光导纤维与激光材料PPT课件
合集下载
高中物理第4章光的波动性6全反射与光导纤维7激光课件沪科版选修3
(2)全反射棱镜 横截面成等腰直角三角形的三棱镜.在玻璃内部，光射向玻璃与空 气界面时，入射角大于临界角，发生全反射.与平面镜相比，它的 反射率高，几乎可达 100%，由于反射面不涂敷任何反光物质， 所以反射失真小.选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射 棱镜的作用在射出后偏转 90°或 180°，如图甲、乙所示.
[解析] (1)如图，从底面上 A 处射入的光线，在
球面上发生折射时的入射角为 i，当 i 等于全反射
临界角 iC 时，对应入射光线到光轴的距离最大， 设最大距离为 l.
i＝iC
①
设 n 是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有
nsiniC＝1
②
由几何关系有
sini＝Rl
③
联立①②③式并利用题给条件，得
对激光特性的进一步认识 1.激光的特性 (1)激光束中的所有光子都是相互关联的.它们频率一致，相位一 致（即振动步调一致）、偏振方向一致、传播方向一致. (2)激光的单色性好、相干性好.由于激光束中各光子的频率相 同，因此激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的.
(3)激光的方向性强.由于激光束中各光子的传播方向一致，因此 激光的平行度非常好.即使传播很远的距离，激光束的扩散程度 也很小，光线仍能保持很大的强度，保持它的高能量，利用这 一点可以精确测距.现在利用激光测量地月距离精确度已达到 1m.也可以利用这一特点进行激光瞄准. (4)激光的亮度非常高.它可以在很小的空间和很短的时间内集 中很大的能量.如果把强大的激光束会聚起来，可使物体被照部 分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温.不能用激光直 接照射眼睛，否则会伤害眼睛.
2.激光的应用举例与对应的特性 (1)激光雷达：对准目标发出一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲 和收到回波的时间间隔，结合发射的方向，就可探知目标的方位 和距离，结合多普勒效应，还可以求出目标的运动速度.(利用激光 的平行度好). (2)读盘：激光的平行度很好，可以会聚到很小的一点，让会聚点 照射 VCD 碟片、CD 碟片、计算机的光盘上，就可读出光盘上记 录的信息.(利用激光的平行度好). (3)医用激光刀：可以用于医疗的某些手术上，具有手术时间短、 损伤小、不会引起细菌感染、止血快等优点.(利用激光的亮度高)
物理课件：光导纤维及其应用
光的传导的
D.在实际应用中,光纤必须呈笔直状态,因为弯曲的光纤是不能传导光的
【解析】选C。光纤通信利用了华裔科学家高锟博士提出的一个理论,光导纤维是一种
非常细的特制玻璃丝,光射入时满足光的全反射条件,从而发生全反射。最终实现传递
信息的目的,故C正确,A、B错误;广泛应用的光导纤维的外套折射率比内芯折射率要小,
d
少?(玻璃的折射率n=1.5)
【解析】在如图所示的光路中,从玻璃棒的A端面入射的光线,可分为左、中、
右,其中最右边的一条光线,最难发生全反射,
设其入射角为∠1,只有当∠1≥arcsin 1 时,
n
才发生全反射,根据几何关系知sin∠1= R 。
依题意有 R ≥ 1 。
Rd
Rd n
将n=1.5代入上式,解得
则光脉冲将越不容易从外套“漏”出,B正确;设光纤的长度为L,则光通过光纤
轴线传输用时最短,光在光纤中的速度v=
c n1
,则最短时间有t1=
L v
n1L c
;
设光从左端面的A点以θ1入射,折射角为θ2,在B点全反射时的入射角和反射角
为θ3,如图所示:如果θ3就是光在光导纤维全反射的临界角C,则光在介质中的
【思考·讨论】
光纤通信是光纤应用的一个重要方面,已取得了重大的成就。那么光纤在1)光纤能耗低;
(2)光纤是电介质,绝缘性好,不担心被雷击,并能抗电磁干扰,可在有较强电磁干
扰的环境中使用;
(3)光纤体积小,质量小,易弯曲,可组成各种光缆,便于敷设和维护。
