光通信的传输材料.doc

光通信的传输材料光通信的线路采用像头发丝那样细的透明玻璃纤维制成的光缆。在玻璃纤维中传导的不是电信号,而是光信号,故称其为光导纤维。远距离通信的效率高,容量极大,抗干扰能力极强。 现代科学创造的奇迹之一，是使光像电流一样沿着导线传输。不过，这种导线不是一般的金属导线，而是一种特殊的玻璃丝，人们称它为光导纤维，又叫光学纤维，简称光纤。 1870年，英国科学家丁达尔做了一个有趣的实验：让一股水流从玻璃容器的侧壁细口自由流出，以一束细光束沿水平方向从开口处的正对面射入水中。丁达尔发现，细光束不是穿出这股水流射向空气，而是顺从地沿着水流弯弯曲曲地传播。这是光的全反射造成的结果。 光导纤维正是根据这一原理制造的。它的基本原料是廉价的石英玻璃，科学家将它们拉成直径只有几微米到几十微米的丝，然后再包上一层折射率比它小的材料。只要入射角满足一定的条件，光束就可以在这样制成的光导纤维中弯弯曲曲地从一端传到另一端，而不会在中途漏射。科学家将光导纤维的这一特性首先用于光通信。一根光导纤维只能传送一个很小的光点，如果把数以万计的光导纤维整齐地排成一束，并使每根光导纤维在两端的位置上一一对应，就可做成光缆。用光缆代替电缆通信具有无比的优越性。比如20根光纤组成的像铅笔精细的光缆，每天可通话7.6万人次，而1800根铜线组成的像碗口粗细的电缆，每天只能通话几千人次。光导纤维不仅重量轻、成本低、铺设方便，而且容量大、抗干扰、稳定可靠、保密性强。因此光缆正在取代铜线电缆，广泛地应用于通信、电视、广播、交通、军事、医疗等许多领域，难怪人们称誉光导纤维为信息时代的神经。我国自行研制、生产、建设的世界最长的京汉广(北京、武汉、广州)通信光缆，全长3047公里，已于1993年10月15日开通，标志我国已进入全面应用光通信的时代。 光纤传导光的能力非常强，能利用光缆通讯，能同时传播大量信息。例如一条光缆通路同时可容纳十亿人通话，也可同时传送多套电视节目。光纤的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听。光缆的质量小而细，不怕腐蚀，铺设也很方便，因此是非常好的通讯材料。目前许多国家已使用光缆作为长途通讯干线。我国也开始生产光导纤维，并在部分地区和城市投入使用。随着时代的进步和科学的发展，光纤通讯必将大为普及。 光纤除了可以用于通讯外，还可以用于医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。例如，可将光导纤维内窥镜导入心脏，测量心脏中的血压、温度等。在能量和信息传输方面，光导纤维也得到了广泛的应用。9表1 石英玻璃的化学纯度名称 单位 10-4 %Al Fe Ca Mg Ti Cu Mn Ni Pb Sn Cr BK Na Li OH电熔石英玻璃 32 2.0 1.5 1.5 2.08 0.2 0.27 0.2 0.2 0.3 0.3 0.2 2.12 5.31 0.3 5气炼石英玻璃 16 0.92 1.5 0.4 1.0 0.01 0.05 0.3 0.3 0.3 0.3 0.2 1.49 1.67 0.3 400电弧石英玻璃 10.4 0.3 0.6 0.3 1.35 0.05 0.05 0.3 0.03 0.03 0.03 0.1 0.7 1.0 1.0 27合成高纯石英玻璃 0.37 0.31 0.27 0.04 0.03 0.03 0.01 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 0.5 0.5 0.03 1200红外光学石英玻璃 35 1.45 2.68 1.32 1.06 0.22 0.07 0.03 0.03 0.03 0.03 0.3 2.2 3 0.3 5紫外光学石英玻璃 3.9 0.4 3.5 1.2 0.45 0.1 0.02 0.06 0.04 0.02 0.03 0.1 0.5 1.5 0.05 1200不透明石英玻璃 56 7.4 15.3 1.57 1.5 0.2 0.1表2 各种溶液侵蚀石英玻璃的重量损耗溶液名称浓度（比重）温度（）浸蚀时间（小时 ）重量损耗（克/米2 ）透明石英玻璃不透明石英玻璃盐酸1.1960240.0340.16硝酸1.40115240.110.15硫酸1.84205240.060.13氢氟酸38%室温（22）2259.39379.80磷酸200/ 30015微量58.00氢氧化钠1%10120.805.15氢氧化钾1%9820.684.63氢氧化铵25%6520.090.33氯化钠10%10220.140.34碳酸钠10%10221.204.99表3 各种离子在石英玻璃中的扩散系数透明石英玻璃合成石英玻璃Na+210-4510-5Ca2+210-8Al3+10-1210-12Ag+10-510-7 注： 1.在1100下的扩散系数 2.单位：厘米2/秒 在常温下，可以认为石英玻璃是不透气的，在高温（例如700）下，某些气体的透气常数也很小。因此可以用在高温高真空装备中。石英玻璃的透气常数及用石英玻璃作容器连续抽真空所的最高真空度见表4、表5.表4 石英玻璃容器连续抽真空所获得的最高真空度（实验条件）种类真空度（毫米汞柱）及温度（）20900透明石英玻璃3.710-67.010-6不透明石英玻璃110-57.410-6表5 石英玻璃的透气常数K气体透气常数K2004006007008009001000氦1.396.1516.421.928.536.245.4氢0.0220.37 01.432.524.256.4010.0氘（重氢）17氖2.84.2氩10-15氧10-15氮10-15单位：10-10厘米3.