光导纤维的种类及其应用.ppt

光导纤维,1,光导纤维是指光以波导方式在其中传输的光学介质材料,2,定义,1、发现 1870年，英国著名的物理学家丁铎尔在暗室里做试验，一股水流从容器的侧壁孔中向外流出。当人们从侧壁给水照明时，惊奇地发现，本来直线传播的光，现在竟沿着这股弯曲的水流在耀动，变得弯曲了。,3,一、光导纤维的发现及原理,2、原理 光能够在玻璃纤维或塑料纤维中传递是利用光在折射率不同的两种物质的交界面处产生“全反射”作用的原理。 3、结构 光纤主要由芯线和包层两部分组成。内芯具有高折射率，包层是低折射率，最外面为塑料护套。这样光在芯线与包层的界面上作多次全反射而曲折前进，不会透过界面。,1、按材质组成：玻璃光纤、塑料光纤、晶体及液芯等特种光纤等 2、按工作波长：紫外、可见、近红外及红外光导纤维。 3、按折射率：阶跃型、近阶跃型、渐变及其他光导纤维。 4、按传输模式：单模光纤、多模光纤。 5、按应用：通信光纤、传感光纤、传光光纤、激光光纤、红外光纤等,二、光导纤维的种类,主要应用于较长距离的光通信领域，取代同轴电缆和微波通信，它又可分为石英光纤、氟化玻璃光纤和硫化玻璃光纤等。,4,（一）玻璃光纤,石英光纤,氟化物保编光纤,玻璃光纤之,1、硫化玻璃光纤 硫化物玻璃光纤具有较宽的红外透明区域(1.2-12m)，有利于多信道的复用。 硫化物玻璃有较低的结晶趋势和高机械化学稳定性，适 合作有源和无源光纤器件。,5,硫化玻璃光纤,硫化物玻璃光纤具 有很大的非线性系 数，用它制作的非 线性器件，可以有 效地提高光开关的 速率，开关速率可 以达到数百Gb/s以 上. 哈哈，你不知道吧,玻璃光纤之,2、重金属氧化物玻璃光纤 重金属氧化物玻璃光纤是以GeO2、La2O3、TeO3和GO- AL2O3等玻璃为基础的光纤。 重金属氧化物玻璃光纤声子具有声子能量小、红外透过范围广、稀土掺杂浓度高、非线性折射率高等优点，在光纤放大器、非线性光纤等方面得到了 广泛研究与应用。,6,增益可调掺铒光纤放大器,微型掺铒光纤放大器,塑料光纤(Polymer Optical Fiber，简写POF)是由高折射率的聚合物材料为纤芯和低折射率的聚合物材料为包层所构成的光纤。,7,（二）塑料光纤（POF）,1、低损耗塑料光纤 由于聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA)中的损耗主要取决于分子振动吸收和瑞利散射，其损耗不能显著降低。 用氘取代CH中的H是降低损耗的重要途径，氘化的主要作用是降低分子振动吸收，氘代度越高，损耗水平越低。 由于氘化单体的聚合速率较缓慢，聚合物的内应力小，所以氘化也能降低瑞利散射。,8,塑料光纤之,低损耗PMMA塑料光纤,2、耐热塑料光纤 普通的塑料光纤耐热性不高，一般在80以下，而 无机光纤至少可在100以上的温度下使用。,3、耐湿塑料光纤 塑料光纤容易吸潮，而水能增强芯材聚合物CH的振动吸收，使光纤的损耗增大。 将脂肪环、苯环和长链烷基引入芯材聚合物中，能提高塑料光纤的耐湿性。另外，改善包层或增加包层数也可以改善塑料光纤的耐湿性。,9,塑料光纤之,4、荧光塑料光纤 荧光塑料光纤是在芯材中掺入一定量的荧光剂，其入射断面输入特定波长的光，这种光为荧光剂所吸收，然后发出另一特定波长的光，由塑料光纤出射端面输出。 