光纤通信材料
光功能材料的应用及其原理
光功能材料的应用及其原理1.光电转换器件光电转换器件是将光能转变为电能的材料和器件。
其中最常见的是太阳能电池，它利用光能将光子转化为电子，从而产生电流。
硅、锗等半导体材料是光电转换器件中常用的材料，它们具有良好的光电转换性能和稳定性。
太阳能电池的工作原理是光生电效应。
当光照射到半导体材料上时，光子的能量会激发半导体中的电子，使其脱离原子成为自由电子。
这些自由电子会在半导体内部移动形成电流。
太阳能电池的效率取决于光子能量和半导体材料的能带结构。
2.光纤通信光纤通信是一种利用光纤传输信号的通信技术。
光纤通信中常用的材料是光纤，它是一种具有高纯度和高透明度的玻璃或塑料材料。
光纤的内部被分为内核和包层，内核用于传输光信号，包层用于保护内核。
光纤通信的原理是利用光的全内反射特性。
当光在光纤中传播时，由于光线从内核到包层的界面进入时发生全内反射，光信号得以沿着光纤一直传输到目标地点。
光纤通信具有高传输带宽、低损耗和抗干扰等优点，因此被广泛应用于长距离通信和高速数据传输。
3.光催化材料光催化材料是一种利用光能催化化学反应的材料。
光催化材料一般是半导体材料或多孔材料，具有良好的光吸收和光生电子传输性能。
它们可以通过吸收光能，提高化学反应的速率和效率。
光催化材料常见的应用之一是水的分解制氢。
例如，采用二氧化钛作为光催化剂，当光照射到二氧化钛表面时，激发产生的电子和空穴可以参与水的分解反应，生成氢气和氧气。
这种光催化制氢技术被广泛应用于可再生能源领域，具有潜在的能源转化和环境污染治理的应用前景。
4.光子晶体光子晶体是一种具有周期性的介质结构，具有特殊的光学性能。
它能够对特定波长的光进行衍射和传输，具有光学波导效应。
光子晶体常用的材料有二氧化硅和聚合物等。
光子晶体的工作原理是光的阻挡带效应。
当光通过具有周期性结构的光子晶体时，只有特定波长的光能够通过，其他波长的光会被晶体反射或衍射。
这种特殊的光学性能使得光子晶体在光学传感、光纤通信和光子集成等方面具有广泛应用。
光纤通信基础知识
光纤通信的基本概念光导纤维，是一种介质光波导，能把光封闭其中并且使光沿轴向进行传播的导波结构。
由石英玻璃、合成树脂等材料制成的极细的纤维。
单模光纤：纤芯8-10um、包层125um多模光纤：纤芯51um、包层125um利用光导纤维传输光信号的通信方式称为光纤通信。
光波属于电磁波的范畴。
可见光的波长范围是390-760nm，大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。
光波的工作窗口（三个通信窗）：光纤通信中应用的波长范围是在近红外区短波长区（可见光，肉眼看是一种橘黄色的光）850nm橘黄色的光长波长区（不可见光区）1310nm（理论上的色散最小点）、1550nm （理论上的衰减最小点）光纤的结构与分类1. 光纤的结构理想的光纤结构：纤芯、包层、涂覆层、护套构成。
纤芯和包层用石英材料制作，机械性能比较脆弱，容易断，故一般会加两层涂覆层，一层树脂型、一层尼龙型，使得光纤柔性性能达到工程实际运用的要求。
2.光纤的分类（1）光纤按照光纤横截面的折射率分布划分：分为阶跃型光纤（均匀光纤）和渐变型光纤（非均匀光纤）。
假设，纤芯折射率为n1，包层折射率为n2为了使纤芯能够远距离传光，构成光纤的必要条件是n1>n2均匀光纤的折射率分布是个常数非均匀光纤的折射率分布规律：其中，△——相对折射率差α——折射指数，α=∞——阶跃型折射率分布光纤，α=2——平方律折射率分布光纤（一种渐变型光纤）这种光纤比起其他渐变型光纤，模式色散最小最优（2）按纤芯中所传输的模式数量来划分：分为多模光纤和单模光纤这里的模式是指：在光纤中所传输的光线的一种电磁场的分布，不同的场分布就是一种不同的模式。
单模（光纤中只传输一种模式）、多模（光纤中同时传输多种模式）目前由于对传输的速率要求越来越高、传输的数量要求越来越多，城域网向高速大容量方向发展，所以采用的多是单模阶跃型光纤。
（本身传输特性优于多模光纤）（3）光纤的特性：①光纤的损耗特性：光波在光纤中传输，随着传输距离的增加而光功率逐渐下降。
光纤通信技术概述
光纤通信技术概述
光纤通信技术是利用光纤作为传输介质，通过光信号的传输和调制来实现高速、长距离、大容量的信息传输。
光纤通信技术主要包括三个主要部分：光源、光纤和光接收器。
光源是产生光信号的装置，常见的光源包括激光器和发光二极管（LED）。
激光器具有高亮度、窄谱宽、方向性好等特点，适用于长距离通信。
