下垂，并形成细丝，经直径监控设备检测达到标准后，(最初的一滴熔融热玻璃从预制棒的底部拉出，延展成光纤的起点，一般情况这一起始段都是废品)，就可以穿过涂覆器，这样光纤表面就涂上了保护层。再经过紫外固化炉的固化，涂层就紧密结合在光纤表面，涂覆后的光纤由牵引轮牵引收到线轴上。正确地控制拉丝温度、收丝速度是至关重要的。9/16/20216光纤通信器件成品光纤的测试：性能测试：带宽、损耗、拉力强度等。光纤的外径为125±1μm，涂覆后的直径为250±10μm。单模光纤的波

4、段划分(单位：nm)O(原始)波段:1260-1360E(扩展)波段:1360-1460S(短)波段:1460-1530C(常规)波段:1530-1560L(长)波段:1560-1625U(超长)波段:1625-16759/16/20217光纤通信器件其他材料制作的光纤(1)多组分玻璃光纤：特点是纤芯-包层折射率变化范围大，NA大，但材料损耗大；(2)塑料光纤：成本低，但损耗很大，温度性能差；(3)中红外光纤：大于1.55um散射损耗低；(4)液芯光纤：纤芯为液体，可以满足特殊需要；(5)晶体光纤：纤芯为晶体，可用于制造

5、各种有源和无源光器件。9/16/20218光纤通信器件***自聚焦透镜（GradeindexLens）渐变折射率材料有径向渐变和轴向渐变折射率材料，自聚焦透镜是使用径向渐变折射率材料制成的透镜，其折射率分布式沿径向渐变的柱状光学透镜。具有准直、聚焦和成像功能。光线在空气中传播当遇到不同介质时，由于介质的折射率不同会改变其传播方向。传统的透镜成像是通过控制透镜表面的曲率，从而完成聚焦和成像功能的。自聚焦透镜同普通透镜(球透镜)的区别在于，自聚焦透镜材料不仅能够使沿径向传输的光产生折射，而且其沿径向逐渐减小的折射率分布，能够

6、实现出射光线被平滑且连续的汇聚到一点。9/16/20219光纤通信器件1、均匀折射率分布材料2、依靠弯曲的光学界面实现光学成像3、通过非球面来克服像差，提高成像质量1、渐变折射率分布材料2、依靠光线轨迹的弯曲实现光学成像3、通过优化折射率分布，提高成像质量9/16/202110光纤通信器件自聚焦光纤：折射率按平方分布的光纤－光纤的传播轨迹为正弦曲线－经一周期后又会聚到另一点。自聚焦透镜原理上就是一段自聚焦光纤。不同点：芯径大(2mm或更大)，长度短(仅1~2个周期)，数值孔径大(0.2~0.6，可由长短决定大小)；制作工

7、艺也不同，采用离子交换工艺。9/16/202111光纤通信器件优点：1、直径小，体积微型化，焦距超短；2、端面平面，便于光学加工、系统调节；3、长度和折射率改变可引起透镜焦距和成像特性的变化，可以起几个普通透镜的作用；4、像差可通过改变透镜材料组分和离子交换工艺来控制；5、还可用于弯曲传像;6、光线轨迹为sin或cos曲线，可形成“自聚焦”。主要应用：光纤通信中的光无源器件、复印传真机、摄影物镜、显微物镜和医用内窥镜等。9/16/202112光纤通信器件自聚焦透镜利用了梯度变折射率分布沿径向逐渐减小的变化特征，其折射率变

8、化由下式表述。N0——表示自聚焦透镜的中心折射率A——表示自聚焦透镜的折射率沿径向分布的常数(聚焦参数)，可以是A或。折射率分布的简化表示：9/16/202113光纤通信器件自聚焦透镜的重要特性：重要性能参数：焦距：f=-1/[n0A1/2sin(A1/2L)]聚焦参数：A=2D/a2数值孔径：NA=n0(2D)1/