荧光塑料光纤可制成特殊的光纤传感器，也可制作成功率放大器。,10,塑料光纤之,3、耐湿塑料光纤 塑料光纤容易吸潮，而水能增强芯材聚合物CH的振动吸收，使光纤的损耗增大。 将脂肪环、苯环和长链烷基引入芯材聚合物中，能提高塑料光纤的耐湿性。另外，改善包层或增加包层数也可以改善塑料光纤的耐湿性。,5、非线性塑料光纤 制作：采用偶极性有机材料同芯材混合，用垂直机头牵引挤出成型，并在靠近模头处设置高强直流电场，这样处于黏流态聚合物中的偶极性有机物获取电场取向，随着黏流态聚合物的冷却成型，非线性有机材料偶极取向固定，从而获得非线性塑料光纤。 应用：这种非线性塑料光纤可制作成电光及非线性光学器件，是一种新型的塑料光纤。,11,塑料光纤之,1、偏振保持单模光纤 偏振保持光纤，指能使输入该光纤的线偏振光独立、稳定地在光纤中传输的一种单模光纤。,12,（三）特种光纤,单偏振态空气包层光子晶体光纤,偏振切换器,2、大芯径大数值孔径光纤 芯径和数值孔径大于标称值，即芯径大于625微米、数值孔径大于023微米的光纤。 特点：损耗大、带宽低。,枪用光纤传像瞄准镜,光纤内窥镜,3、液芯光纤 采用液体材料作为芯、聚合物材料作为光学包层和保护层的光纤。 特点：大芯径、大数值孔径、光谱传输范围广、光谱传输效率高、使用寿命长等。,13,特种光纤之-,液体光导管,光子晶体光纤(Photonic Crystal Fibers , PCF)又被称为微结构光纤（Micro-Structured Fibers, MSF)。 它的横截面上有较复杂的折射率分布，通常含有不同排列形式的气孔，这些气孔的尺度与光波波长大致在同一量级且贯穿器件的整个长度，光波可以被限制在低折射率的光纤芯区传播。,4、光子晶体光纤,传输衰减小,距离长; 传输频带宽,通信容量大; 特点 抗电磁干扰,传输质量好; 体积小,重量轻,便于施工; 原材料丰富,节约有色金属,环保;,14,三、光导纤维的应用,用于局域网，城域网的光纤线路,1、通信领域,3、照明和光能传送领域 利用光导纤维进短距离可以实现一个光源多点照明，光缆照明。还可用于易燃易爆潮湿和腐蚀性强的环境中不宜架设输电线及电气照明的地方作为安全光源。,15,光导纤维的应用之-,建筑照明,建筑照明的目的 是根据不同建筑物以及不同场合的视觉要求，使照明区域获得良好的视觉效果。且照度合理、显色性好、亮度分布均匀。同时在充分利用好自然光的基础上，选择最佳控制方式，达到节能降耗的目的。,一、光学基本概念 1.光和光通量 光是一种辐射能,其本质是一种电磁波,可见光的波长为380780mm。 光通量是指单位时间内光辐射能量的大小，即光源发出光的量。其符号为，单位为流明(1m)。 光效（lm/W）电光源每消耗1瓦功率所发出的流明数。光效是衡量电光源性能优劣的重要指标，光效越 高越好。,建筑照明的基本概念,2发光强度(光强)：其表示光源在不同方向上光通量的分布特性。其符号为J，单位为坎德拉(cd)。 3亮度：可以简单定义为表面上一点在给定方向、单位面积上的光强。其符号为L。单位为每平方米坎德拉(cd)，又称尼特。 4照度：是指被照面上所接受的光通量。其符号为正，单位为勒克斯(1x)。