而LED则具有低成本、大发光角度等特点，适用于短距离通信。
光纤是光信号的传输介质，由光纤芯和包层组成。
光纤芯是光信号传输的核心部分，通常由高纯度的二氧化硅制成，具有较高的折射率。
包层是光纤芯的外层，由低折射率的材料制成，用于保护光纤芯并使光信号在光纤内部反射传输。
光接收器是将光信号转换为电信号的装置，主要由光电二极管和放大电路组成。
光电二极管能将光信号转换为电流信号，然后经过放大电路进行放大和处理，最终得到可用于数据处理的电信号。
光纤通信技术具有以下优点：传输速度快、带宽大、传输距离远、抗干扰能力强、安全性高等。
因此，在现代通信领域得到广泛应用，包括互联网、电视、电话等各个方面。
光导纤维介绍
光通信的传输材料。
光通信的线路采用像头发丝那样细的透明玻璃纤维制成的光缆。
在玻璃纤维中传导的不是电信号,而是光信号,故称其为光导纤维。
远距离通信的效率高,容量极大,抗干扰能力极强。
现代科学创造的奇迹之一，是使光像电流一样沿着导线传输。
不过，这种导线不是一般的金属导线，而是一种特殊的玻璃丝，人们称它为光导纤维，又叫光学纤维，简称光纤。
1870年，英国科学家丁达尔做了一个有趣的实验：让一股水流从玻璃容器的侧壁细口自由流出，以一束细光束沿水平方向从开口处的正对面射入水中。
丁达尔发现，细光束不是穿出这股水流射向空气，而是顺从地沿着水流弯弯曲曲地传播。
这是光的全反射造成的结果。
光导纤维正是根据这一原理制造的。
它的基本原料是廉价的石英玻璃，科学家将它们拉成直径只有几微米到几十微米的丝，然后再包上一层折射率比它小的材料。
只要入射角满足一定的条件，光束就可以在这样制成的光导纤维中弯弯曲曲地从一端传到另一端，而不会在中途漏射。
科学家将光导纤维的这一特性首先用于光通信。
一根光导纤维只能传送一个很小的光点，如果把数以万计的光导纤维整齐地排成一束，并使每根光导纤维在两端的位置上一一对应，就可做成光缆。
用光缆代替电缆通信具有无比的优越性。
比如20根光纤组成的像铅笔精细的光缆，每天可通话7.6万人次，而1800根铜线组成的像碗口粗细的电缆，每天只能通话几千人次。
光导纤维不仅重量轻、成本低、敷设方便，而且容量大、抗干扰、稳定可靠、保密性强。
因此光缆正在取代铜线电缆，广泛地应用于通信、电视、广播、交通、军事、医疗等许多领域，难怪人们称誉光导纤维为信息时代的神经。
我国自行研制、生产、建设的世界最长的京汉广(北京、武汉、广州)通信光缆，全长3047公里，已于1993年10月15日开通，标志我国已进入全面应用光通信的时代。
光纤传导光的能力非常强，能利用光缆通讯，能同时传播大量信息。
例如一条光缆通路同时可容纳十亿人通话，也可同时传送多套电视节目。
光电功能材料--光纤材料 ppt课件
波导 ：waveguide，能限定和引导电磁波在长度方向上传 播的管道
光纤传输信息具有许多优点：
●载频为3×1014Hz，约为电视通信所用超高频 的100000倍，从而使信息载带容量或带宽激增；
氟化铍 在红外区的本征损失为石英的l/6，可拉制透射2 µm波段的光纤。该种光纤有可能将光信号无中继传输数百甚 至上千公里。
氟化锆 理论损耗达0.001dB/km(2.55µm)(比 最好的石英光纤低两个数量级)，透过率可达氧 化物玻璃的100倍，且受高能辐照不易黑化。氟 化锆基玻璃的主成分为氟化锆(60~70mol％)，并 以氟化钡(20~30mol％)为改性剂(降低熔点)， 以 少量其它氟化物作稳定剂(如AlF3、LaF3、PbF2 作结晶化抑制剂)和指数改性剂(如PbF2)，借以获 得合适的纤芯和包层组分。这种玻璃光纤的透射
B 硫属玻璃光纤
砷、锗、锑与硫属元素硫、硒构成的玻璃叫 硫属玻璃，光学损耗高，主要用于短距离传能。 目前己拉出在CO和CO2激光波长下损耗为数百dB 的纤维。在一根光纤上能传输数瓦的能量，这对 拓宽CO2和CO大功率激光器的应用领域有重要意 义。
C 重金属氧化物光纤
对此类纤维的研究，主要局限于GeO2系统。 抽成丝后最小损耗约为4dB/km(2µm)。可用作红 外光纤、非线性光学光纤，尤其是可用来实现光 信号放大，有可能用于超长距离光学传输系统。
波长范围从7~8 µm的红外区一直延伸到0.2~0.3 µm的近紫外区。
拉出的Zr（锆）－Ba－La－Al－Li－Pb(纤 芯)／Zr－Ba－La－Al－Li (包层)氟化物光 纤，在2.55 µm下的最低损耗为6.8dB/km， 纤维的“实用”强度高达3800MPa。估计 氟化物玻璃光纤接近0.001dB/km的最低理 论损耗，从而实现横跨大洋的通信。
