碲酸盐玻璃光纤ppt课件
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《光纤简介》PPT课件
光纤简介
一、光纤的分类 二、光纤的制造 三、光纤的传输特性 四、光纤器件 五、特种光纤
精选ppt
1
一 光纤的分类
光纤是由中心的纤芯和外围的包层组成的同轴圆柱形石英细丝。纤芯的折 射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯传输。包层为光的 传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。
石英光纤
1
或
sin 0 = 1－
[n2/n1]2
光纤的数值孔径（NA）：NA ＝ n0sin0 ＝
n12 － n22
精选ppt
23
光纤的特征参数
1、光纤的数值孔径（NA）
NA = n0 sin 0 =
2、归一化频率
n12 － n22
相对折射率差： = n12－ n22 2n12
= n1 2 ;
≈
n1－ n2 n1
掺杂试剂
第二步：熔制芯层玻璃。
主体材料：液态SiCl4；掺杂试剂：GeCl4；载运气体：O2
SiCl4+O2→SiO2+2Cl2↑
GeCl4+O2→GeO2+2Cl2↑
SiO2 － GeO2沉积在内包层玻璃上，成为芯层玻璃。
精选ppt
19
(2) 预制棒拉制成丝
预制棒由送料机构送入 管状加热炉（石墨电阻炉）中， 当预制棒尖端热到一定温度时， 粘度变低，靠自身重量逐渐下 垂变细形成纤维。纤维经由纤 径测量仪监测并拉引到牵引辊 绕到卷筒上。送料机构的速度 必须与牵引辊收丝的速度相适 应。拉丝速度一般为30～100 米/秒。
L
3dB耦合器
4
M－Z 的传输特性:
T1-3 = cos2[/2] ，
T1-4 = sin2[/2] ， = 2Lnf
一、光纤的分类 二、光纤的制造 三、光纤的传输特性 四、光纤器件 五、特种光纤
精选ppt
1
一 光纤的分类
光纤是由中心的纤芯和外围的包层组成的同轴圆柱形石英细丝。纤芯的折 射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯传输。包层为光的 传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。
石英光纤
1
或
sin 0 = 1－
[n2/n1]2
光纤的数值孔径（NA）：NA ＝ n0sin0 ＝
n12 － n22
精选ppt
23
光纤的特征参数
1、光纤的数值孔径（NA）
NA = n0 sin 0 =
2、归一化频率
n12 － n22
相对折射率差： = n12－ n22 2n12
= n1 2 ;
≈
n1－ n2 n1
掺杂试剂
第二步：熔制芯层玻璃。
主体材料：液态SiCl4；掺杂试剂：GeCl4；载运气体：O2
SiCl4+O2→SiO2+2Cl2↑
GeCl4+O2→GeO2+2Cl2↑
SiO2 － GeO2沉积在内包层玻璃上，成为芯层玻璃。
精选ppt
19
(2) 预制棒拉制成丝
预制棒由送料机构送入 管状加热炉（石墨电阻炉）中， 当预制棒尖端热到一定温度时， 粘度变低，靠自身重量逐渐下 垂变细形成纤维。纤维经由纤 径测量仪监测并拉引到牵引辊 绕到卷筒上。送料机构的速度 必须与牵引辊收丝的速度相适 应。拉丝速度一般为30～100 米/秒。
L
3dB耦合器
4
M－Z 的传输特性:
T1-3 = cos2[/2] ，
T1-4 = sin2[/2] ， = 2Lnf
光纤基础知识PPT演示课件
62.5/50m
8～10m
1.0m
125m2m
2%
245m10m
15m
2m
•16
光纤：参数
光纤的光学及传输特性参数
• 模场直径 • 衰减系数 • 色散系数 • 截止波长 • 弯曲损耗 • 偏振模色散
•17
光纤：参数
光纤的光学及传输特性参数
模场直径：
高斯分布的单模光纤， 模场直径是光场幅度 分布1/e处各点所围成 圆的直径，也等于光 功率分布1/e2处各点 所围成圆的直径。
一部分入射光将被反射
一部分入射光将进入第二种媒质，并产生折射
1 2
媒质1 折射率n1
媒质2 折射率n2
1=2
媒质1
1
折射率n1
2
媒质2