【典例示范】 光纤主要由折射率较大的纤芯与折射率较小的外套组成。在光纤中传输的信号 是脉冲光信号。当一个光脉冲从光纤中输入,经过一段长度的光纤传输之后,其 输出端的光脉冲会变宽,这种情况较严重(脉冲变宽到一定程度)时会导致信号 不能被正确传输。引起这一差别的主要原因之一是光通过光纤纤芯时路径长短 的不同(如图),沿光纤轴线传输的光纤用时最短,在两种介质界面多次全反射的 光线用时最长。为简化起见,我们研究一根长直光纤,设其内芯折射率为n1，外 套折射率为n2①。在入射端,光脉冲宽度(即光持续时间)为Δt,在接收端光 脉冲宽度(即光持续时间)为Δt′,Δt′>Δt 世纪金榜导学号( )
高中物理光的全反射光导纤维及其应用精品课件鲁科版选修
光导纤维实验
实验目的
探究光导纤维中光的传播方式。
实验材料
光导纤维、激光笔、光屏。
光导纤维实验
实验步骤
1. 将光导纤维一端置于光屏前，用激光笔向另一端照射，观察光在光导 纤维内部的传播路径。
2. 观察光在光导纤维内部的折射和反射现象，并记录光斑在光屏上的位 置。
光导纤维实验
3. 调整激光笔的角度，观察光斑的变化。
传递给介质。
光导纤维
由折射率较高的中心介质和折射 率较低的外部介质组成，光在纤 维中传播时会发生全反射，从而
实现光的传递。
关系
光的全反射是光导纤维实现光信 号传输的物理基础，通过控制入 射角和介质折射率，实现高效、
远距离的光信号传输。
光导纤维的应用前景
信息传输
光导纤维在通信领域具有广泛 的应用，可以实现高速、大容 量的数据传输，是现代信息社
会的基石。
医疗领域
光导纤维可以用于内窥镜、激 光治疗等领域，具有创伤小、 恢复快等优点。
军事领域
光导纤维在军事通讯、制导武 器等方面有重要作用，具有抗 干扰、难以被探测等优点。
科研领域
光导纤维可用于光谱分析、激 光雷达等领域，具有高精度、
高灵敏度的优点。
实验探究的意义与价值
培养实践能力
通过实验探究，学生可以亲手操作、 观察实验现象，培养动手能力和观察 力。
几百微米。
内芯中传输光信号，而包层则起 到保护和引导光信号的作用。
光导纤维的材料
光导纤维的主要材料是玻璃或 塑料，这些材料在光的传输过 程中损耗较低。
玻璃光纤由高纯度石英玻璃制 成，具有优良的透光性能和机 械性能。
塑料光纤则由聚合物材料制成 ，具有成本低、易加工和柔韧 性好的优点。
最新光导纤维及其应用课件教学讲义PPT课件
是指医疗机构及其医务人员 在医疗活动中，违反医疗卫生管 理法律、行政法规、部门规章和 诊疗护理规范、常规，过失造成 患者人身损害的事故。
构成要件：
• 主体是医疗机构及其医务人员 • 行为的违法性 • 过失造成患者人身损害 • 过失行为与损害后果之间存在因
果关系
医疗事故分级：
• 一级医疗事故：造成患者死亡，重度残疾的。 • 二级医疗事故：造成患者中度残疾，器官组
D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性， 可以起保护作用
15
思考与讨论
2．如图所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部 分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的 中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂 直PQ端面射出． (1)求该玻璃棒的折射率． (2)若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时 ________(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生 全反射．
答案：(1) 2 (2)能
16
作业 课本P90：T3，T4
17
医疗安全知识讲座
• 一、医疗安全的重要性： • 二、医疗纠纷：
医疗纠纷分类
有过失医疗纠纷
医疗事故 医疗差错
无过失医疗纠纷
医疗意外 并发症 其它
三、医疗纠纷发生的原因：
1、社会因素 2、医务人员因素 3、患方因素
四、医疗事故的定义：
织损伤导致严重功能障碍的。
• 三级医疗事故：造成患者轻度残疾，器官组
织损伤导致一般功能障碍的。
• 四级医疗事故：造成患者明显人身损害的其
他后果的。
五、如何防范医疗纠纷：
1、加强社会主义医德教育和医学 伦理学教育.
2、加强法制观念教育,严格执行规 章制度.