光纤材料是什么
光纤材料是什么
光纤材料，顾名思义，是用于制造光纤的材料。
光纤是一种能够传输光信号的
细长柔软的材料，通常由玻璃或塑料制成。
光纤材料的选择对光纤的性能和应用起着至关重要的作用。
下面我们将对光纤材料的种类、特性和应用进行详细介绍。
首先，光纤材料主要分为玻璃光纤和塑料光纤两大类。
玻璃光纤由高纯度的二
氧化硅和掺杂物组成，具有优异的光学性能和机械性能，适用于长距离、高速传输。
而塑料光纤则由聚合物材料制成，具有较低的折射率和较大的损耗，适用于短距离、低速传输。
两种光纤材料各有优势，可以根据具体的应用需求进行选择。
其次，光纤材料的特性对光纤的性能有着直接影响。
玻璃光纤具有优异的耐高温、耐腐蚀和抗拉伸性能，适用于各种恶劣环境下的应用。
而塑料光纤则具有较好的柔韧性和易加工性，适用于一些特殊形状和场合的应用。
此外，光纤材料的折射率、损耗、色散等光学特性也是影响光纤性能的重要因素。
最后，光纤材料在通信、传感、医疗、工业等领域有着广泛的应用。
在通信领域，光纤材料的优异性能保证了信息的高速传输和远距离传输。
在传感领域，光纤传感技术利用光纤材料的特性，实现了对温度、压力、应变等物理量的高精度测量。
在医疗领域，光纤激光技术已经成为了一种常见的治疗手段。
在工业领域，光纤传感和光纤通信技术的应用也越来越广泛。
综上所述，光纤材料是制造光纤的关键材料，其种类、特性和应用对光纤的性
能和功能起着至关重要的作用。
随着科技的不断发展，相信光纤材料将会有更广阔的应用前景。
光纤通信用光器件介绍
光纤通信用光器件介绍光纤通信是利用光纤传输光信号进行通信的技术，其核心是通过光器件来发射、接收和调制光信号。
光器件是光纤通信系统中非常重要的组成部分，能够直接影响到通信系统的性能和稳定性。
在这篇文章中，我将介绍几种常见的光器件，并介绍它们的工作原理和应用。
第一种光器件是光纤激光器。
光纤激光器是一种能够发射强聚焦、单一波长、狭谱宽的光信号的器件。
它的工作原理是通过激光材料受到光电势驱动而产生的受激辐射来产生光信号。
光纤激光器具有很高的光输出功率和较窄的光谱特性，使其在长距离传输和高速通信中具有很大的优势。
第二种光器件是光纤调制器。
光纤调制器是一种能够改变光信号的特征以传输信息的器件。
它的工作原理是通过改变光的相位、幅度或频率，来调制光信号传递的信息。
光纤调制器在光纤通信中广泛应用于多种信号调制技术，如振幅调制、频率调制和相移键控等。
第三种光器件是光纤增益器。
光纤增益器是一种能够增强光信号的器件。
它通过将光信号输入到光纤中，通过光放大的原理来增强信号的强度。
光纤增益器在光纤通信系统中被广泛应用于信号放大和信号传输的中继，使得信号能够在长距离的传输中保持高强度和低损耗。
第四种光器件是光纤光栅。
光纤光栅是一种能够选择性反射或散射特定波长的光信号的器件。
它的工作原理是通过将光纤中的折射率周期性改变，产生布拉格衍射，从而实现对特定波长的光信号选择性反射或散射。
光纤光栅在光纤通信中被广泛应用于波长选择多路复用和分光分集等技术中。
第五种光器件是光纤检测器。
光纤检测器是一种能够接收光信号并转换为电信号的器件。
它的工作原理是通过光电效应将光信号转化为电信号。
光纤检测器在光纤通信系统中被广泛应用于光信号的接收和调制等过程中。
除了上述介绍的几种光器件外，还有许多其他类型的光器件，在光纤通信系统中起到了各种不同的作用。
例如，光纤散射器用于分配光信号，光纤滤波器用于调制光信号波长，光纤耦合器用于将多个光纤连接在一起等等。
这些光器件为光纤通信提供了更多的灵活性和多样性，使得通信系统能够更好地适应不同的需求和环境。
光纤通信
填空题；1. 光纤通信是以光波为载波，以光纤为传输介质的通信方式。
2. 目前光纤通信常用的窗口有： 0.85um ， 1.31um ， 1.55um 。
3. 光纤的主要材料是：石英（slo）2。
4. 光纤中，导引模的截止条件为： w=0 或 u=0 。
5. 单模光纤中不存在模间色散，仅存在模内色散，具体来讲，可分为材料色散，和波导色散。
6. 在单模光纤中，由于光纤的双折射特性使两个正交偏正振分量以不同的群速度传输，也将导致光脉冲展宽，这种现象称为偏振模色散。
7. 单模传输条件是归一化参量 v<2.405 。
8. 光缆大体上由缆芯，加强原件和护层三部分组成。
9. 散射损耗与光纤材料及光纤中的结构缺陷有关。