折射率n2
n1·Sin1=n2·Sin2
•3
折射率 n＝光在真空中的传播速度/光在该媒质中的传播速度
媒质 真空 空气 水 多模光纤 单模光纤 玻璃 钻石
折射率 1.0 1.0003 1.33 1.457 1.471 1.5~1.9 2.42
1
4
4
3
1 非色散位移光纤 2 色散位移光纤 3 色散平坦光纤 4 非零色散位移光纤
2
0 1200
1400 1500 1600 1700 1800 nm
-4
-8
波长(nm)
•22
光纤：参数
光纤的光学及传输特性参数
截止波长：
光纤作为单模光纤工作的最短波长。工作 波长超过此波长时，只能传输基模，此时光纤 为单模光纤；工作波长低于此波长时，除基模 外，高次模也可传输，此时光纤为多模光纤。
如：Corning的Submarine Leaf光纤 Lucent的TrueWave XL光纤
《光纤基本知识》课件
光纤包装：将光纤进行包装， 便于运输和存储
光纤应用：光纤广泛应用于 通信、医疗、军事等领域
ห้องสมุดไป่ตู้纤的主要成分 是二氧化硅
光纤的制造过程 包括熔融、拉丝、 涂覆等步骤
光纤的直径非常 小，通常在125 微米左右
光纤的传输速度非 常快，可以达到每 秒钟数十万公里以 上
折射率： 决定光纤 的传输性 能
色散：影 响光纤的 传输距离 和带宽
光纤熔接：将两根光纤熔接在一起，形成永久性连接
光纤冷接：使用冷接子将两根光纤连接在一起，无需熔接 光纤适配器：用于连接不同类型光纤的接头，如SC-FC、ST-
LC等 光纤耦合器：用于连接多根光纤的接头，如1x2、2x4等 光纤测试仪：用于测试光纤的连接质量，如光功率、光损耗等
光功率测试：测量 光纤的传输功率
光纤的非线性 效应主要包括： 自相位调制、 交叉相位调制、
四波混频等
非线性效应对 光纤传输的影 响：产生非线 性失真、降低
传输质量
非线性效应的 解决方法：采 用非线性补偿 技术、优化光
纤设计等
非线性效应的 应用：非线性 光纤传感器、 非线性光纤通
信等
光纤连接器：用于连接光纤的接头，如SC、FC、ST等
PPT,a click to unlimited possibilities
汇报人：PPT
01
02
03
04
05
06
光纤是一种由玻璃或塑料制成的细丝，用于传输光信号。 光纤具有高带宽、低损耗、抗干扰能力强等优点。 光纤分为单模光纤和多模光纤，单模光纤的传输距离更远，多模光纤的传输距离较短。 光纤的应用广泛，包括电信、互联网、广播电视等领域。
1870年，英国物理学 家John Tyndall首次提 出光纤传输光的概念
光纤光学讲义三PPT课件
光放大器
放大光信号，提高传输距离和可靠性。
半导体光放大器（SOA）和掺铒光纤放大器（EDFA）
SOA通常用于信号处理和逻辑门，EDFA则广泛应用于长距离通信。
光纤通信系统的性能指标
带宽与色散
带宽决定了传输速率，色散则 影响信号质量。
损耗与增益
光纤的损耗和增益对系统性能 有重要影响。
噪声与信噪比
噪声会影响信号质量，信噪比 则是衡量信号质量的重要参数 。
塑料光纤
由塑料材料制成，具有成本低、柔软 易弯曲的特性，通常用于短距离照明 、显示等领域。
光纤的损耗与色散特性
损耗特性
光纤传输光信号时会因为吸收、散射等原因产生能量损耗。石英光纤的损耗较 低，而塑料光纤的损耗较高。
色散特性
光信号在光纤中传输时会产生时延，导致信号畸变。石英光纤的色散较小，适 用于长距离通信；而塑料光纤的色散较大，适用于短距离应用。
05
光纤光学的未来发展
光子晶体光纤与光子束纤维
光子晶体光纤
光子晶体光纤是一种新型的光纤，其纤芯由光子晶体构成。由于其具有高非线性、低损耗、易于制作 等优点，因此在光通信、光学传感、激光器等领域具有广泛的应用前景。
光子束纤维
光子束纤维是一种能够传输高功率光束的特种光纤。它具有高强度、高光束质量、高稳定性等优点， 因此在激光武器、激光雷达、高能物理等领域具有重要的应用价值。
光纤互联网
利用光纤传输技术，实现全球范围内的互联互通，提供高速 、稳定的网络服务。
光纤物联网
通过光纤网络连接各种物联网设备，实现智能化、远程控制 等功能。
光纤传感技术及其应用
光纤传感原理
利用光纤的传光特性，感知外界物理 量（如温度、压力、位移等）的变化。