,（1）照明方式 一般照明:在整个场所或场所的某部分照度基本均匀的照明 局部照明:为照亮某个局部而设置的照明称为局部照明 混合照明:对于工作位置需要较高照度,而对光照方向有特殊要求的场所宜采用混合照明,（2）照明种类 工作照明：正常工作时用来保证被照明场所正常工作时具有适合视力条件的照度。 事故照明：用于在工作照明因故障失去后，维持暂时继续工作或安全疏散人员。 值班照明：在非生产时间供值班人员使用的照明称为值班照明。 警卫照明：用于警卫地区周界的照明。 障碍照明：装设在建筑物上作为障碍标志用的照明。,1白炽灯： 靠电流加热钨丝到白炽程度引起热辐射发光的,结构见图。 特点:是构造简单，价格低，能迅速点燃，不需要启动时间，显色性好，有高度的集光性，便于光的再分配，使用方便。但光效低、使用寿命短，耐振性差、运行费用较高。 适用：频繁开关场所,(二)建筑照明常用的光源,2.卤钨灯： 与白炽灯的原理相近，只是在灯管内充入微量的卤化物（碘、溴）等惰性气体来延长其寿命。它的耐振性差，不宜用在有振动的场所。,3荧光灯： 荧光灯为低压汞蒸气放电灯。灯管可做成直形、环形、U形、H形等。 特点：是光色好、光色柔和、光效较高、寿命长。但需镇流器、启辉器等附件，温度及电压低时启动困难，不易调光，有频闪，会降低对运动物体的分辨能力。,4高压汞、钠灯 利用石英玻璃做成放电管，内充汞、氩气或再充入钠，靠电极击穿放电产生的弧光来发光。 特点：是体积小、光效高。但显色性差，低温低压时启动难，熄灭后再启动需515rain不等。,5金属卤化物灯 在高压汞灯内添加了某些金属卤化物，通过金属卤化物的循环作用，不断向电弧提供金属蒸气，金属原子在电弧中受电弧激发而辐射发光。 特点：是光效高，光色较好，启动电流低，光通量受电压影响小。,一、室内照明 不同使用功能的建筑物的照明设计需要重点注意以下问题：,室内、室外照明及应急照明,室外照明的范畴： 1.广场及道路照明： 各种广场灯、路灯等。 2.航空障碍灯： 在机场保护区、航路上的人工障碍体以及高大建筑物为防止飞机碰撞而在规定的位置上装设的飞行障碍标志灯。 3.景观照明：庭园灯、草坪灯、雕塑灯、树灯、喷泉灯、激光灯、水下灯等等。 4.建筑物立面照明： 可以体现建筑物夜景效果。包括泛光照明、轮廓照明以及内透光照明等。,(一)应急照明的分类 1疏散照明： 是指正常照明失效后，用作安全正确引导人员至安全出口而设置的指示性照明。包括安全出口标志灯、疏散指示标志灯和疏散照明灯。 2备用照明： 是指正常照明失效后，用作继续进行正常工作或活动而设置的照明。 3安全照明： 是指正常照明失效后，为确保处于潜在危险的人或物的安全而设置的照明。,三、应 急 照 明,(二)对应急照明的要求 1.应急照明必须采用能够瞬时启动的光源。 2.当正常电源断电时，照明应该自动转换为应急电源工作状态。 疏散照明和备用照明时不应大于15s；安全照明时不应大于0.5s；自带电源型应急灯 和集中电源型应急灯，当正常电源断电转换为应急电源供电再 燃亮的时间不应大于1.5s。 3疏散照明的地面水平照度不应低于0.51x，人防工程l.0lx。 其他场所的备用照明应不低于正常照明的10。 4.安全出口标志灯设在出口顶部。疏散通道的指示标志距地面 1.Om以下的墙上，间距不大于20m。人防及地下建筑内不大于 10m。 5.应急照明和疏散指示标志，可采用蓄电池作备用电源。 断电后连续工作时间不应小于20rain。百米以上超高层建 筑及人防工程连续供电时间不应小于30min。