10. 数值孔径越大，光纤接收光线的能力就越强，光纤与光源的耦合效率就越高。
11. 光纤固定接头的方法有熔接法， v型槽法和套管法。
12. 影响两光纤对接损耗的结构参数有数值孔径, 折射率分布，和纤芯直径。
13. 光纤与光纤的连接方法有两大类，一类是活动连接，另一类是固定连接。
14. 影响光纤耦合器性能的主要因素有插入损耗，附加损耗 , 分光比，和间隔度。
15. 在一根光纤中同时传输多个不同波长的光载波信号称为光波分复用。
1. 段开销可分为再生段开销和复用段开销。
2. 构成SDH网络的基本网络单元成为网元。
该设备有 TM ， ADM ， DXC ，和 REG 四种。
4. PIN二极管的特点包括耗尽层很宽，偏置电压很小及附加噪声。
5.衡量光电监测性能的主要技术指标有以下几项：暗电流，响应度，响应特性，雪崩倍增因子，渡越时间，光灵敏度，光谱效应。
6. 数字接收机的灵敏度定义为接收机工作于信号质量/误码率的BER所要求的最小平均接收功率。
7. LD是一种阈值器件，它通过受激发光，具有输出功率高输出光发射角窄，与单模光纤耦合功率高，辐射光线谱线窄等优点。
8. 温度升高时，LED光源线宽变宽峰值波长向长波长方向移动。
高折射率材料在光纤通信中的应用
高折射率材料在光纤通信中的应用光纤通信作为现代通信技术的重要组成部分，已经成为人类信息传递的最主要方式之一。
随着我国信息化步伐的加快，光纤通信的发展也日益迅猛。
而高折射率材料在光纤通信中的应用则是光纤通信技术的一个重要发展方向。
本文将从高折射率材料的定义、特性以及在光纤通信中的应用几个方面进行深入探讨。
一、高折射率材料的定义和特性高折射率材料指的是相比于传统光学材料，其具有更高折射率的一类材料。
其主要特性在于其折射率高，衍射光场效应小，能够大幅提高传输速率和距离，并且本身具有优异的热稳定性和光学性能，故在光纤通信、传感、光学储存以及光电器件等多个领域都有着广泛的应用。
二、1. 用于提高光纤传输速率和距离传统光学材料的折射率一般在1.4左右，而高折射率材料则可以达到甚至超过3的高度，这意味着利用高折射率材料制成的光纤可以降低光信号在传输过程中的损耗，从而提高传输速率和距离。
同时，高折射率材料自身的光学性能更加优异，故能够进一步提高光纤传输的质量和可靠性。
2. 用于实现高速光通信高折射率材料的使用还可以实现高速光通信。
目前，传统的光通信技术已经无法满足人们对于高速率的需求，而高折射率材料的导光性能更好，可以有效地降低光纤中的信号衰减，从而实现更高的传输速率。
3. 用于制造光电器件除了在光纤通信中的应用之外，高折射率材料在制造光电器件中也有着非常广泛的使用。
比如，利用高折射率材料可以制造出具有更好性能的激光器、LED灯以及各种传感器等光电器件。
三、高折射率材料的发展前景随着我国信息化进程的不断加速，人们对于高速率、高可靠性的光纤通信需求也在不断提升。
而高折射率材料作为一种新型的光学材料，其在光学通信和其它光学设备中的应用前景非常广泛。
目前，许多国家和地区都在这方面进行相关的研究，并取得了不少的成功。
总之，随着技术水平的不断提高，高折射率材料在光纤通信等领域的应用前景非常广阔，其具有极大的发展潜力，同时对于提高我国的信息化水平也起到了积极的促进作用。
光纤的种类
一、从材料角度分按照制造光纤所用的材料分类，有石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤等。
二、按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。
三、按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。
四、按折射率分布情况分：阶跃型和渐变型光纤。
五、按光纤的工作波长分类，有短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。
下篇将重点分析光纤的传输模式多模光纤由于发光器件比较便宜以及施工简易的特性，广泛用于短距离的通讯上，多模光纤又分为50um芯径和62.5um芯径两种，其中62.5um的比较常见，但性能上没有50um的好。
"单模光纤" 在学术文献中的解释：一般v小于2.405时,光纤中就只有一个波峰通过,故称为单模光纤,它的芯子很细,约为3一10微米,模式色散很小.影响光纤传输带宽度的主要因素是各种色散,而以模式色散最为重要,单模光纤的色散小,故能把光以很宽的频带传输很长距离。