放大光信号，提高传输距离和可靠性。
半导体光放大器（SOA）和掺铒光纤放大器（EDFA）
SOA通常用于信号处理和逻辑门，EDFA则广泛应用于长距离通信。
光纤通信系统的性能指标
带宽与色散
带宽决定了传输速率，色散则 影响信号质量。
损耗与增益
光纤的损耗和增益对系统性能 有重要影响。
噪声与信噪比
噪声会影响信号质量，信噪比 则是衡量信号质量的重要参数 。
塑料光纤
由塑料材料制成，具有成本低、柔软 易弯曲的特性，通常用于短距离照明 、显示等领域。
光纤的损耗与色散特性
损耗特性
光纤传输光信号时会因为吸收、散射等原因产生能量损耗。石英光纤的损耗较 低，而塑料光纤的损耗较高。
色散特性
光信号在光纤中传输时会产生时延，导致信号畸变。石英光纤的色散较小，适 用于长距离通信；而塑料光纤的色散较大，适用于短距离应用。
05
光纤光学的未来发展
光子晶体光纤与光子束纤维
光子晶体光纤
光子晶体光纤是一种新型的光纤，其纤芯由光子晶体构成。由于其具有高非线性、低损耗、易于制作 等优点，因此在光通信、光学传感、激光器等领域具有广泛的应用前景。
光子束纤维
光子束纤维是一种能够传输高功率光束的特种光纤。它具有高强度、高光束质量、高稳定性等优点， 因此在激光武器、激光雷达、高能物理等领域具有重要的应用价值。
光纤互联网
利用光纤传输技术，实现全球范围内的互联互通，提供高速 、稳定的网络服务。
光纤物联网
通过光纤网络连接各种物联网设备，实现智能化、远程控制 等功能。
光纤传感技术及其应用
光纤传感原理
利用光纤的传光特性，感知外界物理 量（如温度、压力、位移等）的变化。
微纳光纤马赫泽德干涉仪
拍 ■光万与方Ｘ电数子据字进■２００９．０２
微纳光纤马赫-泽德干涉仪
作者： 作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
李宇航， 童利民 李宇航(浙江大学,光电系,现代光学仪器国家重点实验室,浙江,杭州,310027;西北大学,物理 学系,陕西,西安,710069)， 童利民(浙江大学,光电系,现代光学仪器国家重点实验室,浙江 ,杭州,310027)
6月27日
光纤的直径不能太细，使得形成３ ｄＢ耦合器需要的蓖叠长 度较长。为了进一步减小ＭＺＩ的总体尺寸，我们采用高折射
率的碲酸盐玻璃微纳光纤在ＭｇＦ２衬底上制作ＭＺＩ，所用的
…一——
圈１氧化硅微纳光纤ＭＺＩ。（ａ）示意图；（ｂ）光学显微镜
照片
…”：＝……………””…一……””７
一…“ 碲酸盐玻璃微纳光纤从玻璃块材直接拉伸而得｛３１０我们制备 的碲酸盐玻璃微纳光纤ＭＺＩ结构如图２（ａ）所示，光纤直径 为４５０ ｎｎｌ，耦合区的长度约５ ｐ．ｍ。超连续光的输入和输出 通过标准单模光纤拉锥与碲酸盐玻璃微纳光纤的端对端耦 合实现，得到的透射谱见图２（ｂ）。根据图２（ｂ）估算的ＭＺＩ
两臂长差为３１岬，这与图２（ａ）的测量结果（约２９㈣基本
叮甘１ｎ 总之，我们采用氧化硅和碲酸盐玻璃微纳光纤在低折
射率衬底上成功研制了ＭＺＩ，总体尺寸大约几十到几百微 米，干涉对比度约１０ ｄＢ。通过显微镜下的微纳操作，还可 以对于涉仪程差进行调节。由于微纳光纤ＭＺＩ易于制作、结 构紧凑、且易于和光纤系统集成，所以有望用作微型光调制 器、传感器及其他微纳光子学器件。
日
２００８’中国光学重要成果
ＯＰＴＩＣＳ ＩＮ ＣＨｌＮＡ ２００８’
微纳光纤马赫一泽德干涉仪
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
《光纤光学教学课件》第二十讲PPT资料21页
的反应时间。
PCF还可利用表面增强拉曼散射效应（Surface-Enhanced
Raman Scattering，简称SERS ）来对一些物质进行探测 。
15.10.2020
© HUST 2012
15.10.2020
气体和液体探测
光子晶体光纤气体检测实验方案
15.10.2020 © HUST 2012
发 展 历 史
1870年
John Tyndall
2019年
1870+年
1956年
Glass rod light guide
E. Curtiss
Cladded optical fiber
2019年
silica P. Russell air et al.
