《光导纤维玻璃》PPT课件

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1、光导纤维玻璃赵静12721752光导纤维简介定义：光导纤维又称导光纤维、光学纤维，是一种把光能闭合在纤维中而产生导光作用的纤维。由两种或两种以上折射率不同的透明材料通过特殊复合技术制成的复合纤维直径只有1~100μm左右。组成：由实际起着导光作用的芯材和能将光能闭合于芯材之中的皮层构成。即纤芯、包层和涂覆层三部分。原料：纤芯由高透明固体材料（高纯二氧化硅玻璃、多组分玻璃、塑料等）制成，包层由折射率相对纤芯低的石英玻璃、多组分玻璃、塑料制成。纤芯：纤芯位于光纤的中心部位（直径d1约为9-50nm），其成

2、份是高纯度的二氧化硅。包层：包层位于纤芯的周围（直径d2约125nm），其成份也是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。涂覆层：光纤的最外层是由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成的涂覆层，其作用是增加光纤的机械强度与可弯曲性。光导纤维的发展发明和使用1870年英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，利用实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果是放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。之后人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝

3、-玻璃纤维，由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。光纤的历史1880年AlexandraGrahamBell发明光束通话传1960年电射及光纤之发明1977年首次实际安装电话光纤网路1978年FORT在法国首次安装其生产之光纤电1990年区域网路及其他短距离传输应用之光纤2000年到屋边光纤=>到桌边光纤2005年FTTH(FiberToTheHome)光纤直接到家庭光导纤维的类型按传输模式分：多模光纤和单模光纤。按传播波长的长短分:短波长光纤(传输波长为0.8-0.9µm）、长波长光纤(

4、传输波长为1.3-1.6µm）。按纤芯材料组成分：石英光线、多组分玻璃光纤和塑料光纤。此外还有些特种光纤，如掺稀土光纤、红外光纤、发光光纤等。按折射率分：阶跃型（SI）和渐变型（GI）光纤。SI光纤的纤芯和包层部分折射率均保持不变，而在纤芯与包层的界面处折射率发生突变。GI光纤包层折射率不变，纤芯部分折射率沿径向逐渐变小。其中SI只适用于短距离、小容量的通讯系统。GI适用于远程距离，但成本较高，现在多模光纤多为GI光纤。多模光纤：光纤芯径大（50-100µm）或数值孔径大的光纤中，允许多个具有不同入射

5、角的光线进入光纤传播，即光纤中有多个传输模式。单模光纤：当光纤芯径较小（8-10µm）或数值孔径小时，将只允许与光纤轴一致的光纤进入光纤传播。其中多模光纤传输的距离较近，单模光纤适用于远程通讯。光导纤维对玻璃材料的要求光导纤维是由玻璃材料经加热拉伸并迅速冷却制成的。这种方式所形成的玻璃纤维与同成分的块状玻璃在光学和热学性能上常会发生较大的差异:由于在玻璃纤维中要求包皮玻璃和芯玻璃有大面积的粘结，而且在拉制纤维的高温下，包皮玻璃和芯玻璃还会相互作用，因而，所用玻璃的热学性质和机械性质的差别都将影响纤维制

6、品的强度。(1)折射率芯和皮玻璃的折射率要满足数值孔径的要求，如通讯纤维、激光纤维和光电仪器等，对光导纤维要求数值孔径位于0.01~3.0之间。(2)光透过率对制造纤维的芯、皮玻璃的透明性有特别高的要求，其光吸收系数应远小于0.001cm-1。(3)玻璃缺陷不允许有气泡、条纹和任何夹杂物等存在。(1)粘度有适宜的温度粘度曲线，能够拉制纤维制品。在工作温度区范围内，芯、皮玻璃的粘度相近。(2)软化点有较高的软化点，能烧去粘附在纤维上的有机杂质，而且在加热操作中，光学参数不易变化。(3)热膨胀系数芯玻璃的

7、线膨胀系数稍大于皮玻璃时，可制“结实”的纤维制品。当<4510-7K-1时，能制得最“结实”的纤维元件。(4)玻璃组成芯玻璃和皮玻璃要有相同的基本成分；对于激光纤维则应引入钕、钬和镱等氧化物；对于荧光纤维(用紫外、X射线、高能粒子激发后能发射荧光)要引入荧光活化剂。(5)光纤玻璃的相容性在制造光纤元件时，芯皮边界在各制造工序中均不产生析晶、乳化、发泡、生色等干扰传光的现象。粘度软化点热膨胀系数玻璃组成光纤玻璃的相容性光纤对玻璃物化性能要求光纤的导光原理光纤是利用光的全反射特性来导光的。在物理中当

8、光从一种介质向另一种介质传播，由于它们在不同介质中传输速率不一样，因此，当通过两个不同的介质交界面就会发生折射。若有两种不同介质，其折射率分别为n0,n1，而且n1＞n0,折射率小的称光疏煤质，折射率大的称光密煤质；假定光线从光疏煤质射向光密煤质，其折射情况如图所示。图中，入射角为i,为入射光线与法线NN′夹角，折射角为r,为折射光线与NN′夹角：由图可见，r＜i若使光束从光密煤质射向光疏煤质时，则折射角大于入射角，如图所示。如果不断增加ⅰ可使折射角r达