单模光纤具备10 micron的芯直径，可容许单模光束传输，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，单模光缆主要利用激光才能获得高频宽。
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1G千兆网，单模光纤都可支持超过5000m的传输距离。
单模光纤的芯线标称直径规格为（8～10）μm/125μm。
规格（芯数）有2、4、6、8、12、16、20、24、36、48、60、72、84、96芯等。
单模光纤通信的带宽大，通常可传100G bit/s以上。
实际使用一般分为155M bit/s、1.25G bit/s、2.5G bit/s、10G bit/s。
1310nm波长的光在G.652光纤上传输时，决定其传输距离限制的是衰减因数；因为在1310nm波长下，光纤的材料色散与结构色散相互抵消总的色散为0，在1310nm波长上有微小振幅的光信号能够实现宽频带传输。
光纤是什么材料
光纤是什么材料
光纤是一种由玻璃或塑料制成的细长柔软的材料，具有优异的光传导性能。
光纤主要由两部分组成：纤芯和包层。
纤芯是光信号传输的核心部分，是一条细长的玻璃或塑料线，负责光信号的传导；包层是纤芯外部一层覆盖的材料，作用是隔离外界干扰和保护纤芯。
在光纤中，光信号通过全反射的原理进行传输。
当光线从纤芯进入包层时，根据光密度的不同，会发生全反射，即光线会被完全反射回纤芯中继续传输。
这样一来，光信号可以在光纤中长距离地传输，且传输损失很小。
光纤广泛应用于通信领域。
由于光纤传输速度快、带宽大、传输损耗小，逐渐取代了传统的铜线传输。
在光纤通信中，光信号通过光纤进行传递，通过光电转换器将光信号转化为电信号，然后再由电信号进行传输。
光纤通信不受电子设备的干扰，可以进行远距离传输，如海底传输和高速宽带传输。
同时，光纤还在计算机网络、医疗设备、光学传感器等领域得到了广泛应用。
光纤的制作过程复杂，需要通过多道工序进行。
首先，需要选择适合的光纤材料，常见的有石英玻璃和塑料。
然后，将选定的材料加工成细丝状，这个过程叫做拉丝。
接下来，通过高温熔化和拉伸等步骤，将拉出的细丝形成纤芯和包层。
最后，将制作好的光纤进行加工和测试，确保其质量和性能。
随着科技的不断进步，光纤技术不断发展，新的材料和制造方法也在不断涌现。
未来，光纤的传输速度和带宽将进一步提高，应用领域也将继续扩展。
光纤的发展将为人们的通信、数据传输和科研提供更广阔的空间和可能性。
芳纶在光纤中的运用
芳纶在光纤中的运用
芳纶在光纤中的运用主要体现在光纤通信领域。
光纤通信是一种利用光缆传输信息的技术，其核心是将信息通过光信号的形式在光纤中传输。
芳纶是一种聚酰胺类高性能纤维，在光纤通信中常用作光纤的增强材料。
光纤通信中使用的光纤一般由芳纶材料强化，以增加其耐拉强度和抗拉伸性能。
芳纶具有优异的机械性能和高温稳定性，能够承受光纤拉伸时的高应力和温度变化，并保持光纤的光学传输性能。
此外，芳纶也可以用于制备光纤涂层。
光纤涂层是光纤表面的保护层，用于保护光纤的内芯，减小光信号在光纤中的传播损耗。
芳纶具有高熔点和高玻璃转化温度，能够在高温条件下保持较好的物理性能，使得芳纶涂层能够满足光纤通信中的要求，提供良好的光学性能和保护效果。
总之，芳纶在光纤中的运用使得光纤具有了更好的耐力和耐高温能力，提高了光纤通信的可靠性和稳定性，使得光纤通信成为现代通信技术中不可或缺的重要组成部分。
光纤通信材料PPT课件
s子
斜
tan 2a cos
子 cos
说明: 斜光线和子午光线在光纤中的光路长度相
同; 而斜光线的全反射次数总比子午光线的多,
它和轴倾角密切相关.
可编辑版课件
14
P
P
n2 r
n1
n1
Q (a)
rt
P
r
n2 P
Q n1
Q
n2 Q (b)
图 阶跃折射率光纤纤芯内的光线路径 (a) 子午光线的锯齿路径 ；(b) 偏斜光线的螺旋路经及其在纤芯横截面上的投影。
24
损耗的机理
1. 吸收损耗 吸收损耗分本征吸收、杂质吸收。
(1) 本征吸收 本征吸收来自基质材料电子跃迁和分子振动产生的
吸收。 (2) 杂质吸收
杂质吸收是由于材料不纯造成的，主要来源于材料 中的金属离子(Cu+、Cr+、Fe+、Co+等)和氢氧根(OH-)。在 制作过程中，必须对原材料进行严格的化学提纯。
第三步:缩棒. 加热石英玻璃管(1700~1900C), 使之
塌陷, 收缩成一要实心棒, 称为预制棒.
