第四講光導(dǎo)纖維基礎(chǔ)知識演示文稿

第四講光導(dǎo)纖維基礎(chǔ)知識演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有51頁\編輯于星期一優(yōu)選第四講光導(dǎo)纖維基礎(chǔ)知識現(xiàn)在是2頁\一共有51頁\編輯于星期一光纖系統(tǒng)基礎(chǔ)知識一、基本光纖系統(tǒng)的構(gòu)架及其功能介紹：1.發(fā)送單元：把電信號轉(zhuǎn)換成光信號；2.傳輸單元：載送光信號的介質(zhì)；3.接收單元：接收光信號并轉(zhuǎn)換成電信號；4.連接器件：連接光纖到光源、光檢測以及其它光纖?，F(xiàn)在是3頁\一共有51頁\編輯于星期一光纖的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是4頁\一共有51頁\編輯于星期一光纖的結(jié)構(gòu)纖芯包層涂層圖1-1光纖典型結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是5頁\一共有51頁\編輯于星期一光纖的結(jié)構(gòu)纖芯core：折射率較高，用來傳送光；包層Clab：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件；涂敷層coating：現(xiàn)在是6頁\一共有51頁\編輯于星期一71.1概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)）1.1.1光纖裸光纖涂覆高分子材料的原因：（1）裸光纖的主要成分為二氧化硅，它是一種脆性易碎材料，抗彎曲性能差，韌性差，為提高光纖的微彎性能，涂覆一層高分子涂層。現(xiàn)在是7頁\一共有51頁\編輯于星期一81.1概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)）1.1.1光纖裸光纖涂覆高分子材料的原因：（2）阻止水分子與Si—O鍵接觸現(xiàn)在是8頁\一共有51頁\編輯于星期一91.1概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)）1.1.1光纖裸光纖涂覆高分子材料的原因：（3）裸光纖與空氣中的水分子發(fā)生反應(yīng)生成羥基，羥基是光纖固有吸收衰減的主要成因。為降低光纖的吸收衰減必須涂高分子材料阻止水份的侵入?，F(xiàn)在是9頁\一共有51頁\編輯于星期一101.1概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)）1.1.1光纖裸光纖涂覆高分子材料的原因：（4）二氧化硅是一種脆性易碎材料，如將若干根這樣的裸光纖集束成一捆，相互間極易產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致光纖表面損傷而影響光纖的傳輸性能。為防止這種損傷采取的有效措施就是在裸光纖表面涂一層高分子材料?，F(xiàn)在是10頁\一共有51頁\編輯于星期一按折射率分類階越光纖芯子直徑為2a,包層為2b,芯子折射率為n1,包層為n2漸變折射率光纖

折射率在包層中為n2,是均勻的，而在芯子中則隨著半徑的加大而減小，是非均勻的光纖的分類現(xiàn)在是11頁\一共有51頁\編輯于星期一按照光纖的模式分類單模（Single-Mode）當光纖中只傳輸一種模式時，叫單模光纖，芯子直徑極小，約在2a=4~10um，包層2b=125um.多模（Multi-Mode）光纖中傳輸?shù)哪Ｊ讲恢挂粋€，則叫多模光纖，漸變多模光纖芯子中的折射率指數(shù)要求按一定的規(guī)律變化，多模光纖的截面尺寸較大，2a=50um,2b=125um.光纖的分類現(xiàn)在是12頁\一共有51頁\編輯于星期一光纖的分類按材料分類：玻璃光纖（主要）：纖芯與包層都是玻璃，損耗小，傳輸距離長，成本高；為了改變折射率，中間摻與合適的雜質(zhì)，鍺和磷使折射率增加，硼和氟使折射率降低。膠套硅光纖：纖芯是玻璃，包層為塑料，特性同玻璃光纖差不多，成本較低；塑料光纖：纖芯與包層都是塑料，損耗大，傳輸距離很短，價格很低。多用于家電、音響，以及短距的圖像傳輸?，F(xiàn)在是13頁\一共有51頁\編輯于星期一光纖的分類按工作波長分類：①短波長光纖

在光纖通信發(fā)展的初期，人們使用的光波之波長在0.6～0.9微米范圍內(nèi)（典型值為0.83微米），此波長范圍內(nèi)呈現(xiàn)低衰耗的光纖稱作短波長光纖。目前很少采用。②長波長光纖

