光導纖維的種類及其應用1.ppt

1、光導纖維,1,光導纖維是指光以波導方式在其中傳輸?shù)墓鈱W介質(zhì)材料,2,定義,1、發(fā)現(xiàn) 1870年，英國著名的物理學家丁鐸爾在暗室里做試驗，一股水流從容器的側(cè)壁孔中向外流出。當人們從側(cè)壁給水照明時，驚奇地發(fā)現(xiàn)，本來直線傳播的光，現(xiàn)在竟沿著這股彎曲的水流在耀動，變得彎曲了。,3,一、光導纖維的發(fā)現(xiàn)及原理,2、原理 光能夠在玻璃纖維或塑料纖維中傳遞是利用光在折射率不同的兩種物質(zhì)的交界面處產(chǎn)生“全反射”作用的原理。 3、結(jié)構(gòu) 光纖主要由芯線和包層兩部分組成。內(nèi)芯具有高折射率，包層是低折射率，最外面為塑料護套。這樣光在芯線與包層的界面上作多次全反射而曲折前進，不會透過界面。,1、按材質(zhì)組成：玻璃光纖、塑料

2、光纖、晶體及液芯等特種光纖等 2、按工作波長：紫外、可見、近紅外及紅外光導纖維。 3、按折射率：階躍型、近階躍型、漸變及其他光導纖維。 4、按傳輸模式：單模光纖、多模光纖。 5、按應用：通信光纖、傳感光纖、傳光光纖、激光光纖、紅外光纖等,二、光導纖維的種類,主要應用于較長距離的光通信領域，取代同軸電纜和微波通信，它又可分為石英光纖、氟化玻璃光纖和硫化玻璃光纖等。,4,（一）玻璃光纖,石英光纖,氟化物保編光纖,玻璃光纖之,1、硫化玻璃光纖 硫化物玻璃光纖具有較寬的紅外透明區(qū)域(1.2-12m)，有利于多信道的復用。 硫化物玻璃有較低的結(jié)晶趨勢和高機械化學穩(wěn)定性，適 合作有源和無源光纖器件。,5,

3、硫化玻璃光纖,硫化物玻璃光纖具 有很大的非線性系 數(shù)，用它制作的非 線性器件，可以有 效地提高光開關的 速率，開關速率可 以達到數(shù)百Gb/s以 上. 哈哈，你不知道吧,玻璃光纖之,2、重金屬氧化物玻璃光纖 重金屬氧化物玻璃光纖是以GeO2、La2O3、TeO3和GO- AL2O3等玻璃為基礎的光纖。 重金屬氧化物玻璃光纖聲子具有聲子能量小、紅外透過范圍廣、稀土摻雜濃度高、非線性折射率高等優(yōu)點，在光纖放大器、非線性光纖等方面得到了 廣泛研究與應用。,6,增益可調(diào)摻鉺光纖放大器,微型摻鉺光纖放大器,塑料光纖(Polymer Optical Fiber，簡寫POF)是由高折射率的聚合物材料為纖芯和低

4、折射率的聚合物材料為包層所構(gòu)成的光纖。,7,（二）塑料光纖（POF）,1、低損耗塑料光纖 由于聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA)中的損耗主要取決于分子振動吸收和瑞利散射，其損耗不能顯著降低。 用氘取代CH中的H是降低損耗的重要途徑，氘化的主要作用是降低分子振動吸收，氘代度越高，損耗水平越低。 由于氘化單體的聚合速率較緩慢，聚合物的內(nèi)應力小，所以氘化也能降低瑞利散射。,8,塑料光纖之,低損耗PMMA塑料光纖,2、耐熱塑料光纖 普通的塑料光纖耐熱性不高，一般在80以下，而 無機光纖至少可在100以上的溫度下使用。,3、耐濕塑料光纖 塑料光纖容易吸潮，而水能增強芯材聚合物CH的振動吸收，使光纖的損耗增大