波导色散: 传播常数随入可编射辑光版课波件 长不同而变化
30
4. 色散的表征 群时延|
0v 1 gd d d d 0(0) d d2 2 0
色散或脉冲展宽的量度
（1）最大群时延的差(阶跃光纤中子午光线的传播)
m am x a m x i c n sL i c /n n 1 c / L n 1 n L 1 c n 1 n 2 n 2 n 1 L c
梯度折射率光纤中光线的传播轨迹与纤芯 折射率分布有关。
可编辑版课件
18
四、光纤的特性参数
新型材料在光纤通信中的应用研究
新型材料在光纤通信中的应用研究第一章概述随着科技的不断进步和发展，光纤通信已经成为现代通信的主流方式。
在光纤通信中，材料起着关键的作用，不同材料的特性和性能对光纤通信的传输速度、容量和稳定性等方面都具有重要影响。
本章将阐述光纤通信的基本原理和重要性以及新型材料在光纤通信中的应用研究的意义。
第二章光纤通信的基本原理光纤通信是利用光的传输来进行信息交流的一种通信技术。
它基于光的折射、反射和传输等原理，在光纤中传输信息。
在光纤通信中，主要的技术参数有传输速率、带宽和传输距离等。
传统的光纤通信材料主要是石英玻璃，但随着技术的进步，新型材料的应用逐渐成为研究的热点。
第三章新型材料的特性和性能新型材料具有许多传统材料所不具备的特性和性能，如高温抗性、耐腐蚀性、强度高等。
这些特性和性能使得新材料在光纤通信领域具备广阔的应用前景。
例如，用于光纤的材料需要具备较高的折射率和较低的光损耗，新型材料的特性和性能可以满足这些要求。
第四章新型材料在光纤通信中的应用4.1 光纤材料的改性在光纤通信中，材料的改性是关键的研究方向之一。
传统的光纤材料具备一定的折射率和光损耗，但是随着需求的增加，需要改变材料的折射率和光损耗。
新型材料的应用可以通过改变材料的组成和结构来实现这些需求。
4.2 新型光纤的研究新型材料的应用也促进了新型光纤的研究。
新型光纤采用了不同的材料和结构，具有更高的折射率和更低的光损耗，可以实现更高的传输速度和更远的传输距离。
例如，微纳结构光纤和空芯光纤等新型光纤已经成为光纤通信领域的研究热点。
4.3 新型材料在光纤器件中的应用除了在光纤材料和光纤领域的研究应用，新型材料还可以广泛应用于光纤器件中。
例如，新材料的应用可以提高光纤信号的调制和解调效果，增强信号的稳定性和传输能力。
同时，新型材料还可以用于制备光纤放大器、光纤激光器和光纤传感器等器件。
第五章新型材料在光纤通信中的挑战和未来展望虽然新型材料在光纤通信中具有广阔的应用前景，但是仍然面临一些挑战。
光纤制备技术
光纤制备技术
光纤制备技术是指利用特定的工艺和设备，将高纯度的玻璃或塑料材料制成细长的光纤。
光纤制备技术是现代通信技术中至关重要的一环，因为它是光通信的核心，可以将光信号传输到任意距离的地方。
光纤制备技术主要包括以下几个方面：
1. 材料制备：光纤的材料主要是玻璃或塑料等高分子材料。
在制备过程中，需要采用特定的工艺和设备，保证材料的纯度和质量。
2. 光纤拉制：光纤的制备主要是通过拉制工艺来完成的。
在这个过程中，需要将预先加热的材料拉制成细长的光纤。
3. 光纤涂覆：在光纤制备的过程中，为了保护光纤并提高其性能，需要对光纤进行涂覆。
涂覆材料可以是聚合物等材料。
4. 光纤接头：在光纤通信过程中，需要将多根光纤进行连接。
这就需要采用光纤接头技术，将多根光纤精确地连接在一起。
总之，光纤制备技术是一项十分复杂的技术，需要高度的专业知识和技能。
目前，光纤制备技术已经得到了广泛应用，成为现代通信技术中不可或缺的一部分。
- 1 -。
晶体硅的主要用途
晶体硅的主要用途
晶体硅是一种高纯度的硅材料，由于其优异的电学特性和化学稳定性，被广泛应用于各种领域。
以下是晶体硅的主要用途：
1. 半导体制造：晶体硅是半导体材料的重要组成部分。
它用于制造各种电子器件，如集成电路、太阳能电池、光电二极管等。
在集成电路产业中，晶体硅被用于制造芯片基底，作为电子元件的主要支撑材料。
2. 太阳能发电：晶体硅是太阳能电池的关键材料。
通过将晶体硅材料与其他材料结合，制造出具有光电转换功能的太阳能电池板。
这些太阳能电池板可以将阳光直接转化为电能，用于家庭和工业用途。
3. 光通信：晶体硅是光纤通信的关键材料之一。
晶体硅的高纯度和低损耗特性使其成为制造光纤的理想选择。
光纤通信系统广泛应用于电话、互联网和电视信号传输等各个领域。
4. 光学器件：晶体硅在光学领域也有广泛应用。
它可以用于制造镜片、透镜、棱镜等光学器件，用于光学仪器、相机、激光设备等。
5. 化工工业：晶体硅可用作化学试剂，用于合成有机化合物、制造硅胶等化工产品。
此外，晶体硅还可以用于制备陶瓷、玻璃等材料，
以及制造涂料和塑料的添加剂。
总之，晶体硅的主要用途包括半导体制造、太阳能发电、光通信、光学器件和化工工业。
随着科技的不断发展，晶体硅在各个领域的应用还将持续扩大。
按光纤的组成材料分类光纤通信系统的组成
按光纤的组成材料分类光纤通信系统的组成按光纤的组成材料分类按光纤的组成材料可分为：石英玻璃光纤（主要材料为SiO2）、复合光纤（主要材料为SiO2、Na2O和CaO等氧化物）、硅酸盐光纤、氟化物光纤、塑包光纤、全塑光纤、液芯光纤、测光光纤、尾光光纤、工业光纤等。
光通信中主要用石英光纤，以后所说的光纤也主要是指石英光纤。
（1）石英玻璃光纤石英玻璃光纤是一种以高折射率的纯石英玻璃（SiO2）材料为芯，以低折射率的有机或无机材料为包皮的光学纤维。