3、提高医疗护理质量. 4、改善医患关系,提高沟通技巧.
构成要件：
• 主体是医疗机构及其医务人员 • 行为的违法性 • 过失造成患者人身损害 • 过失行为与损害后果之间存在因
果关系
医疗事故分级：
• 一级医疗事故：造成患者死亡，重度残疾的。 • 二级医疗事故：造成患者中度残疾，器官组
D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性， 可以起保护作用
15
思考与讨论
2．如图所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部 分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的 中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂 直PQ端面射出． (1)求该玻璃棒的折射率． (2)若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时 ________(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生 全反射．
答案：(1) 2 (2)能
16
作业 课本P90：T3，T4
17
医疗安全知识讲座
• 一、医疗安全的重要性： • 二、医疗纠纷：
医疗纠纷分类
有过失医疗纠纷
医疗事故 医疗差错
无过失医疗纠纷
医疗意外 并发症 其它
三、医疗纠纷发生的原因：
1、社会因素 2、医务人员因素 3、患方因素
四、医疗事故的定义：
织损伤导致严重功能障碍的。
• 三级医疗事故：造成患者轻度残疾，器官组
织损伤导致一般功能障碍的。
• 四级医疗事故：造成患者明显人身损害的其
他后果的。
五、如何防范医疗纠纷：
1、加强社会主义医德教育和医学 伦理学教育.
2、加强法制观念教育,严格执行规 章制度.
3、提高医疗护理质量. 4、改善医患关系,提高沟通技巧.
光导纤维ppt课件
核潜艇潜望镜
光学潜望镜
20
工业领域
在工业上，可传输激光进行机械加工；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。
光导微机介质损耗仪
传感器
21
照明和光能传送领域
光导纤维还可用于火车站、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，将光电池纤维布与光导纤维布巧妙地结合在一 起可制成夜间放光的夜行衣。
10
棒管法 沉积法 复合纺丝法
光导纤维
11
棒管法 棒管法是将芯料高聚物制成棒状，外面套上包
层材料管，然后再一起加热到高弹态进行拉伸制成 光纤；
沉积法 沉积法是将包层材料溶解或熔化为液态，然后使
芯子从中穿过，从而使其附着在芯材上形成包层；
12
复合纺丝法 复合纺丝法则分别把芯子和包层两种成纤高聚
物溶融，用复合喷丝板纺丝成型。自聚焦型光纤是 将具有不同折射率和聚合反应速度的单体注入一垂 直的聚合管中，在旋转的情况下，通过光或热激发 使之发生共聚，聚合物从管壁向轴中心逐渐析出， 随着单体转化为聚合物的转化率上升，共聚物的折 射率不断变化，最终得到折射率由里至外逐渐下降 呈抛物线分布的产物。
除上述方法外，自聚焦型光纤还可用离子交换法、单体扩散法和共混 法制备。但自聚焦型光纤多处于实验和试制阶段，所以实用光纤仍以全反 射型为主。
在国防军事上，光导纤维也有广泛的应用，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。光纤通讯的另一特点是其保密性好、不受干扰 且无法窃听，这一优点使其广泛应用于军事领域。在国防军事上，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。
光电功能材料--光纤材料 ppt课件
3 波导散射 是由波导的结构缺陷产生的，如波导芯的直径有起伏，界面粗 糙，凹凸不平，就会引起传导模的附加损耗
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。
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。
光纤和激光传感器ppt课件
半屈式内镜阶段（1932～1957）
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
光导纤维内镜阶段（1957年至今）
• 1954年，英国的Hopkins和Kapany发明了光导纤维技 术。
• 1911年Elsner对Rosenhein式胃窥镜作了改进， 在前端加上橡皮头做引导之用，但透镜脏污后 便无法观察成为主要缺陷，Elsner式胃镜1932 年以前仍处于统帅地位。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