15.10.2020
© HUST 201S2 olid-core photonic crystal fiber
整个光纤的外径通常和商用普通光纤保持一致，为
125m
导光基本原理：PCF中空气孔排列组
成的光纤包层的有效折射率低于纤芯
的折射率，而光总是趋向存在于高折
15.10.2020 © HUST 2012
射率材料中，因此光波可以被束缚在
芯层里。
15.10.2020
光子晶体光纤的类型
折射率导光型光子晶体光纤
二 阶 模
T E 01
H
E
1 21
H
E
2 21
T M 01
若PCF包层微结构的占空比较高，则除基模外的高阶
模式也存在。具较小占空比的PCF只支持基模传播 。
15.10.2020
© HUST 2012
15.10.2020
比较
PCF还可利用表面增强拉曼散射效应（Surface-Enhanced
Raman Scattering，简称SERS ）来对一些物质进行探测 。
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© HUST 2012
15.10.2020
气体和液体探测
光子晶体光纤气体检测实验方案
15.10.2020 © HUST 2012
发 展 历 史
1870年
John Tyndall
2019年
1870+年
1956年
Glass rod light guide
E. Curtiss
Cladded optical fiber
2019年
silica P. Russell air et al.
15.10.2020
© HUST 201S2 olid-core photonic crystal fiber
整个光纤的外径通常和商用普通光纤保持一致，为
125m
导光基本原理：PCF中空气孔排列组
成的光纤包层的有效折射率低于纤芯
的折射率，而光总是趋向存在于高折
15.10.2020 © HUST 2012
射率材料中，因此光波可以被束缚在
芯层里。
15.10.2020
光子晶体光纤的类型
折射率导光型光子晶体光纤
二 阶 模
T E 01
H
E
1 21
H
E
2 21
T M 01
若PCF包层微结构的占空比较高，则除基模外的高阶
模式也存在。具较小占空比的PCF只支持基模传播 。
15.10.2020
© HUST 2012
15.10.2020
比较
光纤课件ppt
光纤课件
目 录
• 光纤基础知识 • 光纤通信系统 • 光纤网络 • 光纤传感技术 • 光纤在医疗领域的应用 • 未来展望
01
光纤基础知识
光的本质与传播
01
02
03
光的波动性
光在传播过程中表现出波 动性质，如干涉、衍射等 。
光的粒子性
光同时具有粒子性质，光 子是光的能量单位，具有 动量和能量。
光的传播速度
低损耗
光纤传输损耗较低，可实现长 距离传输。
带宽大
光纤传输带宽较大，可同时传 输多种信号。
抗干扰能力强
光纤传输不受电磁干扰影响， 具有较高的保密性和稳定性。
温度稳定性好
光纤材料具有较好的温度稳定 性，可在不同环境下稳定传输
。
02
光纤通信系统
光源与光调制
光源
激光器（LD）和发光二极管（ LED）是光纤通信中常用的光源 。它们能够产生单色光，具有较 高的频率和较窄的光谱线宽。
光调制
光调制是将信息转换为光信号的 过程。常见的光调制方式包括开 关键控（OOK）、脉冲位置调制 （PPM）和相位调制（PSK）等 。
光纤的连接与耦合
光纤连接器
光纤连接器是用来连接两根光纤的器 件，常见的光纤连接器有SC、FC、 LC和ST等类型。
光纤耦合器
光纤耦合器是将多根光纤连接在一起 ，实现光信号的分路、合路和传输的 器件。常见的光纤耦合器有1x2、1x4 、1x8等类型。
新工艺
随着纳米技术的发展，光纤制造中的 纳米光刻、化学气相沉积等新工艺逐 渐应用于光纤预制棒的生产，这些新 工艺能够提高光纤的制造精度和降低 生产成本。
光纤通信技术的发展趋势
01
超高速率
随着数据传输需求的增长，光纤通信系统的传输速率不断提高，未来的
目 录
• 光纤基础知识 • 光纤通信系统 • 光纤网络 • 光纤传感技术 • 光纤在医疗领域的应用 • 未来展望
01
光纤基础知识
光的本质与传播
01
02
03
光的波动性
光在传播过程中表现出波 动性质，如干涉、衍射等 。
光的粒子性
光同时具有粒子性质，光 子是光的能量单位，具有 动量和能量。
光的传播速度
低损耗
光纤传输损耗较低，可实现长 距离传输。
带宽大
光纤传输带宽较大，可同时传 输多种信号。
抗干扰能力强
光纤传输不受电磁干扰影响， 具有较高的保密性和稳定性。
温度稳定性好
光纤材料具有较好的温度稳定 性，可在不同环境下稳定传输
。
02
光纤通信系统
光源与光调制
光源
激光器（LD）和发光二极管（ LED）是光纤通信中常用的光源 。它们能够产生单色光，具有较 高的频率和较窄的光谱线宽。
光调制
光调制是将信息转换为光信号的 过程。常见的光调制方式包括开 关键控（OOK）、脉冲位置调制 （PPM）和相位调制（PSK）等 。
光纤的连接与耦合
