光纤耦合器的发展与制作1

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1、光纤无源器件之光纤耦合器光电新技术讲座光纤耦合器光纤的发展光纤无源器件的蓬勃发展耦合器件种类及应用熔锥型光纤耦合器的制作新型熔锥型光纤耦合器件的展望新型熔锥型光纤耦合器研究一、光纤的发展光纤的诞生光纤的构造与分类光纤传光原理光纤光缆的制作1、光纤的诞生在光纤出现之前，人们一直在追寻一种性能稳定的，廉价的，方便使用的介质来传输光信号。最初人们认识到光的直线传播，反射特性后除了利用大气做为波导，还开始采用各种介质利用作为光的传输介质。例如介质透镜、反射镜波导、气体透镜波导等，使光束限制在一定范围内并沿确定路线传播。在半导体激光器和集成光路中用到的平面型介质

2、波导也被尝试作为光波导使用，由于制作成本高，工艺复杂，不适于大量铺设。能不能象电信号依靠铜缆传输一样，找到一种光波导来实现光信号廉价、低损耗的稳定传输呢？1、光纤的诞生早在古希腊的玻璃制作工人就发现玻璃可以传输可见光，他们利用玻璃的这种性质，制作了各种流光异彩的玻璃工艺品。十九世纪中期英国的丁达尔(J.Tyndall)利用实验证明利用光的全反射原理，光线在水中可以实现弯曲传播。1、光纤的诞生1927年英国的贝尔德(J.G.Baird)提出利用光的全反射现象制成石英光纤，从此以后人们把注意力集中到石英这种材料上。早期的光纤只有纤芯，利用空气－石英构成的界

3、面实现光线的全反射，由于这种结构的开放性，经常引起光线的泄漏。为解决这一问题人们实验在玻璃纤维上涂覆塑料，以降低光线的泄漏同时对玻璃芯起一定的保护。这时初步形成了光纤纤芯－包层结构，但由于塑料包层难以做到均匀一致，而且塑料包层与玻璃纤芯之间界面不够平滑理想，光能量损失很大。1、光纤的诞生1955年，美国人B.I.Hirschowitz(西斯乔威兹)把高折射率的玻璃棒插在低折射率的玻璃管中，将它们放在高温炉中拉制，得到玻璃(纤芯)－玻璃(包层)结构的光纤，解决了光纤的漏光问题，这一结构在后来被广泛采用，就是今天的光纤结构。但这时的光纤损耗是非常大高于10

4、00dB/km，即使是利用优质的光学玻璃制作光纤也无法得到低损耗的光纤。人们曾经一度对玻璃这种材料产生怀疑，转向塑料光纤、液芯光纤的研制。1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。指明通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方向光纤通信发明家高锟(左)1998年在英国接受IEE授予的奖章2、光纤标准通信用光纤经过二十几年的发展形成了一系列标准。I

5、TU-T国际电信联盟目前将单模光纤分为G.652（G.652A、G.652B、G.652C和G.652D）、G.653（G.653A和G.653B）、G.654（G.654A、G.654B和G.654）、G.655（G.655A、G.655B和G.655C）以及用于S+C+L三波段传输的G.656光纤（标准名称为《宽带光传输用非零色散单模光纤和光缆特性》）按照零色散波长将单模光纤分为6种非色散位移光纤：G.652色散位移光纤：G.653截止波长位移光纤：G.654非零色散位移光纤：G.655色散平坦光纤色散补偿光纤3、光纤的构造纤芯，光信号的传输包

6、层，限制光信号溢出一次涂敷层（预涂层），保护光纤增加韧性缓冲层，减少对光纤的压力二次涂敷层（套塑层），加强光纤的机械强度纤芯：位于光纤中心部位，主要成分是高纯度的SiO2,纯度可达99.99999%，其余成份为掺入极少量掺杂剂，如P2O5和GeO2，掺杂剂的作用是提高纤芯的折射率。纤芯直径一般为2a＝3～100μm包层：含有少量掺杂剂的高纯度SiO2,掺杂剂有氟或硼，其作用是降低包层折射率，包层直径2b＝125～140μm一次涂层：厚度5～40μm，材料一般为环氧树脂或硅橡胶，可承受7kg拉力缓冲层：厚度100μm二次涂敷层：原料大都采用尼龙或聚

7、乙烯1层＋2层＝光纤3＋4＋5层＝护层5层大约0.9mm左右3、光纤的分类－1从原材料分：石英系光纤多组份玻璃光纤氟化物光纤塑料光纤液芯光纤掺杂光纤，如掺铒光纤由于石英系光纤具有传输衰减小，通信频带宽，机械强度较高等特点，在通信系统中得到广泛应用。光纤分类－2按照光纤横截面上折射率分布特征n(r)分：阶跃型光纤，也称突变型光纤（常用SI表示—StepIndexfibber）纤芯与包层的折射率均为一常数，其界面处呈阶跃式变化。渐变型光纤，也称梯度光纤或自聚焦光纤（常用GI表示—GradedIndexfibber）纤芯折射率连续变化，包层的折射率则为一常数

8、。W型光纤等ba0abba0abn(r)n(r)n1n1n2n2阶跃型光纤渐变型光纤n1r≤a