• 功能型光纤（光纤传感器）
– 可以测量的物理信息种类：声、振动、温度、磁、 旋转等
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
3.9.1 光纤传感器
• 1）
•
纤芯为石英玻璃等材料制成的导光纤维细丝，直
• 最初Bozzine研制的第一台硬管内镜以烛光为 光源，后来改为灯泡作光源，而当今从内镜获 得的是彩色相片或彩色电视图像。这图像不再 是组织器官的普通影像，而是如同在显微镜下 观察到的微观像，微小病变清晰可辨，其影像 质量已达到了较高的水平。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
光导纤维内镜阶段（1957年至今）
• 光在光纤内经过若干次的全反射,光就能从光纤的一端 以光速传播到另一端,这就是光纤传光的基本原理
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
光导纤维内镜阶段（1957年至今）
• 1954年，英国的Hopkins和Kapany发明了光导纤维技 术。
• 1911年Elsner对Rosenhein式胃窥镜作了改进， 在前端加上橡皮头做引导之用，但透镜脏污后 便无法观察成为主要缺陷，Elsner式胃镜1932 年以前仍处于统帅地位。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
• 功能型光纤（光纤传感器）
– 可以测量的物理信息种类：声、振动、温度、磁、 旋转等
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
3.9.1 光纤传感器
• 1）
•
纤芯为石英玻璃等材料制成的导光纤维细丝，直
• 最初Bozzine研制的第一台硬管内镜以烛光为 光源，后来改为灯泡作光源，而当今从内镜获 得的是彩色相片或彩色电视图像。这图像不再 是组织器官的普通影像，而是如同在显微镜下 观察到的微观像，微小病变清晰可辨，其影像 质量已达到了较高的水平。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
光导纤维内镜阶段（1957年至今）
• 光在光纤内经过若干次的全反射,光就能从光纤的一端 以光速传播到另一端,这就是光纤传光的基本原理
人教版高中物理选修(2-3)《全反射 光导纤维》ppt课件1
光纤的特点
损耗低
在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传 输800MHz信号时，每公里的损耗都在40dB以上。 相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输 1.31μm的光，每公里损耗在0．35dB以下若传输 1．55μm的光，每公里损耗更小，可达0．2dB以 下。这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能 传输的距离要远得多。此外，光纤传输损耗还有两个 特点，一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗， 不需要像电缆干线那样必须引人均衡器进行均衡；二 是其损耗几乎不随温度而变，不用担心因环境温度变 化而造成干线电平的波动。
1930年
年
人们曾经发现，光能沿着从酒桶中喷出的 细酒流传输；人们还发现，光能顺着弯曲的玻 璃棒前进。这是为什么呢？难道光线不再直进 了吗？ 这些现象引起了丁达尔的注意，经 过他的研究，发现这是全反射的作用， 即光从水中射向空气，当入射角大于某 一角度时，折射光线消失，全部光线都 反射回水中。表面上看，光好像在水流 中弯曲前进。实际上，在弯曲的水流里， 光仍沿直线传播，只不过在内表面上发 生了多次全反射，光线经过多次全反射 向前传播。 这为光导纤维的产生奠定了 理论基础。
护套
护套即为外壳部分，光线入射二种不同介质时 发生反射及折射现象，利用全反射，我们可很 轻易的使用光纤来改变光的行进方向，且在过 程中，光的损耗最小。为使光线能在核心中传 送，因此光线需依全反射方式行进，所以核心 部份之折射率须比外壳之折射率大。除此之外， 如果我们希望光线能在核心入射外壳介质时发 生全反射现象，那么光线在入射进光纤时其入 射角亦不能太大 。
重量轻
因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般 为4um～10um，外径也只有125um，加上防水层、 加强筋、护套等，用4～48根光纤组成的光缆直 径还不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm要小 得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有 直径小、重量轻的特点，安装十分方便.