光纤连接器
光纤连接器是用来连接两根光纤的器 件，常见的光纤连接器有SC、FC、 LC和ST等类型。
光纤耦合器
光纤耦合器是将多根光纤连接在一起 ，实现光信号的分路、合路和传输的 器件。常见的光纤耦合器有1x2、1x4 、1x8等类型。
新工艺
随着纳米技术的发展，光纤制造中的 纳米光刻、化学气相沉积等新工艺逐 渐应用于光纤预制棒的生产，这些新 工艺能够提高光纤的制造精度和降低 生产成本。
光纤通信技术的发展趋势
01
超高速率
随着数据传输需求的增长，光纤通信系统的传输速率不断提高，未来的
碲酸盐玻璃光纤PPT课件
Page 3
第3页/共22页
玻璃光纤的现状：
迄今为止，国外已有多家公司 开发了商品化的玻璃光纤（主 要包括掺铒碲酸盐玻璃光纤、 掺铒磷酸盐光纤、掺铒铋酸盐 光纤及掺铥、镨氟化物光纤等） 以及相应的玻璃光纤放大器， 稀土掺杂的玻璃光纤近年来在 WDM传输系统中发展迅速。
Page 4
第4页/共22页
玻璃光纤的主要特点：
第20页/共22页
Thank U For Watching!
----Cao & Lee
第21页/共22页
感谢您的观看！
Page 22
第22页/共22页
Page 18
第18页/共22页
L 波段放大：
石英基质的L波段EDFA工作在 <1600nm时其优势在于不需要增益均衡 器的情况下，增益不平坦度可以达到 0.9dB [44]。但波长在>1600nm以上时， 铒离子在石英基质受激发射截面较小， 加上信号光的ESA作用，导致其在 >1610nm以上的噪声指数较大。而铒离 子在碲基材料中受激发射截面较大，其 噪声指数在>1620nm以上开始才明显增 大[45]。这样以来，EDTFA在L波段范 围上的增益带宽可以较L波段的EDFA至 少宽10nm左右。
Page 6
第6页/共22页
碲酸盐玻璃组成:
碲酸盐玻璃的组分将直接影响玻璃的形成能力、热稳定性、折射 率大小、稀土离子掺杂浓度和稀土离子光谱特性等。
Page 7
第7页/共22页
碲酸盐玻璃结构:
Page 8
第8页/共22页
碲酸盐玻璃热稳定性:
碲酸盐玻璃材料的热稳定性好坏直接影响拉制的光纤内部损耗。
Page 9
第9页/共22页
光纤概述课件 PPT
关于多模光纤, 由于其光纤的纤芯为50/62、5 μm, 远远大于光波的波长(约1 μm), 因而能够采纳几何光学 分析法; 而关于单模光纤, 其光纤纤芯小于10 μm, 与光 波的波长同一数量级,因而用几何光学分析法不合适, 应 采纳波动理论进行严格的求解。
2、3、1 反射和折射
入射 光线 n1
BSCiCl3l、、GSeiCO4l
4
2
O2
旋转 的硅管
喷灯 左右 移动
多余 气体排 出
图2、2 用MCVD法制造预制棒的工 艺
2、 拉丝工艺
预制棒拉制成光纤的示意图如图2、3所示, 当预制 棒由送料机构以一定的速度均匀地送往环状加热炉中 加热, 且预制棒尖端加热到一定的温度时, 棒体尖端的 粘度变低, 靠自身重量逐渐下垂变细而成纤维, 由牵引 棍绕到卷筒上。 光纤外径和圆的同心度由激光测径仪 和同心度测试仪监测, 其监测结果控制送棒机构和牵引 辊相互配合, 以保证光纤的同心度和外径的均匀性。 目前, 光纤的外径波动可控制在±0、5 μm以内, 拉丝速 度一般为600 m/min。
n 2
n1
n 2
(a)
(b)
(c)
图 2、5 (a) 阶跃分布; (b) 三角分布; (c) 高斯分布
依照光纤横截面上折射率分布的情况来分类, 光纤 可分为阶跃折射率型和渐变折射率型(也称为梯度折射 率型), 即阶跃光纤和渐变光纤。
阶跃光纤: 在纤芯中折射率的分布是均匀的, 常用 n1表示, 在纤芯和包层的界面上折射率发生突变。
2、2 光纤的折射率分布
光纤的光学特性决定于它的折射率分布, 因此光纤纤芯和包层折 射率在制造时期是沿径向加以控制的, 即用控制预制棒中掺杂剂的 种类和数量的方法来使之产生一定形状的折射率分布。 折射率分 布的形状有阶跃(突变)、 高斯、 三角或更复杂的形式
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Hello , Boys and girls. ----Cao & Lee
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碲酸盐玻璃光纤
目录：
引言 碲酸盐玻璃的性质
掺铒碲酸盐玻璃光纤及光纤放大器
结论
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3
玻璃光纤的现状：
随着因特网，宽带综合业务数字网及多 媒体通讯的飞速发展，石英光纤平均增益带宽为 1530～1565nm，只有35nm左右，严重制约了传输 波长的信道数。人们亟需更多的信道数和带宽， 这就需要开发一种超宽带光纤放大器，它能在常 规EDFA工作的C波段以外进行放大。近年来出现 了多种新基质材料掺杂的光纤放大器，
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7
