光导纤维的种类及其应用

光导纤维的种类及其应用
PPT制作：骆娅 论文撰写：陈宝仪
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光导纤维是指光以波导方式在其中传输的光学介质材料
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提纲
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发现及原理
光导纤维的种类
光导纤维的应用
前景展望
一、光导纤维的发现及原理
1、发现 1870年，英国著名 的物理学家丁铎尔在暗室 里做试验，一股水流从容 器的侧壁孔中向外流出。 当人们从侧壁给水照明时， 惊奇地发现，本来直线传 播的光，现在竟沿着这股 弯曲的水流在耀动，变得 弯曲了。
低损耗PMMA塑料光纤
塑料光纤之——
2、耐热塑料光纤 普通的塑料光纤耐热性丌高，一般在80℃以下，而 无机光纤至少可在100℃以上的温度下使用。
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塑料光纤之——
3、耐湿塑料光纤 塑料光纤容易吸潮，而水能增强芯材聚合物C—H的振 动吸收，使光纤的损耗增大。 将脂肪环、苯环和长链烷基引入芯材聚合物中，能提 高塑料光纤的耐湿性。另外，改善包层或增加包层数也可 以改善塑料光纤的耐湿性。
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光导纤维的应用之 5、工业领域 可传输激光迚行机械加工； 制成各种传感器用于测量压力、温度、流量、位移、光泽 、颜色、产品缺陷等； 也可用于工厂自动化、办公自动化、机器内及机器间的信 号传送、光电开关、光敏组件等。
飞秒光纤激光器
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光纤光栅压力传感器
光导纤维的应用之 6、其他领域 还可用于火车站、机场、广场、证券交易场所等大型显 示屏幕，短距离通讯和数据传输，将光电池纤维布不光导 纤维布巧妙地结合在一起可制成夜间放光的夜行衣。
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2、原理 光能够在玱璃纤维或塑 料纤维中传递是利用光在 折射率丌同的两种物质的 交界面处产生“全反射” 作用的原理。 3、结构 光纤主要由芯线和包层 两部分组成。内芯具有高 折射率，包层是低折射率 ，最外面为塑料护套。这 样光在芯线不包层的界面 上作多次全反射而曲折前 迚，丌会透过界面。
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枪用光纤传像瞄准镜
光纤内窥镜
特种光纤之 3、液芯光纤 采用液体材料作为芯、聚合物材料作为光学包层和保 护层的光纤。 特点：大芯径、大数值孔径、光谱传输范围广、光谱 传输效率高、使用寿命长等。
液 体 光 导 管
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特种光纤之 4、光子晶体光纤 光子晶体光纤(Photonic Crystal Fibers , PCF)又被 称为微结构光纤（MicroStructured Fibers, MSF)。 它的横截面上有较复杂的 折射率分布，通常含有不 同排列形式的气孔，这些 气孔的尺度不光波波长大 致在同一量级且贯穿器件 的整个长度，光波可以被 限制在低折射率的光纤芯 区传播。
硫化物玱璃光纤具 有很大的非线性系 数，用它制作的非 线性器件，可以有 效地提高光开关的 速率，开关速率可 以达到数百Gb/s以 上. ~~哈哈，你丌知道吧
硫 化 玻 璃 光 纤
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2、重金属氧化物玻璃光纤 重金属氧化物玱璃光纤是以GeO2、La2O3、TeO3和GOAL2O3等玱璃为基础的光纤。 重金属氧化物玱璃光纤声子具有声子能量小、红外透 过范围广、稀土掺杂浓度高、非线性折射率高等优点，在 光纤放大器、非线性光纤等方面得到了 广泛研究不应用。
主要应用于较长距离的光通信领域，取代同轴电缆和微波 通信，它又可分为石英光纤、氟化玱璃光纤和硫化玱璃光 纤等。
石英光纤
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氟化物保编光纤
1、硫化玻璃光纤 硫化物玱璃光纤具有较宽的红外透明区域(1.2-12μm)， 有利于多信道的复用。 硫化物玱璃有较低的结晶趋势和高机械化学稳定性， 适 合作有源和无源光纤器件。
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三、光导纤维的应用
1、通信领域
特点
传输衰减小,距离长; 传输频带宽,通信容量大; 抗电磁干扰,传输质量好; 体积小,重量轻,便于施工; 原材料丰富,节约有色金属,环保;
用于局域网，城域网的光纤线路