,一、建筑照明灯具 灯具-是把光源发出的光进行再分配的装置。即灯泡和灯罩的总称 1作用：灯具的作用包括合理配光、防止眩光、提高光源使用率、保护光源免受机械损伤并为其供电，保证照明安全以及装饰美化环境等。 2特性：灯具的特性主要包括灯具的效率、配光曲线和遮光角等。,建筑照明灯具及绿色照明,3分类： (1)按光通量在空间上下两半球的分配比例分类分为,3分类： (2)按结构形式不同分类分为：开启式、保护式、密封式、防爆式。,一、建筑照明灯具,3分类： (3) 按固定方式分类分为,3分类： (4) 按用途分类分为：功能型灯具，解决“亮”的问题，如荧光灯、路灯、投光灯、聚光灯等；装饰性灯具，解决“美”的问题，如壁灯、彩灯、吊灯等。当然，两者相辅相成，既亮又美的灯具也不少见。 (5)特殊场合使用的灯具，防潮灯具；防尘灯；防爆灯；紫外线消毒灯及防蝇灯；导向灯等等。,一、建筑照明灯具,所谓“绿色照明”，是在20世纪90年代提出的一种理念，是以在照明工程中倡导节约能源、减少污染、保护环境为原则，来提高人们的工作和生活质量。与“绿色建筑”、“绿色工业”、“绿色农业”等冠以“绿色”头衔的各种称谓具有类似的含义。 实现并发展“绿色照明”需解决以下三个主要问题： 1加速研发并大量采用节能、环保、高效的光源和灯具 2优化照明设计，合理选配照度 3改善控制手段，提高控制水平 4充分利用天然采光、定期清扫灯具以提高光效等也是实现“绿色照明”的有效方法。,二、绿色照明,购物广场照明,商业照明的基本要求,吸引顾客的注意 引起顾客的兴趣 烘托店堂的气氛,给顾客以视觉导向 照明应有整体性和可变性,散射效果,高亮度气氛,商场一般照明,筒灯照明系统,线型和模块照明,紧凑型筒灯,CFL QL,HID 卤素灯,TL PLL,重点照明 局部照明,窄光束 大功率 较宽光束 紧凑型 线型光源 照射小区域 射灯 重点透射 筒灯 系统,不同区域照明需要不同光源,一般照明,陶瓷金属卤化物灯,卤素灯 荧光灯,高显色高压钠灯 SON (SDW-T) 石英金属卤化物灯,低压卤素灯 紧凑型 主电压卤素灯 荧光灯,店中店 充分利用店中一切可利用的面积陈列商品以便销售 利用顶棚装饰 灯具作为室内装修重要景观的一部分 新型材料 装饰墙壁或顶棚 暗藏光源或明装光源或自然光综合考虑,商店发展趋势,电器控制: -调光功能,不同色温 视觉舒适: -无眩光和热量辐射 -随着天或季节时间不同照明情况也不一样 综合设计: -模仿剧院或工作室采用非专业的重点照明灯具 -模仿工业照明高或低顶棚采用悬挂式或透明棱晶发射灯具 综合艺术设计: -采用灯具隐藏在墙或天花板里,照明是室内装修设计重要部分,暗藏灯具,使用光源: 2500K SDW 3000K CDM 4200K CDM,店中店,光源: CDM-TC CDM-R,定向照明筒灯小型化趋势,模仿工业照明悬挂式灯具趋势,光源: SDW-T CDM-TP,重点装饰筒灯照明 室外装饰景观照明 公共建筑,宾馆及办公室大堂照明 餐馆及饭店照明,紧凑型HID的应用,LED发展 LED封装形式 LED发光原理 LED的色彩 LED与传统光源比较,Bridgelux North China Senior FAE Mark,早期LED外观形式,发光二极管于1968GaAsP红光LED首先被商业化,其光电转换效率仅约0.1 