碲酸盐玻璃组成:
碲酸盐玻璃的组分将直接影响玻璃的形成能力、热稳定性、折射 率大小、稀土离子掺杂浓度和稀土离子光谱特性等。
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碲酸盐玻璃结构:
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9
碲酸盐玻璃热稳定性:
碲酸盐玻璃材料的热稳定性好坏直接影响拉制的光纤内部损耗。
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碲酸盐玻璃热稳定性:
热稳定性常常用玻璃的析晶开始温度Tx和 玻璃转变温度Tg之间的差值ΔT大小来衡量，一般 用差示扫描量热仪(DSC)或者差热分析仪(DTA)来 测定。
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稀土掺杂的碲酸盐玻璃光谱性质研究:
由于碲酸盐玻璃组分对Er3+、Tm3+离子光谱特性有着 重要的影响，另外碲酸盐玻璃的物理化学、机械强度 以及热稳定性能对其光纤拉制工序至关重要，所以碲 酸盐玻璃作为宽带放大器掺铒或掺铥光纤的基质材料 目前已成为宽带玻璃主动光纤研究重要组成部分，近 几年来日益得到广泛的研究。
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稀土掺杂的碲酸盐光谱性质的研究：
(1)如何提高Er3+离子或Tm3+离子在 碲酸盐玻璃中荧光带宽。
(2) 如何提高Er3+离子的 1.55μm(4I13/2→4I15/2)或Tm3+ 离子1.47μm（3F4→3H4）在碲酸 盐玻璃中发光效率。
(3) 研究Er3+或Tm3+离子在碲酸盐 玻璃中的上转换现象。
ΔT越大，表示玻璃光纤拉制时不产生析 晶的可操作温度范围越广，其热稳定性越好，反 之，ΔT差值越小，玻璃热稳定性越差，光纤拉制 时内部易产生析晶。一般而言，ΔT>100°C时玻 璃的热稳定性较好。
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碲酸盐玻璃的组分及差热数据:
（1）在TeO2-R2O（R= Na，K等）碲酸盐玻璃系统中，在一定范围内随着碱金 属氧化物含量增加，玻璃转变温度Tg逐渐降低，而玻璃结晶开始温度Tx却基 本不变，相应的ΔT变大，玻璃的抗析晶性能增加。 （2）稀土氧化物引入对碲酸盐玻璃的热稳定性是有影响的。有的稀土离子会 增加玻璃的稳定性，有的反而会降低玻璃的稳定性。
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L 波段放大：
石英基质的L波段EDFA工作在<1600nm时 其优势在于不需要增益均衡器的情况下， 增益不平坦度可以达到0.9dB [44]。但 波长在>1600nm以上时，铒离子在石英 基质受激发射截面较小，加上信号光的 ESA作用，导致其在>1610nm以上的噪声 指数较大。而铒离子在碲基材料中受激 发射截面较大，其噪声指数在>1620nm 以上开始才明显增大[45]。这样以来， EDTFA在L波段范围上的增益带宽可以较 L波段的EDFA至少宽10nm左右。
玻璃光纤制备工艺简单，成本低。
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6
碲酸盐玻璃主要包括以下特点:
① 较宽的红外透过范围（直到6μm）； ② 在氧化玻璃中具有较低的声子能量（约为650cm-1）， ③ 高折射率（2.0 左右）、高非线性折射率和高绝缘常数， ④ 熔化温度较低（大约为900℃）； ⑤ 与氟化物玻璃相比具有较好的化学稳定性。
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掺铒碲酸盐玻璃光纤及其光纤放大器
采用碲酸盐玻璃基质的掺Er3+光纤或掺Tm3+光 纤能使信号在C+L波段（1530～1610nm）或S波 段（1420～1520nm）宽带区域实现有效的放大。 国际上一些著名的光纤材料研究单位纷纷将碲 酸盐基质的掺铒或掺铥光纤作为研究重点。
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掺铒碲酸盐玻璃光纤
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4
玻璃光纤的现状：
迄今为止，国外已有多家公司 开发了商品化的玻璃光纤（主 要包括掺铒碲酸盐玻璃光纤、 掺铒磷酸盐光纤、掺铒铋酸盐 光纤及掺铥、镨氟化物光纤等） 以及相应的玻璃光纤放大器， 稀土掺杂的玻璃光纤近年来在 WDM传输系统中发展迅速。
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玻璃光纤的主要特点：
玻璃光纤的光谱往往较石英基质中更加平坦和宽大； 稀土掺杂的玻璃光纤能工作在石英光纤无法放大工作的波段；