5、。 將脂肪環(huán)、苯環(huán)和長鏈烷基引入芯材聚合物中，能提高塑料光纖的耐濕性。另外，改善包層或增加包層數(shù)也可以改善塑料光纖的耐濕性。,9,塑料光纖之,4、熒光塑料光纖 熒光塑料光纖是在芯材中摻入一定量的熒光劑，其入射斷面輸入特定波長的光，這種光為熒光劑所吸收，然后發(fā)出另一特定波長的光，由塑料光纖出射端面輸出。 熒光塑料光纖可制成特殊的光纖傳感器，也可制作成功率放大器。,10,塑料光纖之,3、耐濕塑料光纖 塑料光纖容易吸潮，而水能增強芯材聚合物CH的振動吸收，使光纖的損耗增大。 將脂肪環(huán)、苯環(huán)和長鏈烷基引入芯材聚合物中，能提高塑料光纖的耐濕性。另外，改善包層或增加包層數(shù)也可以改善塑料光纖的耐濕性。,5、

6、非線性塑料光纖 制作：采用偶極性有機材料同芯材混合，用垂直機頭牽引擠出成型，并在靠近模頭處設置高強直流電場，這樣處于黏流態(tài)聚合物中的偶極性有機物獲取電場取向，隨著黏流態(tài)聚合物的冷卻成型，非線性有機材料偶極取向固定，從而獲得非線性塑料光纖。 應用：這種非線性塑料光纖可制作成電光及非線性光學器件，是一種新型的塑料光纖。,11,塑料光纖之,1、偏振保持單模光纖 偏振保持光纖，指能使輸入該光纖的線偏振光獨立、穩(wěn)定地在光纖中傳輸?shù)囊环N單模光纖。,12,（三）特種光纖,單偏振態(tài)空氣包層光子晶體光纖,偏振切換器,2、大芯徑大數(shù)值孔徑光纖 芯徑和數(shù)值孔徑大于標稱值，即芯徑大于625微米、數(shù)值孔徑大于023微米

7、的光纖。 特點：損耗大、帶寬低。,槍用光纖傳像瞄準鏡,光纖內(nèi)窺鏡,3、液芯光纖 采用液體材料作為芯、聚合物材料作為光學包層和保護層的光纖。 特點：大芯徑、大數(shù)值孔徑、光譜傳輸范圍廣、光譜傳輸效率高、使用壽命長等。,13,特種光纖之-,液體光導管,光子晶體光纖(Photonic Crystal Fibers , PCF)又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖（Micro-Structured Fibers, MSF)。 它的橫截面上有較復雜的折射率分布，通常含有不同排列形式的氣孔，這些氣孔的尺度與光波波長大致在同一量級且貫穿器件的整個長度，光波可以被限制在低折射率的光纖芯區(qū)傳播。,4、光子晶體光纖,傳輸衰減小,距離

8、長; 傳輸頻帶寬,通信容量大; 特點 抗電磁干擾,傳輸質(zhì)量好; 體積小,重量輕,便于施工; 原材料豐富,節(jié)約有色金屬,環(huán)保;,14,三、光導纖維的應用,用于局域網(wǎng)，城域網(wǎng)的光纖線路,1、通信領域,3、照明和光能傳送領域 利用光導纖維進短距離可以實現(xiàn)一個光源多點照明，光纜照明。還可用于易燃易爆潮濕和腐蝕性強的環(huán)境中不宜架設輸電線及電氣照明的地方作為安全光源。,15,光導纖維的應用之-,建筑照明,建筑照明的目的 是根據(jù)不同建筑物以及不同場合的視覺要求，使照明區(qū)域獲得良好的視覺效果。且照度合理、顯色性好、亮度分布均勻。同時在充分利用好自然光的基礎上，選擇最佳控制方式，達到節(jié)能降耗的目的。,一、光學基

9、本概念 1.光和光通量 光是一種輻射能,其本質(zhì)是一種電磁波,可見光的波長為380780mm。 光通量是指單位時間內(nèi)光輻射能量的大小，即光源發(fā)出光的量。其符號為，單位為流明(1m)。 光效（lm/W）電光源每消耗1瓦功率所發(fā)出的流明數(shù)。光效是衡量電光源性能優(yōu)劣的重要指標，光效越 高越好。,建筑照明的基本概念,2發(fā)光強度(光強)：其表示光源在不同方向上光通量的分布特性。其符號為J，單位為坎德拉(cd)。 3亮度：可以簡單定義為表面上一點在給定方向、單位面積上的光強。其符號為L。單位為每平方米坎德拉(cd)，又稱尼特。 4照度：是指被照面上所接受的光通量。其符號為正，單位為勒克斯(1x)。,（1）照