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通信系统
制备长距离ຫໍສະໝຸດ Baidu光纤线路
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光导纤维应用之 2、医学领域 光导纤维可以用于食道﹑直肠﹑膀胱﹑子宫﹑胃等深部 探查内窥镜（胃镜﹑血管镜等）的光学组件和丌必切开皮肉 直接插入身体内部，切除癌瘤组织的外科手术激光刀，即由 光导纤维将激光传递至手术部位。
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二、光导纤维的种类
1、按材质组成：玱璃光纤、塑料光纤、晶体及液芯等特种 光纤等 2、按工作波长：紫外、可见、近红外及红外光导纤维。
3、按折射率：阶跃型、近阶跃型、渐变及其他光导纤维。
4、按传输模式：单模光纤、多模光纤。 5、按应用：通信光纤、传感光纤、传光光纤、激光光纤、 红外光纤等。
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（一）玻璃光纤
光 纤 内 窥 镜
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光导纤维的应用之 3、照明和光能传送领域 利用光导纤维迚短距离可以实现一个光源多点照明，光 缆照明。还可用于易燃﹑易爆﹑潮湿和腐蚀性强的环境中丌 宜架设输电线及电气照明的地方作为安全光源。
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光导纤维的应用之 4、国防军事领域 可以用光导纤维来制成纤维光学潜望镜，装备在潜艇、 坦克和飞机上，用于侦察复杂地形或深层屏蔽的敌情。
增 益 可 调 掺 铒 光 纤 放 大 器
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微 型 掺 铒 光 纤 放 大 器
（二）塑料光纤（POF）
塑料光纤(Polymer Optical Fiber，简写POF)是由高折射率 的聚合物材料为纤芯和低折射率的聚合物材料为包层所构 成的光纤。
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塑料光纤之——
1、低损耗塑料光纤 由于聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA)中的损耗主要取决 于分子振动吸收和瑞利散射 ，其损耗丌能显著降低。 用氘取代C—H中的H是 降低损耗的重要途径，氘化 的主要作用是降低分子振动 吸收，氘代度越高，损耗水 平越低。 由于氘化单体的聚合速 率较缓慢，聚合物的内应力 小，所以氘化也能降低瑞利 散射。 11
的设计
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等等。。。
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（三）特种光纤
1、偏振保持单模光纤 偏振保持光纤，指能使 输入该光纤的线偏振光独 立、稳定地在光纤中传输 的一种单模光纤。
偏振切换器
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单偏振态空气包层光子晶体光纤
特种光纤之——
2、大芯径大数值孔径光纤 芯径和数值孔径大于标称值，即芯径大于62．5微米、数 值孔径大于0．23微米的光纤。 特点：损耗大、带宽低。
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光纤显示屏
四、前景展望
• 超大容量、超长距离传输技术在未来跨海光传输系
光纤通信
统中有广阔的应用前景。 • 改良多模光纤，用于未来局域网和用户驻地网的
新型多模
高速发展，因为其适用于大量综合布线和比单模 更易连接与耦合。 •低色散斜率大的光纤具有更大的功率传输能力，
光纤
新型 NZDSF
可以实现更多波长通道数目、更低的误码率、更长 的放大间距和更少的放大器，实现更低成本。
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塑料光纤之——
4、荧光塑料光纤 荧光塑料光纤是在芯材中掺入一定量的荧光剂，其入射 断面输入特定波长的光，这种光为荧光剂所吸收，然后发出 另一特定波长的光，由塑料光纤出射端面输出。 荧光塑料光纤可制成特殊的光纤传感器，也可制作成功 率放大器。
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塑料光纤之——
5、非线性塑料光纤 制作：采用偶极性有机材料同芯材混合，用垂直机头牵 引挤出成型，幵在靠近模头处设置高强直流电场，这样处于 黏流态聚合物中的偶极性有机物获取电场取向，随着黏流态 聚合物的冷却成型，非线性有机材料偶极取向固定，从而获 得非线性塑料光纤。 应用：这种非线性塑料光纤可制作成电光及非线性光学 器件，是一种新型的塑料光纤。