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掺铒碲酸盐玻璃光纤与石英光纤比较
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掺铒碲酸盐玻璃光纤放大器
EDTFA 是掺铒碲基光纤放大器， 其中铒光纤材料为碲酸盐玻璃基 质，工作波长范围可以覆盖整个 C 波段和L 波段。
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18பைடு நூலகம்
C+L 波段放大：
目前石英光纤的C+L 波段宽带EDFA 是 基于C 波段EDFA 和L 波段EDFA 并行放 大的原理，可以在1530～1600nm 区域 获得70nm 以上的增益带宽，其中C 波 段EDFA 工作波长一般为1528～1563nm， L 波段EDFA 工作范围一般约为1568～ 1603nm，中间大约有5nm 的带宽间隙不 能被利用。而EDTFA 可以工作在整个C ＋L 波段，中间可以连续而没有间隙。
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20
结论和展望：
碲酸盐玻璃作为一种新型的氧化物玻璃， 其基础研究方面还存在许多未知性，随 着信息技术，光通讯技术的发展，宽带 多波长光纤网络将成为信息时代的主流。 有关EDTFA 研究必将进一步深入展开， 相信随着碲酸盐材料研究的深入和发展， 以及EDTFA 其综合指标进一步提高其应 用前景也将更加广阔。
对掺铒碲基光纤如何将玻璃光纤与普通石英 光纤之间实现低损耗连接是碲酸盐玻璃光纤 应用到光纤放大器重要实际问题。连接损耗 主要是由模场直径失配、两光纤接触端面间 的反射等因素引起的。
NTT在1997 年报道的掺铒碲酸盐光纤的损耗 为3dB/m，1998 年减少到0.5dB/m，1999 年 又变为0.05dB/m，现在损耗为0.02dB/m。
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碲酸盐玻璃光纤
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引言 碲酸盐玻璃的性质
掺铒碲酸盐玻璃光纤及光纤放大器
结论
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玻璃光纤的现状：
随着因特网，宽带综合业务数字网及多 媒体通讯的飞速发展，石英光纤平均增益带宽为 1530～1565nm，只有35nm左右，严重制约了传输 波长的信道数。人们亟需更多的信道数和带宽， 这就需要开发一种超宽带光纤放大器，它能在常 规EDFA工作的C波段以外进行放大。近年来出现 了多种新基质材料掺杂的光纤放大器，
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碲酸盐玻璃组成:
碲酸盐玻璃的组分将直接影响玻璃的形成能力、热稳定性、折射 率大小、稀土离子掺杂浓度和稀土离子光谱特性等。
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碲酸盐玻璃结构:
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碲酸盐玻璃热稳定性:
碲酸盐玻璃材料的热稳定性好坏直接影响拉制的光纤内部损耗。
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碲酸盐玻璃热稳定性:
热稳定性常常用玻璃的析晶开始温度Tx和 玻璃转变温度Tg之间的差值ΔT大小来衡量，一般 用差示扫描量热仪(DSC)或者差热分析仪(DTA)来 测定。
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稀土掺杂的碲酸盐玻璃光谱性质研究:
由于碲酸盐玻璃组分对Er3+、Tm3+离子光谱特性有着 重要的影响，另外碲酸盐玻璃的物理化学、机械强度 以及热稳定性能对其光纤拉制工序至关重要，所以碲 酸盐玻璃作为宽带放大器掺铒或掺铥光纤的基质材料 目前已成为宽带玻璃主动光纤研究重要组成部分，近 几年来日益得到广泛的研究。
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稀土掺杂的碲酸盐光谱性质的研究：
(1)如何提高Er3+离子或Tm3+离子在 碲酸盐玻璃中荧光带宽。
(2) 如何提高Er3+离子的 1.55μm(4I13/2→4I15/2)或Tm3+ 离子1.47μm（3F4→3H4）在碲酸 盐玻璃中发光效率。
(3) 研究Er3+或Tm3+离子在碲酸盐 玻璃中的上转换现象。
ΔT越大，表示玻璃光纤拉制时不产生析 晶的可操作温度范围越广，其热稳定性越好，反 之，ΔT差值越小，玻璃热稳定性越差，光纤拉制 时内部易产生析晶。一般而言，ΔT>100°C时玻 璃的热稳定性较好。
