光导纤维的种类及其应用

光导纤维的种类及其应用,1,PPT制作：骆娅论文撰写：陈宝仪,光导纤维是指光以波导方式在其中传输的光学介质材料,定义,2,提纲,3,一、光导纤维的发现及原理,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。,4,2、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。,5,二、光导纤维的种类,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。,6,（一）玻璃光纤,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。,石英光纤,氟化物保编光纤,7,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。,硫化玻璃光纤,8,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。,增益可调掺铒光纤放大器,微型掺铒光纤放大器,9,（二）塑料光纤（POF）,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。,10,塑料光纤之,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。,低损耗PMMA塑料光纤,11,塑料光纤之,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。,12,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。,13,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。,14,塑料光纤之,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。,15,（三）特种光纤,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。,单偏振态空气包层光子晶体光纤,偏振切换器,16,特种光纤之,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。,光纤内窥镜,枪用光纤传像瞄准镜,17,特种光纤之-,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。,液体光导管,18,特种光纤之-,4、光子晶体光纤,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。,19,三、光导纤维的应用,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;,20,用于局域网，城域网的光纤线路,1、通信领域,通信系统,21,制备长距离的光纤线路,光导纤维应用之-,2、医学领域 光导纤维可以用于食道直肠膀胱子宫胃等深部探查内窥镜（胃镜血管镜等）的光学组件和不必切开皮肉直接插入身体内部，切除癌瘤组织的外科手术激光刀，即由光导纤维将激光传递至手术部位。,光纤内窥镜,22,光导纤维的应用之-,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。,23,光导纤维的应用之-,4、国防军事领域 可以用光导纤维来制成纤维光学潜望镜，装备在潜艇、坦克和飞机上，用于侦察复杂地形或深层屏蔽的敌情。,24,光导纤维的应用之-,5、工业领域可传输激光进行机械加工；制成各种传感器用于测量压力、温度、流量、位移、光泽、颜色、产品缺陷等；也可用于工厂自动化、办公自动化、机器内及机器间的信号传送、光电开关、光敏组件等。,飞秒光纤激光器,光纤光栅压力传感器,25,光导纤维的应用