毫米/秒.厘米2乇（在标准压力下）表6 石英玻璃的电性能性能名称电性能指标及种类透明石英玻璃不透明石英玻璃耐击穿电压（仟伏/毫米）室温3016500117.6介电常数（106赫）3.73.5介电损耗tg(50周/秒)0.00030.001电阻（欧姆.厘米）20110191101550031081107100011063104石英玻璃具有很高的介电强度和极低的导电率，即是在高温、高压和高频下，仍能保持很高的介电强度和电阻，在所应用的频带内几乎没有介电损耗，因此石英玻璃是优良的高温介电绝缘材料。石英玻璃的折射率及光学常数见表7、表8. 表7 光学石英玻璃的折射率（之一）波长（毫微米）水晶熔制石英玻璃合成石英玻璃185.411.57464-193.531.56071-202.541.547291.54717206.201.542691.54266213.85-1.53434214.451.53385-226.501.523181.52299232.941.51834-237.83-1.51473248.20-1.50841250.201.50762-257.621.503971.50351265.36-1.49994274.871.49634-280.35-1.49403289.36-1.49098298.061.488591.48837307.59-1.48575313.17-1.48433328.361.48183-334.15-1.47976340.361.478771.47860346.691.477661.47748361.171.475131.47503365.48 - 1.47448398.841.47028-404.65-1.46961435.831.466791.46669486.131.463241.46314546.071.460211.46007587.561.458571.45847656.271.456461.45637 注：测量误差：310-5 表7 光学石英玻璃的折射率（之二）波长(微米)折射率波长(微米)折射率0.671.4560661.301.4469800.681.4558181.401.4458450.691.4555791.501.4446870.701.4553471.601.4434920.801.4533711.701.4422500.901.4518081.801.4409541.001.4504731.901.4399571.101.4402612.001.4381741.201.4481102.101.4366802.201.4351112.901.4216842.301.4334623.001.419372.401.4317303.101.416942.501.4299113.201.414402.601.4280013.301.411732.701.4259953.401.408932.801.4238913.501.40601 表8 石英玻璃的光学常数项目指标及品种水晶熔制石英玻璃合成石英玻璃Nd(He587.56m)1.458571.4587Nf(H486.13m)1.463241.46314Nc(H656.27m)1.456461.45637色散系数 V=(Nd-1)/(Nf-Nc)67.667.7中部色散: Nf-Nc0.006780.00677石英玻璃的粘度，导热率、比热及使用温度等见表9,10,11,12,13. 表9 石英玻璃的粘度（应变点、退火点、软化点）与温度的关系粘度(lg,泊)水晶石英玻璃合成石英玻璃应变点 14.5107525102525退火点 13.0114025112025软化点 7.6173040160040加工范围 581700210016002000 表10 石英玻璃的导热系数温度()导热系数卡/厘米.秒.透明石英玻璃不透明石英玻璃200.003310.002971000.003670.003452000.003940.00386300-4000.004470.00453500-6000.004840.00503700-8000.005140.0053410000.005470.0055012000.005810.00569表11 石英玻璃的比热温度()比热（卡/克.）透明石英玻璃不透明石英玻璃-2500.007-1000.112-00.168-200.2130.205100-2000.2130.2053000.2200.2184000.2300.2285000.2240.2376000.2400.2427000.2500.2478000.260-10000.273-1200- 表12 石英玻璃的使用温度使用状况度最大连续工作温度最大短期工作温水晶熔制石英玻璃11001300合成石英玻璃9501200不透明石英玻璃8001000 表13 石英玻璃与其它材料热膨胀值的比较（1米长试样的膨胀值）材料0500（mm）01000（mm）热膨胀值的比较（0500，倍）石英玻璃0.270.481硬质玻璃1.8-6.7平板玻璃5.0-18.3高铝砖4.07.914.8碳化硅材料2.34.58.5铜9.0-31.5炭素钢7.014.925.9 表14 石英玻璃管的破坏压力透明石英玻璃管不透明石英玻璃管管内径mm壁厚mm破坏压力 千克/厘米2管内径mm壁厚mm破坏压力 千克/厘米240.583152.51551.0150579.01072.02208011.01381.010020013.0792.019037014.03101.070表15 石英玻璃的物理机械性能性能单位机械性能名称透明石英玻璃不透明石英玻璃密度克/厘米 32.212.06-2.184硬度莫氏5-75-6抗压强