光纤材料与光纤通信.ppt

光纤材料与光纤通信机材学院机材学院 A1041 A1041 ********** ********** 褚小菲褚小菲 1 1简介自 3O 年前高锟博士预示石英玻璃总衰耗降至 20 dB / km 以下有望作为光通信介质之日起,人们对光纤的各种应用及相应制造材料一直进行着艰辛的探索。今天光纤已被广泛应用于通信、广播电视及各种传感领域。 2 23 3目录目录?简介??一一光纤定义及成分光纤定义及成分??二二工作原理工作原理??三三光纤种类光纤种类??四四光纤优点光纤优点??五五光纤结构光纤结构?六光纤通信的发展历史??七七光纤技术的发展前景光纤技术的发展前景 4 4一一光纤定义及成分光纤定义及成分??光纤是光导纤维的简写,是一种利用光在玻璃或光纤是光导纤维的简写,是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。一般由纤芯、包层和涂敷层构成的多层介工具。一般由纤芯、包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。质结构的对称圆柱体。??目前通信用的光纤,主要是石英系光纤,其主要目前通信用的光纤,主要是石英系光纤,其主要成分是高纯度的成分是高纯度的 SiO SiO 2 2。。如果在石英中掺入某些杂如果在石英中掺入某些杂质,使其折射率高于质,使其折射率高于 SiO SiO 2 2, ,即形成光纤的纤芯。同即形成光纤的纤芯。同样如果在石英中掺入折射率低于石英的掺杂剂, 样如果在石英中掺入折射率低于石英的掺杂剂, 即成为包层。即成为包层。纤芯中广泛应用的掺杂剂为二氧化纤芯中广泛应用的掺杂剂为二氧化锗( 锗( GeO GeO 2 2)、五氧化二磷)、五氧化二磷(P (P 2 2O O 5 5) )等, 等, 而包层中主而包层中主要的掺杂剂为三氧化二硼( 要的掺杂剂为三氧化二硼( B B 2 2O O 3 3)、***( )、***( F F)等)等?? 5 5 光导纤维的制造工艺简介光导纤维的制造工艺简介光纤是由圆柱形的预制棒拉制而成的,因而光纤的生产光纤是由圆柱形的预制棒拉制而成的,因而光纤的生产工艺主要包括制造圆柱形预制棒和拉丝工艺。工艺主要包括制造圆柱形预制棒和拉丝工艺。预制棒的制造方法主要有化学汽相沉积法,如改进的化预制棒的制造方法主要有化学汽相沉积法,如改进的化学汽相沉积法学汽相沉积法 MCVD (Modified Chemical VapoDeposition) MCVD (Modified Chemical VapoDeposition) 。。 MCVD MCVD 是目前使用最广泛的预制棒生产工艺。是目前使用最广泛的预制棒生产工艺。 MCVD MCVD 法生产法生产光纤预制棒的基本原理是用氧气按特定的次序将光纤预制棒的基本原理是用氧气按特定的次序将 SiO SiO 2 2、、 GeCl GeCl 4 4、、 BCl BCl 3 3送入旋转的高纯硅管中,硅管维持较高的温度, 送入旋转的高纯硅管中,硅管维持较高的温度, 使硅和掺杂元素使硅和掺杂元素(Ge (Ge 、、B B等等) )按受控方式产生化学反应。反应按受控方式产生化学反应。反应的产物均匀沉积在硅管的内壁,随着沉积不断产生,中空的的产物均匀沉积在硅管的内壁,随着沉积不断产生,中空的硅管逐渐被封闭。硅管逐渐被封闭。 SiCl SiCl 4 4 +O +O 2 2→→ SiO SiO 2 2 +2Cl +2Cl 2 2↑↑ 4BCl 4BCl 3 3 +3O +3O 2 2→→ 2B 2B 2 2O O 3 3 +6Cl +6Cl 2 2↑↑最后沉积光纤的纤芯, 最后沉积光纤的纤芯, 其氧化反应过程为: 其氧化反应过程为: SiCl SiCl 4 4 +O +O 2 2→→ SiO SiO 2 2 +2Cl +2Cl 2 2↑↑ GeCl GeCl 4 4 +O +O 2 2→→ GeO GeO 2 2 +2Cl +2Cl 2 26 6二二工作原理工作原理??光导纤维是由两层折射率不同的玻璃组成。一般内芯玻璃光导纤维是由两层折射率不同的玻璃组成。一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大的折射率比外层玻璃大 1% 1% ,根据光的折射和全反射原理, ,根据光的折射和全反射原理, 当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时,光线透不过界面,全部反射。这时光线在界面经过角时,光线透不过界面,全部反射。这时光线在界面经过无数次全反射,以锯齿状路线在内芯向前传播,最后传至无数次全反射,以锯齿状路线在内芯向前传播,最后传至纤维的另一端。纤维的另一端。光纤主要有两项特性:损耗和色散。光纤主要有两项特性:损耗和色散。光光纤每单