高中物理 4.6+7 全反射与光导纤维 激光同步备课课件
前
课
自
时
主
作
导
业
学
菜单
HK ·物理 选修3-4
教
课
学 教
3．探究交流
堂 互
法
动
分 析
根据图 4－6－1 提供的情景，回答以下问题：
探 究
教
当
学
堂
方
双
案
基
设
达
计
标
图 4－6－1
课
前
课
自
时
主
作
导
业
学
菜单
HK ·物理 选修3-4
教
课
学 教
(1)比较两个光路图的入射角和折射角有什么特点？
堂 互
法
动
分 析
课
前 自
的原理．
课 时
主
作
导
业
学
菜单
HK ·物理 选修3-4
教
课
学
堂
教
互
法 分
●教学地位
析
动 探 究
本节学习全反射现象及其应用，激光等知识．光的全反
射是几何光学的重点．高考命题中经常涉及，学习中应引起
教
当
学 方
足够的重视．
堂 双
案
基
设
达
计
标
课
前
课
自
时
主
作
导
业
学
菜单
HK ·物理 选修3-4
教
课
学
堂
课 堂 互 动 探 究
当 堂 双 基 达 标
课 时 作 业
教 学 教 法 分 析
教 学 方 案 设 计
第-8章-光导纤维材料PPT课件
浇铸法：用来制造远距离传输用氟化物玻璃红外 光纤预制棒。
挤出法：用来制造短距离传输用晶体光纤的方法
光导纤维的种类和特性 •概况 光导纤维(optical fibre，简称光纤)
定义 能够以光信号而非电信号的形式传递信息(光束 和图像)的具有特殊光学性能的玻璃或塑料纤维
分类
•按功能 可分为传光纤维与传像纤维
•按传输模式 可分为多模(muห้องสมุดไป่ตู้tiple model，MM)光纤和
单模(single model，SM)光纤，多模光纤能够同时传播多种光波 模式，单模光纤只能传输一种光波模式。后者可传输更多的信号
光导纤维指导光的纤维，通常由折射率高的纤芯 及折射率低的包层组成，这两部分对被传输的光 居右极高透射率。
光纤中传播光波的模及模数
利用介质中的麦克斯韦方程来描写光纤中光波的 电磁场，求出波动方程在纤芯－包层界面的边界 条件下的解，就知道光纤中光波的电场或磁场是 许多独立解的叠加，每个独立解代表一种场的分 布。通常把这种场的分布称之为场模。
光纤的制备工艺
包括原料的制备与提纯、预制棒或晶锭的制作与
拉丝等工艺步骤。
外部化学气相沉积法(OVD)
轴向化学气相沉积法(VAD)
气相沉积技术
改进的化学气相沉积法(MCVA) 等离子化学气相沉积法(PCVD)
等离子改良化学气相沉积法(PMCVD)
光纤预制棒或 晶锭制备工艺
轴向和横向等离子化学气相沉积法(ALPD) 界面凝胶法(BSG) 熔融法(DM)
技术要求十分娴熟，分路、耦合操作比较繁琐。
光纤的种类
按传输原理
光纤
按光纤折射 率分布
按传输模数
按传输功能
按光纤材质
沪科版选修3-44.6全反射与光导纤维4.7激光课件(1)
图 4-6-4 【解析】 光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射. 【答案】 大 外套
6.如图 4-6-5 所示，一根长为 L 的直光导纤维，它的折射率为 n.光从它的一 个端面射入，从另一端面射出所需的最长时间为多少？(设光在真空中的光速为 c)
图 4-6-5
【解析】 该题考查光导纤维的全反射及光速问题.由题中的已知条件可知，
2.激光的平行度非常好 与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大 的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距.现在利用激光测量地月距 离精确度已达到 1 m. 3.激光的亮度非常高 它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量.如果把强大的激光束 会聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温.不能 直接照射眼睛，否则会伤害眼睛.
要使光线从光导纤维的一端射入，然后从它的另一端全部射出，必须使光线在
光导纤维中发生全反射现象.要使光线在光导纤维中经历的时间最长，就必须使
光线的路径最长，即光对光导纤维的入射角最小，光导纤维的临界角为 C＝
arcsin1n.光在光导纤维中传播的路程为 d＝sinLC＝nL，光在光导纤维中传播的速
度为 v＝nc，所需的最长时间为 tmax＝ncL＝nc2L.
(3)全反射棱镜特点： ①与平面镜相比，全反射棱镜反射率高，几乎可达 100%. ②反射面不必涂任何反光物质，反射失真小. ③克服了平面镜成多个像的问题.
2.光导纤维 (1)构造：光导纤维一般由折射率较大的玻璃内芯和折射率较小的外层透明 介质组成，如图 4-6-2 所示.
图 4-6-2 实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之 间，外层包上折射率比它小的材料，再把若干根光纤集成一束，制成光缆，进 一步提高了光纤的强度.
