光学6-光导纤维教学课件

光导纤维

opticalfibreCH1-51.5

光导纤维光导纤维(光纤)—利用全反射原理制作的一种新型的光学元件，由石英、玻璃或特制塑料制成的柔软细丝，直径约为若干微米到120微米。n1n2图1.5-1光导纤维图1.5-2光纤传输像特点：光纤柔软可弯曲，可沿弯曲路径传输光能和信息；传输效率高，可小型化。1、1834年丁达尔（J·Tyndall）在英国皇家学会的一次讲演中就演示了光线能通过全反射沿着弯曲的通道传播2、20世纪50年代才形成了以研究光信息在透明光导纤维中的传输规律为内容的新学科——纤维光学3、20世纪60年代，用光学玻璃制作的普通光纤的吸收损耗通常为1000dB/km，大大限制了光纤的使用长度4、1966年高锟（K·C·Kao）及T·M·Devies提出，光纤的高损耗并不是本征的，只要玻璃中的过渡族金属离子（如Cu+++、V+++、Cr+++、Mn+++、Fe+++、Co+++、Ni+++）的含量下降到

10-8（重量比）以下时，光纤的吸收损耗就有可能降低到10dB/km以下5、1970年美国康宁公司制作出损耗为20dB/km的光纤，证实了高锟等人的设想。目前光纤的损耗可低达0.2dB/km。低损耗低色散光纤及上世纪80年代末掺铒光纤放大器的问世，大大推动了光纤通信技术的发展光纤的发展历程光纤的分类:按材料分类：玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输距离长，成本高；塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损耗大，传输距离很短，价格很低。多用于家电、音响，以及短距的图像传输。光纤的分类:按照光纤的模式分类单模（Single-Mode）多模（Multi-Mode）按折射率分类阶跃光纤渐变折射率光纤

3mmOUTERJACKET保护套125MICRONCLADDING(SILICA)包层50/62.5MICRONCORE(SILICA)MULTIMODEShortDistance<2kmSINGLEMODELongDistance2km－100kmARAMIDSTRENGTHMEMBERS(Kevlar)900MICRONBUFFERJACKET250MICRONCOATING9MICRONCORE(SILICA)纤芯光纤结构：纤芯core：折射率较高，用来传送光；包层cladding：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；保护套jacket：强度大，能承受较大冲击，保护光纤光纤剖面折射率分布图:0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.6λnm

OH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰减(dB/km)水峰值654321光纤的损耗：850nm:2.3~3.4dB/Km1310nm:0.35~0.5dB/Km1550nm:0.2~0.3dB/Km应用：光纤通信，还可用于远距离照明和传递图像，例如广泛使用的医用纤维内窥镜（鼻腔镜、胃镜、支气管镜、膀胱镜）。纤维内窥镜：例1

设光导纤维芯料和涂层的折射率分别为n1和n2，入射端外介质的折射率是n0

，试求能使光线在纤维内芯料与涂层界面上发生全反射时，入射光束的最大孔径角i0是多少？解：设光线在纤维端面的入射角为i，折射角为i

，芯料和涂层界面上全反射的临界角为ic

，则发生全反射的条件为：根据折射定律：可得发生全反射的条件为：由此可得入射光束