10、明方式 一般照明:在整個場所或場所的某部分照度基本均勻的照明 局部照明:為照亮某個局部而設置的照明稱為局部照明 混合照明:對于工作位置需要較高照度,而對光照方向有特殊要求的場所宜采用混合照明,（2）照明種類 工作照明：正常工作時用來保證被照明場所正常工作時具有適合視力條件的照度。 事故照明：用于在工作照明因故障失去后，維持暫時繼續(xù)工作或安全疏散人員。 值班照明：在非生產(chǎn)時間供值班人員使用的照明稱為值班照明。 警衛(wèi)照明：用于警衛(wèi)地區(qū)周界的照明。 障礙照明：裝設在建筑物上作為障礙標志用的照明。,1白熾燈： 靠電流加熱鎢絲到白熾程度引起熱輻射發(fā)光的,結(jié)構(gòu)見圖。 特點:是構(gòu)造簡單，價格低，能迅速點燃，

11、不需要啟動時間，顯色性好，有高度的集光性，便于光的再分配，使用方便。但光效低、使用壽命短，耐振性差、運行費用較高。 適用：頻繁開關場所,(二)建筑照明常用的光源,2.鹵鎢燈： 與白熾燈的原理相近，只是在燈管內(nèi)充入微量的鹵化物（碘、溴）等惰性氣體來延長其壽命。它的耐振性差，不宜用在有振動的場所。,3熒光燈： 熒光燈為低壓汞蒸氣放電燈。燈管可做成直形、環(huán)形、U形、H形等。 特點：是光色好、光色柔和、光效較高、壽命長。但需鎮(zhèn)流器、啟輝器等附件，溫度及電壓低時啟動困難，不易調(diào)光，有頻閃，會降低對運動物體的分辨能力。,4高壓汞、鈉燈 利用石英玻璃做成放電管，內(nèi)充汞、氬氣或再充入鈉，靠電極擊穿放電產(chǎn)生的弧

12、光來發(fā)光。 特點：是體積小、光效高。但顯色性差，低溫低壓時啟動難，熄滅后再啟動需515rain不等。,5金屬鹵化物燈 在高壓汞燈內(nèi)添加了某些金屬鹵化物，通過金屬鹵化物的循環(huán)作用，不斷向電弧提供金屬蒸氣，金屬原子在電弧中受電弧激發(fā)而輻射發(fā)光。 特點：是光效高，光色較好，啟動電流低，光通量受電壓影響小。,一、室內(nèi)照明 不同使用功能的建筑物的照明設計需要重點注意以下問題：,室內(nèi)、室外照明及應急照明,室外照明的范疇： 1.廣場及道路照明： 各種廣場燈、路燈等。 2.航空障礙燈： 在機場保護區(qū)、航路上的人工障礙體以及高大建筑物為防止飛機碰撞而在規(guī)定的位置上裝設的飛行障礙標志燈。 3.景觀照明：庭園燈、草

13、坪燈、雕塑燈、樹燈、噴泉燈、激光燈、水下燈等等。 4.建筑物立面照明： 可以體現(xiàn)建筑物夜景效果。包括泛光照明、輪廓照明以及內(nèi)透光照明等。,(一)應急照明的分類 1疏散照明： 是指正常照明失效后，用作安全正確引導人員至安全出口而設置的指示性照明。包括安全出口標志燈、疏散指示標志燈和疏散照明燈。 2備用照明： 是指正常照明失效后，用作繼續(xù)進行正常工作或活動而設置的照明。 3安全照明： 是指正常照明失效后，為確保處于潛在危險的人或物的安全而設置的照明。,三、應 急 照 明,(二)對應急照明的要求 1.應急照明必須采用能夠瞬時啟動的光源。 2.當正常電源斷電時，照明應該自動轉(zhuǎn)換為應急電源工作狀態(tài)。 疏

14、散照明和備用照明時不應大于15s；安全照明時不應大于0.5s；自帶電源型應急燈 和集中電源型應急燈，當正常電源斷電轉(zhuǎn)換為應急電源供電再 燃亮的時間不應大于1.5s。 3疏散照明的地面水平照度不應低于0.51x，人防工程l.0lx。 其他場所的備用照明應不低于正常照明的10。 4.安全出口標志燈設在出口頂部。疏散通道的指示標志距地面 1.Om以下的墻上，間距不大于20m。人防及地下建筑內(nèi)不大于 10m。 5.應急照明和疏散指示標志，可采用蓄電池作備用電源。 斷電后連續(xù)工作時間不應小于20rain。百米以上超高層建 筑及人防工程連續(xù)供電時間不應小于30min。,一、建筑照明燈具 燈具-是把光源發(fā)出