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碲酸盐玻璃的组分及差热数据:
（1）在TeO2-R2O（R= Na，K等）碲酸盐玻璃系统中，在一定范围内随着碱金 属氧化物含量增加，玻璃转变温度Tg逐渐降低，而玻璃结晶开始温度Tx却基 本不变，相应的ΔT变大，玻璃的抗析晶性能增加。 （2）稀土氧化物引入对碲酸盐玻璃的热稳定性是有影响的。有的稀土离子会 增加玻璃的稳定性，有的反而会降低玻璃的稳定性。
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L 波段放大：
石英基质的L波段EDFA工作在<1600nm时 其优势在于不需要增益均衡器的情况下， 增益不平坦度可以达到0.9dB [44]。但 波长在>1600nm以上时，铒离子在石英 基质受激发射截面较小，加上信号光的 ESA作用，导致其在>1610nm以上的噪声 指数较大。而铒离子在碲基材料中受激 发射截面较大，其噪声指数在>1620nm 以上开始才明显增大[45]。这样以来， EDTFA在L波段范围上的增益带宽可以较 L波段的EDFA至少宽10nm左右。
玻璃光纤制备工艺简单，成本低。
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碲酸盐玻璃主要包括以下特点:
① 较宽的红外透过范围（直到6μm）； ② 在氧化玻璃中具有较低的声子能量（约为650cm-1）， ③ 高折射率（2.0 左右）、高非线性折射率和高绝缘常数， ④ 熔化温度较低（大约为900℃）； ⑤ 与氟化物玻璃相比具有较好的化学稳定性。
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掺铒碲酸盐玻璃光纤及其光纤放大器
采用碲酸盐玻璃基质的掺Er3+光纤或掺Tm3+光 纤能使信号在C+L波段（1530～1610nm）或S波 段（1420～1520nm）宽带区域实现有效的放大。 国际上一些著名的光纤材料研究单位纷纷将碲 酸盐基质的掺铒或掺铥光纤作为研究重点。
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掺铒碲酸盐玻璃光纤
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玻璃光纤的现状：
迄今为止，国外已有多家公司 开发了商品化的玻璃光纤（主 要包括掺铒碲酸盐玻璃光纤、 掺铒磷酸盐光纤、掺铒铋酸盐 光纤及掺铥、镨氟化物光纤等） 以及相应的玻璃光纤放大器， 稀土掺杂的玻璃光纤近年来在 WDM传输系统中发展迅速。
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玻璃光纤的主要特点：
玻璃光纤的光谱往往较石英基质中更加平坦和宽大； 稀土掺杂的玻璃光纤能工作在石英光纤无法放大工作的波段；
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掺铒碲酸盐玻璃光纤与石英光纤比较
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掺铒碲酸盐玻璃光纤放大器
EDTFA 是掺铒碲基光纤放大器， 其中铒光纤材料为碲酸盐玻璃基 质，工作波长范围可以覆盖整个 C 波段和L 波段。
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C+L 波段放大：
目前石英光纤的C+L 波段宽带EDFA 是 基于C 波段EDFA 和L 波段EDFA 并行放 大的原理，可以在1530～1600nm 区域 获得70nm 以上的增益带宽，其中C 波 段EDFA 工作波长一般为1528～1563nm， L 波段EDFA 工作范围一般约为1568～ 1603nm，中间大约有5nm 的带宽间隙不 能被利用。而EDTFA 可以工作在整个C ＋L 波段，中间可以连续而没有间隙。
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结论和展望：
碲酸盐玻璃作为一种新型的氧化物玻璃， 其基础研究方面还存在许多未知性，随 着信息技术，光通讯技术的发展，宽带 多波长光纤网络将成为信息时代的主流。 有关EDTFA 研究必将进一步深入展开， 相信随着碲酸盐材料研究的深入和发展， 以及EDTFA 其综合指标进一步提高其应 用前景也将更加广阔。
对掺铒碲基光纤如何将玻璃光纤与普通石英 光纤之间实现低损耗连接是碲酸盐玻璃光纤 应用到光纤放大器重要实际问题。连接损耗 主要是由模场直径失配、两光纤接触端面间 的反射等因素引起的。
NTT在1997 年报道的掺铒碲酸盐光纤的损耗 为3dB/m，1998 年减少到0.5dB/m，1999 年 又变为0.05dB/m，现在损耗为0.02dB/m。
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