由于石英玻璃光纤传输波长范围宽（从近紫外到近红外，波长从0.38～2.0μm），所以石英玻璃光纤适用于紫外到红外各波长信号及能量的传输。
另外，石英玻璃光纤数值孔径大、光纤芯径大、机械强度高、弯曲性能好和很容易与光源耦合等优点，故在传感、光谱分析、过程控制及激光传输、激光医疗、测量技术、刑侦，信息传输和照明等领域的应用极为广泛。
尤其是在工业和医学等领域的激光传输中得到了广泛的应用，这是其他种类的光纤无法比拟的。
（2）复合光纤复合光纤（Compound Fiber）是在SiO2原料中再适当混合诸如氧化钠（Na2O）、氧化硼（B2O2）、氧化钾（K2O2）等氧化物的多成分玻璃作成的光纤。
其特点是多成分玻璃比石英的软化点低且纤芯与包层的折射率差很大。
主要用在医疗业务的光纤内窥镜。
（3）氟化物光纤氟化物光纤（Fluoride Fiber）是由氟化物玻璃作成的光纤。
这种光纤原料又简称ZBLAN（即将氟化铝（ZrF4）、氰化钡（BaF2）、氟化镧（LaF3）、氟化铝（A1F2）、氰化钠（NaF）等氯化物玻璃原料简化成的缩语）。
它主要工作在2～10pm 波长的光传输业务。
由于ZBLAN具有超低损耗光纤的可能性，正在进行着用于长距离通信光纤的可行性开发，如其理论上的最低损耗在3pm 波长时可达3～10dB/km，而石英光纤在 1.55pm时却在0.15～0.16dB/km之间。
常用光纤的种类及规格
常用光纤的种类及规格.t xt点的是烟抽的却是寂寞……不是你不笑，一笑粉就掉！人又不聪明，还学别人秃顶。
绑不住我的心就不要说我花心！再牛b的肖邦，也弹不出老子的悲伤！活着的时候开心点，因为我们要死很久。
请你以后不要在我面前说英文了，OK？光纤的种类很多，分类方法也是各种各样的。
从材料角度分按照制造光纤所用的材料分类，有石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤等。
塑料光纤是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）制成的。
它的特点是制造成本低廉，相对来说芯径较大，与光源的耦合效率高，耦合进光纤的光功率大，使用方便。
但由于损耗较大，带宽较小，这种光纤只适用于短距离低速率通信，如短距离计算机网链路、船舶内通信等。
目前通信中普遍使用的是石英系光纤。
按传输模式分按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。
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，多模光缆的光纤直径为50至100米。
基本上有两种多模光缆，一种是梯度型（graded）另一种是引导型（steppe d），对于梯度型（g raded）光缆来说，芯的折光系数（refrac tionindex)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（S teppe d Inder）光缆来说，折光系数基本上是平均不变，而只有在色层（claddi ng）表面上才会突然降低引导型（steppe d）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米，62.5/125米意指光缆芯径为62.5米而色层（c laddi ng）直径为125米，其他较为普通的为50/125及100/140。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
横磁模：在横截面上有磁场分量，在传输方向上没有磁场分量，只有电 场分量。TMmn波
混合模：EHmn；HEmn
m：电场或磁场在圆周角方向分量的波节数，即光沿圆周角方向出现的暗区的个数。 n：电场或磁场在半径方向分量的波节数，即光沿半径方向出现的暗区的数。
阶跃折射率光纤 子午光线:
斜光线:
Nm A n 0sic n n 1 2 n 2 2 n 1 2
NcAn0si nc
n12n22
cos
渐变光纤: 需用局部数值孔径值NA(r)来表示其横截面不同点处的数值孔径.
N(rA )n2(r)n 2 2n (r)2 r
2021/3/10 N (r)A m aN x(0 )A n 1 讲2解 ：n 2 2 XX n 12
n2
n2
n3
0a b r （a）阶跃光纤
0 a br （b） 渐变光纤
0 a cbr （c）W型光纤
2021/3/10
光纤的纤芯讲解折：X射X 率剖面分布
10
单模和多模光纤结构示意图
2021/3/10
讲解：XX
11
二、 阶跃光纤中光束的传播
1.子午光线的传播
•子午面: 通过光纤中心轴 的任何平面.
(2)m：电场或磁场在圆周角方向分量的波节数，即光沿圆周 角方向出现的暗区的个数。
n：电场或磁场在半径方向分量的波节数，即光沿半径方向出现 的暗区的数。
(3)光以各种传导模沿光纤传输, 每种模具有自己的传输常数、
电场分布和与波长有关的群速度。模间色散
2021/3/10
讲解：XX
17
三、 梯度折射率光纤中光线的传播
1. 光纤波导横截面是二维(r和尺寸),反射从所有表面, 即从与y轴成角的 任意半径方向所碰到的界面发生反射. 而任意方向的半径均可用x和y来表 示,所以波的相长干涉包括x和y方向的反射.用两个整数m和n来标记所有可 能在波导中存在的行波或导模.
