光导纤维1PPT课件

光导纤维 CompanyLogo 提纲 1966年 美籍华人高锟 C K Kao 和霍克哈姆 C A Hockham 发表论文 预见了低损耗的光纤能够用于通信 敲开了光纤通信的大门 引起了人们的重视 1970年 美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB km的光纤 光纤通信时代由此开始 光纤通信是以很高频率 1014Hz数量级 的光波作为载波 以光纤作为传输介质的通信 由于光纤通信具有损耗低 传输频带宽 容量大 体积小 重量轻 抗电磁干扰 不易串音等优点 备受业内人士青睐 发展非常迅速 光纤通信系统的传输容量从1980年到2000年增加了近1万倍 传输速度在过去的10年中大约提高了100倍 CompanyLogo 发展历程 CompanyLogo 光导纤维概述 光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝 主要成分是二氧化硅 直径只有1 100 m左右 它是由内芯和外套两层组成 内芯的折射率大于外套的折射率 光由一端进入 在内芯和外套的界面上经多次全反射 从另一端射出 光导纤维为混合物 属于非晶体 套层又称二次涂覆或被覆层 多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料 尼龙等材料 经过二次涂覆的裸光纤称为光纤芯线 CompanyLogo 光导纤维结构 纤芯位于光纤的中心 直径2a为5 75 m 作用是传输光波 包层位于纤芯外层 直径2b为100 150 m 作用是将光波限制在纤芯中 纤芯和包层即组成裸光纤 两者采用高纯度的二氧化硅组成 但为了使光波在纤芯中传送 应对材料进行不同掺杂 使包层材料折射率n2比纤芯材料折射率n1小 即光纤导光的条件是n1 n2 一次涂覆层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙酯或硅酮树脂层 厚度一般为30 150 m 光由折射率大的物质进入折射率小的物质时 在两种物质的交界面上会产生全反射 使光不进入折射率小的物质 而全部返回到折射率大的物质中 光导纤维由纤芯和包层两部分组成 纤芯的折射率比包层的折射率稍大 它们之间有良好的光学接触 只要选取合适的入射角 总可以使折射光线在界面上的入射角大于全反射的临界角 这样 光线将在界面上发生多次的内全反射 向前传送 由光纤另一端射出 大量的光导纤维集成一束 不仅能传光 而且还能传送图像 CompanyLogo 原理 光纤分类 CompanyLogo 光导纤维概述 光学纤维可分为阶跃型和梯度型两类 光纤的种类有很多种 分类方法也各不相同 常见的有 按材料组成可分为玻璃 石英和塑料光导纤维 按纤维结构可分为皮芯型和自聚集型 按形状和柔性分为可挠性和不可挠性光导纤维 按传递光的波长分为可见光 红外线 紫外线 激光等光导纤维 按化学组成分为熔石英玻璃光纤 氟化物玻璃光纤和硫化物玻璃光纤等 按应用又分为通信光纤 激光光纤 传感光纤 传光光纤 按传输模式分单模光纤和多模光纤 按光纤折射率分布分阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤 光纤传输优点 CompanyLogo 光导纤维概述 频带宽 缺点 主要是光纤损耗 引起光纤损耗的因素较多 主要可以归结为两大类 材料的吸收损耗和散射损耗 CompanyLogo 石英光纤吸收损耗产生的原因有三个 即材料本征吸收损耗 原子缺陷吸收损耗和杂质吸收损耗 光纤中的散射损耗包括三种类型 即线性散射 结构缺陷散射和非线性散射 光纤的制备包括两个过程 即制棒和拉丝 为了获得低损耗的光纤 这两个过程都要在超净环境中进行 光导纤维的制备工艺 塑料光纤制备的工艺流程 单体精制 聚合 纺丝 包层和拉伸 光缆加工 全反射型光导纤维目前有棒管法 沉积法和复合纺丝法3种加工方法 CompanyLogo 光导纤维的制备工艺 棒管法 沉积法 复合纺丝法 光导纤维 棒管法棒管法是将芯料高聚物制成棒状 外面套上包层材料管 然后再一起加热到高弹态进行拉伸制成光纤 沉积法沉积法是将包层材料溶解或熔化为液态 然后使芯子从中穿过 从而使其附着在芯材上形成包层 CompanyLogo 光导纤维的制备工艺 复合纺丝法复合纺丝法则分别把芯子和包层两种成纤高聚物溶融 用复合喷丝板纺丝成型 自聚焦型光纤是将具有不同折射率和聚合反应速度的单体注入一垂直的聚合管中 在旋转的情况下 通过光或热激发使之发生共聚 聚合物从管壁向轴中心逐渐析出 随着单体转化为聚合物的转化率上升 共聚物的折射率不断变化 最终得到折射率由里至外逐渐下降呈抛物线分布的产物 CompanyLogo 光导纤维的制备工艺 除上述方法外 自聚焦型光纤还可用离子交换法 单体扩散法和共混法制备 但自聚焦型光纤多处于实验和试制阶段 所以实用光纤仍以全反射型为主 CompanyLogo 光导纤维的应用 CompanyLogo 光导纤维的应用 光纤通信原理 光纤通信采用数字通信原理 CompanyLogo 光导纤维的应用 光纤通信网络 CompanyLogo 光导纤维的应用 光纤通信特点 优点 信号损耗小 中继距离长 光纤为绝缘体不受电磁干扰 玻璃光纤不产生电磁场 保密性高 重量轻 易于施工和运输 缺点 光纤制造工艺复杂 生产成本较高 光纤连接复杂 配套光器件价格较高 光导纤维的应用 通信领域 CompanyLogo 卫星通信 家庭光纤宽带 光导纤维的应用 医学领域 CompanyLogo 内窥镜 医学上用光导纤维制成纤维镜 把探头送到人的食道 胃或十二指肠中去 光线通过传光束照明这些器官的内壁 再通过传像束把内部的病变情况传到目镜 进行观察 光导纤维的应用 国防军事领域 CompanyLogo 核潜艇潜望镜 光学潜望镜 在国防军事上 光导纤维也有广泛的应用 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 光纤通讯的另一特点是其保密性好 不受干扰且无法窃听 这一优点使其广泛应用于军事领域 在国防军事上 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 光导纤维的应用 工业领域 CompanyLogo 光导微机介质损耗仪 传感器 在工业上 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 光导纤维的应用 照明和光能传送领域 CompanyLogo 光导纤维还可用于火车站 机场 广场 证券交易场所等大型显示屏幕 短距离通讯和数据传输 将光电池纤维布与光导纤维布巧妙地结合在一起可制成夜间放光的夜行衣 国内前景20世纪70年代以来 光纤技术高速发展 中国工程院院士童志鹏指出 我国光纤市场的需求依然很大 光纤传输是所有网络的基础 作为基础行业 其未来的发展不可估量 并且他对于通信设备产业中光纤产业的前景十分看好 业内人士指出 从目前来看 随着4G网络的建设 光纤到户 FTTH 在国内的大范围推广 光纤市场规模迅速扩大 且缺口巨大 光纤产业极有可能成为下一个朝阳产业 CompanyLogo 光导纤维展望 国外前景光导纤维的研制成功首先是使人类的通迅技术得到了前所未有的发展 自从1977年美国加利福