15、的光進行再分配的裝置。即燈泡和燈罩的總稱 1作用：燈具的作用包括合理配光、防止眩光、提高光源使用率、保護光源免受機械損傷并為其供電，保證照明安全以及裝飾美化環(huán)境等。 2特性：燈具的特性主要包括燈具的效率、配光曲線和遮光角等。,建筑照明燈具及綠色照明,3分類： (1)按光通量在空間上下兩半球的分配比例分類分為,3分類： (2)按結(jié)構(gòu)形式不同分類分為：開啟式、保護式、密封式、防爆式。,一、建筑照明燈具,3分類： (3) 按固定方式分類分為,3分類： (4) 按用途分類分為：功能型燈具，解決“亮”的問題，如熒光燈、路燈、投光燈、聚光燈等；裝飾性燈具，解決“美”的問題，如壁燈、彩燈、吊燈等。當然，兩者

16、相輔相成，既亮又美的燈具也不少見。 (5)特殊場合使用的燈具，防潮燈具；防塵燈；防爆燈；紫外線消毒燈及防蠅燈；導向燈等等。,一、建筑照明燈具,所謂“綠色照明”，是在20世紀90年代提出的一種理念，是以在照明工程中倡導節(jié)約能源、減少污染、保護環(huán)境為原則，來提高人們的工作和生活質(zhì)量。與“綠色建筑”、“綠色工業(yè)”、“綠色農(nóng)業(yè)”等冠以“綠色”頭銜的各種稱謂具有類似的含義。 實現(xiàn)并發(fā)展“綠色照明”需解決以下三個主要問題： 1加速研發(fā)并大量采用節(jié)能、環(huán)保、高效的光源和燈具 2優(yōu)化照明設計，合理選配照度 3改善控制手段，提高控制水平 4充分利用天然采光、定期清掃燈具以提高光效等也是實現(xiàn)“綠色照明”的有效方法

17、。,二、綠色照明,購物廣場照明,商業(yè)照明的基本要求,吸引顧客的注意 引起顧客的興趣 烘托店堂的氣氛,給顧客以視覺導向 照明應有整體性和可變性,散射效果,高亮度氣氛,商場一般照明,筒燈照明系統(tǒng),線型和模塊照明,緊湊型筒燈,CFL QL,HID 鹵素燈,TL PLL,重點照明 局部照明,窄光束 大功率 較寬光束 緊湊型 線型光源 照射小區(qū)域 射燈 重點透射 筒燈 系統(tǒng),不同區(qū)域照明需要不同光源,一般照明,陶瓷金屬鹵化物燈,鹵素燈 熒光燈,高顯色高壓鈉燈 SON (SDW-T) 石英金屬鹵化物燈,低壓鹵素燈 緊湊型 主電壓鹵素燈 熒光燈,店中店 充分利用店中一切可利用的面積陳列商品以便銷售 利用頂棚

18、裝飾 燈具作為室內(nèi)裝修重要景觀的一部分 新型材料 裝飾墻壁或頂棚 暗藏光源或明裝光源或自然光綜合考慮,商店發(fā)展趨勢,電器控制: -調(diào)光功能,不同色溫 視覺舒適: -無眩光和熱量輻射 -隨著天或季節(jié)時間不同照明情況也不一樣 綜合設計: -模仿劇院或工作室采用非專業(yè)的重點照明燈具 -模仿工業(yè)照明高或低頂棚采用懸掛式或透明棱晶發(fā)射燈具 綜合藝術設計: -采用燈具隱藏在墻或天花板里,照明是室內(nèi)裝修設計重要部分,暗藏燈具,使用光源: 2500K SDW 3000K CDM 4200K CDM,店中店,光源: CDM-TC CDM-R,定向照明筒燈小型化趨勢,模仿工業(yè)照明懸掛式燈具趨勢,光源: SDW-T CDM-TP,重點裝飾筒燈照明 室外裝飾景觀照明 公共建筑,賓館及辦公室大堂照明 餐館及飯店照明,緊湊型HID的應用,LED發(fā)展 LED封裝形式 LED發(fā)光原理 LED的色彩 LED與傳統(tǒng)光源比較,Bridgelux North China Senior FAE Mark,早期LED外觀形式,發(fā)光二極管于1968GaAsP紅光LED首先被商