后來人們發(fā)現(xiàn)在波長1.31微米和1.55微米附近，石英光纖的衰耗急劇下降如圖2.4所示。而且在此波長范圍內(nèi)石英光纖的材料色散也大大減小。因此人們的研究工作又迅速轉(zhuǎn)移，并研制出在此波長范圍衰耗更低，帶寬更寬的光纖，工作在1.0～2.0微米波長范圍的光纖稱為長波長光纖。

長波長光纖因具有衰耗低、帶寬寬等優(yōu)點，特別適用于長距離、大容量的光纖通信?，F(xiàn)在是14頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是15頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是16頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是17頁\一共有51頁\編輯于星期一光纖制造第一步采用四種氣相沉積工藝，即：改進的化學(xué)氣相沉積（ModifiedChemicalVapourDeposition-MCVD）、等離子化學(xué)氣相沉積（PlasmaChemicalVapourDeposition-PCVD）、軸向氣相沉積（VapourAxialDeposition-VAD）、外氣相沉積（OutsideVapourDeposition-OVD）中的任一工藝來生產(chǎn)光纖預(yù)制棒的芯棒；通信用光纖大多數(shù)是由石英玻璃材料組成的。光纖的制造要經(jīng)歷材料制備與提純、熔煉、拉絲和套塑等4個具體過程，最常用的工藝是兩步法現(xiàn)在是18頁\一共有51頁\編輯于星期一光纖制造第二步是在氣相沉積獲得的芯棒上施加外包層制成大光纖預(yù)制棒。值得強調(diào)的是，光纖預(yù)制棒的光學(xué)特性主要取決于芯棒的制造技術(shù)，光纖預(yù)制棒的成本主要取決于外包技術(shù)?，F(xiàn)在是19頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是20頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是21頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是22頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是23頁\一共有51頁\編輯于星期一芯棒制造芯棒制造技術(shù)普遍采用氣相沉積工藝，現(xiàn)在是24頁\一共有51頁\編輯于星期一芯棒制造芯棒制造技術(shù)普遍采用氣相沉積工藝，如MCVD、PCVD、OVD、VAD?，F(xiàn)在是25頁\一共有51頁\編輯于星期一MCVD——改進的化學(xué)氣相沉積法MCVD工藝是1974年由美國AT&T公司貝爾實驗室的Machesney等人開發(fā)的經(jīng)典工藝。MCVD工藝為朗訊等公司所采用的方法。MCVD工藝是一種以氫氧焰熱源，發(fā)生在高純度石英玻璃管內(nèi)進行的氣相沉積?，F(xiàn)在是26頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是27頁\一共有51頁\編輯于星期一MCVD——改進的化學(xué)氣相沉積法MCVD工藝的化學(xué)反應(yīng)機理為高溫氧化(SiCL4,GeCL4)。MCVD工藝是由沉積和成棒兩個工藝步驟組成。沉積是獲得設(shè)計要求的光纖芯折射率分布，成棒是將巳沉積好的空心高純石英玻璃管熔縮成一根實心的光纖預(yù)制棒芯棒硅和鍺與氧發(fā)生反應(yīng)，生成(SiO2)和(GeO2)。二氧化硅和二氧化鍺在管內(nèi)堆積熔合，形成玻璃現(xiàn)在是28頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是29頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是30頁\一共有51頁\編輯于星期一PCVD——等離子化學(xué)氣相沉積法PCVD工藝由荷蘭飛利浦公司的提出的微波工藝。長飛公司采用的就是這種工藝。PCVD與MCVD的工藝相似，都是在高純石英玻璃管管內(nèi)進行氣相沉積和高溫氧化反應(yīng)。所不同的是熱源和反應(yīng)機理，PCVD的熱源是微波，反應(yīng)機理為微波激活氣體產(chǎn)生等離子使反應(yīng)氣體電離，電離的反應(yīng)氣體呈帶電離子。帶電離子重新結(jié)合時釋放出的熱能熔化氣態(tài)反應(yīng)物形成透明的石英玻璃沉積薄層。PCVD工藝的最新發(fā)展是采用大直徑合成石英玻璃管為沉積襯底管，沉積速率提高到了2~3g/min，沉積長度達到1.2~1.5m?，F(xiàn)在是31頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是32頁\一共有51頁\編輯于星期一OVD——外汽相沉積法現(xiàn)在是33頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是34頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是35頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是36頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是37頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是38頁\一共有51頁\編輯于星期一VAD——軸向汽相沉積法VAD工藝是1977年由日本電報電話公司提出，為避免與康寧公司的OVD專利的糾紛所發(fā)明的連續(xù)工藝。VAD工藝的化學(xué)反應(yīng)機理與OVD工藝相同，也是火焰水解。與OVD工藝不同的是，VAD工藝沉積獲得的預(yù)制棒的生長方向是由下向上垂直軸向生長的。燒結(jié)和沉積是在同一臺設(shè)備中不同空間同時完成的，即預(yù)制棒連續(xù)制造。