6.如图 4-6-5 所示，一根长为 L 的直光导纤维，它的折射率为 n.光从它的一 个端面射入，从另一端面射出所需的最长时间为多少？(设光在真空中的光速为 c)
图 4-6-5
【解析】 该题考查光导纤维的全反射及光速问题.由题中的已知条件可知，
2.激光的平行度非常好 与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大 的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距.现在利用激光测量地月距 离精确度已达到 1 m. 3.激光的亮度非常高 它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量.如果把强大的激光束 会聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温.不能 直接照射眼睛，否则会伤害眼睛.
要使光线从光导纤维的一端射入，然后从它的另一端全部射出，必须使光线在
光导纤维中发生全反射现象.要使光线在光导纤维中经历的时间最长，就必须使
光线的路径最长，即光对光导纤维的入射角最小，光导纤维的临界角为 C＝
arcsin1n.光在光导纤维中传播的路程为 d＝sinLC＝nL，光在光导纤维中传播的速
度为 v＝nc，所需的最长时间为 tmax＝ncL＝nc2L.
(3)全反射棱镜特点： ①与平面镜相比，全反射棱镜反射率高，几乎可达 100%. ②反射面不必涂任何反光物质，反射失真小. ③克服了平面镜成多个像的问题.
2.光导纤维 (1)构造：光导纤维一般由折射率较大的玻璃内芯和折射率较小的外层透明 介质组成，如图 4-6-2 所示.
图 4-6-2 实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之 间，外层包上折射率比它小的材料，再把若干根光纤集成一束，制成光缆，进 一步提高了光纤的强度.
- 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)。
在核心-包覆边界区域的折射率是
急剧改变的。
各种各样的光纤。
NEXT
光纤的种类 1.单模纤维 2.多模纤维 3.特用纤维
核心直径小于传播光波波长约十倍的
光纤，不能用几何光学理论来分析其
物理性质。替而代之，必须改用麦克
斯韦方程组来分析，导出相关的电磁
波方程。视为光学波导：光纤可以传
播多于一个横模的光波。只允许一种
NEXT
BACK
特用光纤 有些特用光纤的核心或包覆会特别地制作成非圆柱形，通 常像椭圆形或长方形。这包括维护偏极化光纤： polarization-maintaining fiber）。
光子晶体光纤是一种新型的光纤，其折射率以规律性的模 式变化（通常沿着光纤的轴向会有圆柱空洞）。光子晶体 光纤应用衍射效应（单独的或加上全反射效应）来局限光 波于光纤核心。
光导纤维工作原理
光纤是圆柱形的介质波导，
应用全反射原理来传导光线。
光纤的结构大致分为里面
的核心部分与外面的包覆部分
。为了要局限光信号于核心，
包覆的折射率必须小于核心的
折射率。
BA
渐变光纤：graded-index fiber）
的折射率是缓慢改变的，
从轴心到包覆，逐渐地减小；
而突变光纤：step-index profile）
BACK
石英光纤
这里所讲的主要是指高纯石英光纤，其主要原料是经过精制的石英，它由SiCl4水解 得到。
SiCl4+2H2O===SiO2+4HCl 工业上通常采用天然石英砂在电炉中以碳还原得到粗硅或结晶硅，其质量分数可达 95%-99%，然后再结晶炉中用氯气和粗硅合成四氯化硅。 SiO2+C====Si+CO2（电炉） Si+2Cl2===SiCl4（450-500度） 其化学性能稳定，除氢氟酸外，对各种化学试剂有强的耐腐蚀性及优异的长期可靠 性，而且生产技术先进。