2.光纤中的传输模式是指其中光波场, 即电磁场的分布状态.
梯度折射率光纤中光线的传播轨迹与纤芯 折射率分布有关。
2021/3/10
讲解：XX
18
四、光纤的特性参数
1。相对折射率差:表征光被约束在光纤中的难易程度. 越大,越容易将传 播光束约束在纤芯中.
n2(0)n2(a)n1n2n1n2
2n2(0)
n1
n2
2.受光角: 把允许的最大入射角的2倍称为受光角.
2021/3/10
讲解：XX
13
2、斜光线的传播
斜光线: 光纤中不在子午面上的光线.
全反射条件
cos sin
1
n2 n1
2
单位长度光纤中斜光线的光路长度s斜和全反 射次数分别为
s斜
1 cos
s子
斜
tan 2a cos
子 cos
说明: 斜光线和子午光线在光纤中的光路长度相
同; 而斜光线的全反射次数总比子午光线的多,
•子午线: 位于子午面内的 光线.
•子午光线传播条件: 入射 到纤芯和包层分界面上的
入射角应满足全反射条件，
即 c
sin c
n2 n1
2021/3/10
讲解：XX
sinc
1
n2 n1
2
12
单位长度光纤中光线经过的路程长度
s子
1
cos
子
tan
2a
说明: 子午光线在光纤中传播的光路长度与纤芯直径无关, 仅取决于 光线在入射端面上的入射角、光纤所处媒质的折射率n0和光纤纤芯 的折射率n1; 全反射次数除与上述参数有关外, 还与纤芯直径成反比.
2.1 概述 2.2 光在光纤中的传输原理 2.3 光纤的传输特性 2.4 石英通信光纤材料 2.5 特种光纤材料 2.6 光纤材料在光纤技术中 的主要应用
2021/3/10
讲解：XX
7
2.1 概述
光纤通信的特点
• 光纤损耗小，传输距离长
• 光纤的传输带宽宽、容量大
• 光纤不受电磁干扰
• 光纤的串音小、保密性好
• 光纤抗腐蚀
• 资源丰富
2021/3/10
讲解：XX
8
2.2 光在光纤中的传输原理 一、光纤结构及分类
光纤结构
纤芯
包层
缓冲涂覆层
光纤的典型结构
2021/3/10
讲解：XX
9
光纤的分类 按折射率：阶跃折射率型、梯度折射率型 按传输特性：单模、多模
2b
2b
2b
2c
2a
2a
2a
n n1
n n1
n n1 n2光纤的拉制过程Fra bibliotek2021/3/10
讲解：XX
1
光缆
2021/3/10
讲解：XX
2
光纤的损耗特性
2021/3/10
讲解：XX
3
光纤损耗的改进
2021/3/10
讲解：XX
4
光纤的色散特性
• 波长色散 • 模式色散 • 材料色散
2021/3/10
讲解：XX
5
模式色散
2021/3/10
讲解：XX
6
第二章 光纤通信材料
3. 光以各种传导模沿光纤传输, 每种模具有自己的传输常数、电场
2021分/3布/10和与波长有关的群速度。模讲间解色：X散X
16
3.光纤传输模式的特性
(1)光波在光纤中的传播，是交变电磁场在光纤中的传播，电磁场 的各种不同分布形式称为模式。 横电模（TEmn模）：Hz≠0， Hr ≠ 0，H ≠ 0 ，Ez＝0，Er≠0，E≠0 横磁模（TMmn模）：Ez≠0， Er≠0，E≠0 ，Hz＝0，Hr ≠ 0，H ≠ 0 混合模（EHmn模，HEmn模）：具有全部六个电磁场分量
20它21和/3/1轴0 倾角密切相关.
讲解：XX
14
P
P
n2 r
n1
n1
Q (a)
rt
P
r
n2 P
Q n1
Q
n2 Q (b)
图 阶跃折射率光纤纤芯内的光线路径 (a) 子午光线的锯齿路径 ；(b) 偏斜光线的螺旋路经及其在纤芯横截面上的投影。
2021/3/10
讲解：XX
15
3.光纤传输模式的特性
2max2n1 2
2021/3/10
讲解：XX
19
3. 数值孔径: 相应于临界角的入射角反映了光纤集光能 力的大小,通常被称为孔径角.数值孔径与孔径角的大小相 关. NA表示光纤接收和传输光的能力，NA(或θc)越大， 光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。
NA越大， 纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能 越好; 但NA越大，经光纤传输后产生的信号畸变越大， 因而限制了信息传输容量。所以要根据实际使用场合， 选择适当的NA。
20
输入 NA
输入 NA
低数值孔径NA 高数值孔径NA
输出 输出
2021/3/10
讲解：XX
21
4. 折射率分布函数
1
n(r