現(xiàn)在是39頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是40頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是41頁\一共有51頁\編輯于星期一現(xiàn)在是42頁\一共有51頁\編輯于星期一拉絲

通常，將氣相沉積法工藝的大預(yù)制棒直徑縮小，且保持芯包比和折射率分布恒定的操作稱為光纖拉絲。拉絲過程中要對裸光纖施加預(yù)涂覆層保護。涂覆層既可以保護光纖的機械強度、隔離外界潮濕，又可以避免外應(yīng)力引起光纖的微彎損耗。此外，高速拉絲還應(yīng)注意光纖的充分冷卻，消除光纖中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以求確保光纖的翹曲度指標最優(yōu)。

現(xiàn)在是43頁\一共有51頁\編輯于星期一光纖拉絲過程

將光纖預(yù)制棒固定在拉絲機頂端，并逐漸加熱至2000攝氏度。光纖預(yù)制棒受熱后便逐漸融化并在底部累積液體，待其自然垂下，就形成光纖。這里的關(guān)鍵在于均勻加熱、拉制速度的控制等。拉制技術(shù)無誤時，拉出的光纖結(jié)構(gòu)會與光纖預(yù)制棒的結(jié)構(gòu)相同（只不過是縮小了很多）。涂覆材料也在拉絲機上及時涂敷，以保護光纖免受潮氣、磨損的傷害。拉絲的過程中，光纖直徑的測量及控制非常重要現(xiàn)在是44頁\一共有51頁\編輯于星期一將預(yù)成形模具下部放入石墨爐（攝氏1900到2200度），從末端開始熔化，熔化的液珠因重力落下。落下后，即冷卻并形成細絲。將這些細絲穿過一系列涂層容器（涂層）和紫外固化爐，最后固定到牽引機控制的轉(zhuǎn)軸上。牽引機從加熱的預(yù)成形模具中緩緩拉出細絲，通過激光測微計測量細絲的直徑，并將測量信息反饋給牽引機，從而來精確地控制此過程。拉絲速度為10－20米/秒，纏繞在線軸上。線軸通常能承載長度超過2.2公里的光纖現(xiàn)在是45頁\一共有51頁\編輯于星期一光纖套塑為進一步增大光纖的強度，提高光纖的抗張力，再套上一層塑料層即套塑。套塑有緊套和松套兩種。緊套是在一次涂層的光纖上再緊緊地套上一層尼龍或聚乙烯等塑料，使光纖不能自由活動。松套則是在一次涂覆層的外面，再包上塑料套管現(xiàn)在是46頁\一共有51頁\編輯于星期一光纖光纜的結(jié)構(gòu)1.1.2光纜定義:

光纜是由若干根這樣的光纖經(jīng)一定方式絞合、成纜并外擠保護層構(gòu)成的實用導(dǎo)光線纜制品。作用:光纜內(nèi)的加強件及外保護層等附屬材料的作用主要是保護光纖并提供承纜、敷設(shè)、儲存、運輸和使用要求的機械強度、防止潮氣及水的侵入及環(huán)境、化學(xué)的侵蝕和生物體啃咬等?，F(xiàn)在是47頁\一共有51頁\編輯于星期一光纜簡介光纜的制造技術(shù)與電纜是不一樣的。光纖雖有一定的強度和抗張能力，但經(jīng)不起過大的側(cè)壓力與拉伸力；光纖在短期內(nèi)接觸水是沒有問題的，但若長期處在多水的環(huán)境下會使光纖內(nèi)的氫氧根離子增多，會增大光纖的衰耗。因此制造光纜不僅要保證光纖在長期使用過程中機械物理性能，而且還要注意其防水防潮性能?，F(xiàn)在是48頁\一共有51頁\編輯于星期一491.1概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)）1.1.2光纜光纜的基本組成：纜芯護套內(nèi)護套鎧裝層外護層現(xiàn)在是4