AlGaAs是最早被开发完成,并大量生产的高亮度LED,其能隙宽度恰好适合于制作高亮度红光 AlInGaP适合制作高亮度红,橘,黄及黄绿光LED,商业上以MOVPE磊晶法进行 InGaN材枓适合于高亮度深绿,蓝,紫及紫外光LED之使用 日亚自1993年开始量产蓝光LED后,陆续推出蓝光,深绿光LED及紫外,白光等InGaN为基础之各式LED,LED材料发展史,通讯业 : 手机被光源及按键光源,指示灯 汽车业 : 第三煞车灯,方向灯,尾灯,侧灯,车内 室内灯,阅读灯,仪表板背光源 交通号志 : 红绿灯,行人号志灯,施工警示灯,车道分隔标示,跑道灯,讯息指示 显示广告牌 : 全彩广告牌,车站,航空站,室内外显示广告牌 照明业 : 庭园灯,造景灯,室内外商业，装饰照明 红外线LED : 遥控器,无线传输,光纤通讯 装饰品 : 圣诞灯,光棒, 广告业 : Channel letter,灯箱等,LED目前应用的范围,照明史上革命性的突破进展,白光LED的发明是自从愛迪生发明灯泡以來，照明史上最具革命性的突破进展,光源的相对尺寸,超长寿命 (50-100K Hours) 减少维修成本 省能源 每瓦流明已高于白白炽灯和卤素灯炮 体积超小, 无限的设计弹性 絶佳的光学控制, 可达成最大的系统效率 饱合鲜艳的色彩, 无须滤(色)片即可制造彩色 絶佳的色彩/色温控制 无紫外线; 无红外线 全域调光 不会造成色彩差异 固态式照明, 完全不怕振动 瞬时点亮 1,000,000,000 以上点灭 光源不含水银 可冷启动 (可于 -40C 点灯) 光源本身为低伏的DC驱动,二、灯具的分类,（一）吊灯 吊灯适用于客厅。吊灯的花样最多，常用的有欧式烛台吊灯、中式吊灯、水晶吊灯、羊皮纸吊灯、时尚吊灯等，用于居室的分单头吊灯和多头吊灯两种，前者用于卧室、餐厅；后者用于客厅安装，吊灯的安装高度，其最低点应离地面不小于2.2米。,（二）吸顶灯 吸顶灯常用的有方罩吸顶灯、圆球吸顶灯、尖扁圆顶吸顶灯、半圆球吸顶灯，吸顶灯适合于客厅、卧室、厨房、卫生间等处照明。吸顶灯可直接装在天花板上，安装简易、款式简单大方，赋予空间清朗明快的感觉。,（三）落地灯 落地灯常用于作局部照明，不讲全面性，而强调移动的便利，对于角落气氛的营造十分实用。落地灯的采光方式若是直接向下投射，适合于阅读等需要精神集中的活动，可以调整整体的光线变化。落地灯罩下边应离地面1.8米以上。,（四）壁灯 壁灯适合于卧室、卫生间照明。常用的有双头玉兰壁灯、双头橄榄壁灯、双头鼓形壁灯、双头花边壁灯、玉柱壁灯、镜前壁灯。壁灯的安装高度，其灯泡应离地面不小于1.8米。,（五）台灯 台灯按材质分陶灯、木灯、铁艺灯、铜灯等，按功能分护眼灯、装饰台灯、工作台灯等，按光源分灯泡、插拔灯管、灯珠台灯等。,（六）筒灯 筒灯一般装设在卧室、客厅、卫生间的周边天棚上，这种嵌装于天花板内部的隐置性灯具，所有光线都向下投射，属于直接配光，可以用不同的反射器、镜片、百叶窗、灯泡来取得不同的光线。筒灯不占据空间，可增加空间的柔和气氛。,（七）射灯 射灯可安置在吊灯四周或家具上部，也可以置于墙内、墙裙或踢脚线里。光线直接照射在需要强调的家什器物上，以突出主观审美作用，达到重点突出、环境独特、层次丰富、气氛浓郁、缤纷多彩的艺术效果。,看，星星Starrynight星星吊灯,“Starrynigh