在一个多模突变光纤内，光线靠着全反射传导于核心。当光线遇到核心-包覆边界时， 假若入射角大于临界角，则光线会被完全反射。临界角的角度是由核心折射率与包覆 折射率共同决定。假若入射角小于临界角，则光线会折射入包覆，无法继续传导于核 心。临界角又决定了光纤的受光角，通常以数值孔径来表示其大小。 渐变光纤的核心的折射率，从轴心到包覆，逐渐地减低。这会使朝着包覆传导的光线 ，平滑缓慢地改变方向，而不是急剧地从核心-包覆边界反射过去。这样，大角度光线 会花更多的时间，传导于低折射率区域，而不是高折射率区域。因此，所形成的曲线 路径，会减低多重路径色散。这理想折射率分布应该会非常接近于抛物线分布。
硫化物玻璃光纤
硫化物玻璃光纤具有较宽的红外透明区域（1.2-12微米),有利于多信道的复用， 具有较宽光学间隙，自由电子跃迁造成的能量吸收较少，而且温度对损耗的影响 较小，是非常有前途的新型光纤。而且，硫化物玻璃光纤具有很大的非线性系数 ，可用来制作非线性器件，这种期间的光开关速度可达数百Gbit/s以上。
光导纤维
1.光导纤维工作原理 2 .光导纤维种类 3.光导纤维性能
NEXT
Hale Waihona Puke 机械光导纤维NEXT
光导纤维，简称光纤，是一种达致光在玻 璃或塑料制成的纤维中的全反射原理传输 的光传导工具。微细的光纤封装在塑料护 套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通 常光纤的一端的发设备使用发光二极管或 一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另 一端的接收设备使用光敏组件检测脉冲。 包含光纤的线缆称为光缆。
BACK
氟化物玻璃光纤
氟化物玻璃光纤是一种新型超低损耗远红外光纤，它是以ZrF4-BaF2.HfF4-BaF2两 系统为基本材料的多分组玻璃光纤，其最低损耗在2.5微米附近处为0.01dB/km,无中 继距离可大10万km以上。89年日本研制成功的2.5微米氟化物玻璃光纤损耗仅有 0.01dB/km.目前正在研究的ZrF4玻璃光纤对于未来开辟超长波长的童心常口具有深 远意义。
横模传导的光纤称为单模光纤。大直
径核心、多横模的光纤的物理性质，
也可以用电磁波波动方程分析。这种
光纤允许多于一个横模的光波。
在光纤内的光波的能量，并不是全部
局限于核心里。在单模光纤里，有很
单模光纤内部结构：
大一部分的能量是以衰减波的形式传 导于包覆。
1. 核心：直径 8 µm 2. 包覆：直径 125 µm
传 输介质的损耗都要低。
3.直径小、重量轻。富于擾性
普通光纤成缆后，6-12芯缆外径约12mm，重量约为150kg/km，而标准同轴电缆外
径为47mm，18管同轴电缆质量约为11t/km。
光纤虽细，但抗强性好，理论表明断裂强度可达7kg/m.若用面积上的强度，这相当于铜
的10多倍。
光纤柔细，可弯曲，弯成直径为2mm左右的圆形也不会断裂，但不能进行锐角弯曲
。
4.抗干扰和化学腐蚀
光线不导电，也不会受高压线、无线电波和雷电等电磁干扰，不需要采用以往铜线
电缆中所用的铅屏蔽等措施。同时光纤中传输的光波也不会干扰外界，不会像金属线那
样发生火花放电现象。另外，石英光缆可抗化学腐蚀，在有腐蚀的地方可以敷设光缆。
5.资源丰富 石英光缆的主要原料是SiO2，它是地壳中含量最丰富的物质。
最常见的一种单模光纤，核心直径大 约为 7.5–9.5 微米，专门用于传导近
3. 缓冲层：直径 250 µm 4. 外套：直径 400 µ m
红外线。多模光纤的核心直径可以小
至 50 微米，或者大至几百微米。
BACK
核心直径较大的光纤（大于 10 微米）的物理性质， 可以用几何光学的理论来分析，这种光纤称为多模光 纤
BACK
重金属氧化物玻璃光纤
其主要代表有用VAD宫遗址的的GeO2—Sb2O3系统光 纤，这种光纤一般可经过进一步脱OH-的工艺处理， 使损耗降到最低，一般约0.1dB/km。
它还具有优良的化学性能和机械物理性能，但红外性 质不如卤化物玻璃光纤好，区域可偷性差，散射也大 。因此目前光线领域正在大力发展卤-重金属盐化物 玻璃光纤。
NEXT
1.光纤特性 2.光纤材料
光纤材料
BACK
NEXT
1.石英光纤 2.氟化物玻璃光纤 3.硫化物玻璃光纤 4.重金属氧化物玻璃光纤 5.聚合物光纤
1.光纤传输频带宽、容量大
光纤传输是以光波作为载波，而光的频率极宽，大约从10^12﹏10^16Hz.
2.传输损耗低
目前实际应用中的光纤一般是石英玻璃制成的，其传输损耗可低于0.5dB/km,比任何