光导纤维材料.ppt

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1、第8章光导纤维材料光纤通讯——现代通讯最重要的主力军，信息高速公路的基石。载体—光导纤维材料光导纤维材料——用于通讯、电子光学、光学仪器、医疗器件、传感器等领域本章内容——简要回顾光纤通讯历史、介绍光导纤维基本原理，着重讲述光导纤维材料类别和光纤的制备工艺技术8.1概述古希腊—人们在制作玻璃器皿的过程中，发现玻璃棒能发光19世纪—英国科学家观察到光沿细小水流传播的现象1930年—德国人做了光在玻璃纤维中传播的第一个实验20世纪50年代—不少研究所开展了光纤及其原形设想，但光纤并未引起足够重视1966年—英国标准电讯研究所

2、的英籍华人工程师高琨论证了把光纤的光学损耗降低到20dB/km的可能性（当时光纤的传输损耗约为1000dB/km），并指出其对未来光通讯的作用。从此，光纤开始引起世界工业发达国家科学界、实业界及政府部门的普遍重视。1970年—美国康宁玻璃公司采用二氧化硅拉制出世界上第一根低损耗光纤，长度数百米，在波长630nm处损耗低于20dB/km。同年，美国贝尔实验室的Hayashi等人研制出室温下连续工作的GaAlAs双异质注入式激光器。从此，拉开了光纤通讯的序幕。1972年—随着原材料提纯、制棒和拉丝技术水平的不断提高，制备出衰

3、减系数降至4dB/km的多模光纤。1976年—在设法降低玻璃中OH含量中发现光纤的衰减在长波长区有1.31和1.55µm两个窗口。同年，美国西屋电器公司在亚特兰大成功地进行了世界上第一个44.736Mbits/s传输110km的光纤通讯系统的现场试验,使光纤通讯向实用化迈出第一步。1980年—原料提纯和光纤制备工艺的完善，加快了光纤的传输窗口由0.85µm移至1.31和1.55µm的进程，制造出衰减系数为0.2dB/km的低衰减光纤，接近了理论值。1981年以后—世界各发达国家的光纤通讯技术大规模地商业化。1988年—全

4、长为6680km的世界上第一条海底电缆—由美国新泽西州开始横跨大西洋至英国的光缆铺设完毕，其容量达4万话路，是当时大西洋海底电缆总话路的2.5倍。1989年，横跨太平洋全长15927km的海底光缆，从美国旧金山以北阿利那角通至日本、关岛、菲律宾等国家和地区。1975-1976年以前为第一阶段，短波长(0.85um)多模光纤阶段，传输速率为45Mbits/s.1982-长波长多模光纤时代80年代后半期，长波长单模光纤时代，传输速率达600Mbits，无中继距离达30km.90年代，全光传输系统，10-40Gbits/s以上

5、。8.2光纤通讯原理及特点光导纤维指导光的纤维，通常由折射率高的纤芯及折射率低的包层组成，这两部分对被传输的光居右极高透射率。利用介质中的麦克斯韦方程来描写光纤中光波的电磁场，求出波动方程在纤芯－包层界面的边界条件下的解，就知道光纤中光波的电场或磁场是许多独立解的叠加，每个独立解代表一种场的分布。通常把这种场的分布称之为场模。当V<2.406时，光纤中只允许一个模式存在，称之为单模光纤。光纤中传播光波的模及模数什么是单模光纤？单模光纤具备10micron的芯直径，可容许单模光束传输，可减除频宽及振模色散(Modaldis

6、persion)的限制，但由于单模光纤芯径太小，较难控制光束传输，故需要极为昂贵的激光作为光源体，而单模光缆的主要限制在于材料色散(Materialdispersion)，单模光缆主要利用激光才能获得高频宽，而由于LED会发放大量不同频宽的光源，所以材料色散要求非常重要。单模光纤相比于多模光纤可支持更长传输距离，在100MBPS的以太网以至这行的1G千兆网，单模光纤都可支持超过5000m的传输距离。什么是多模光纤多模光纤电缆容许不同光束于一条电缆上传输，由于多模光缆的芯径较大，故可使用较为廉宜的偶合器及接线器，多模光缆的

7、光纤直径为50μm至100μm。基本上有两种多模光缆，一种是梯度型（graded）另一种是引导型（stepped），对于梯度型（graded）光缆来说，芯的折光系数（refractionindex)于芯的外围最小而逐渐向中心点不断增加，从而减少讯号的振模色散，而对引导型（SteppedInder）光缆来说，折光系数基本上是平均不变，而只有在色层（cladding）表面上才会突然降低引导型（stepped）光缆一般较梯度型（graded）光缆的频宽为低。在网络应用上，最受欢迎的多模光缆为62.5/125，62.5/125意

8、指光缆芯径为62.5μm而色层（cladding）直径为125μm，其他较为普通的为50/125及100/140。相对于双绞线，多模光纤能够支持较长的传输距离，在10mbps及100mbps的以太网中，多模光纤最长可支持2000米的传输距离，而于1GpS千兆网中，多模光纤最高可支持550米的传输距离。业界一般认为当传