第二章-光纤和光缆-2010-1

Step Index
n2 n1
Graded Index
n2 nc
IOR n1 n2
Diameter
IOR n1max n2
Diameter
根据模式来分，有单模和多模光纤。
2.1 光纤的制作工艺
（两个步骤）
1、 制备光纤预制棒：光纤预制棒与光纤有相同物理结构和材料 结构，且有：D>>d（ D：预制棒直径， d：光纤直径）
第二章 光纤和光缆 The fiber and fiber cable
2.1 光纤的制作工艺 2.2 光纤的种类 2.2 光缆的结构及特点 2.3 光纤的基本传输特性
Fibre core SiO2+ GeO2 Ø 10 μm n1 1.443
光纤（optical fiber ）是高度透明的玻璃丝
• 1550nm非零色散光纤——G655
光纤（美中）
n1 n2
ab
CORNING eLEAF
CHANGFEI LAPOSH
n1
n2 n3
• 长途干线通信S+C+L波段(增加带宽)
2.2 光纤的种类 The type of optical fiber
• 通信光纤：G652光纤、 G653光纤、 G654
光纤、 G655光纤、
• 光纤放大器光纤 • 传感器光纤 • 传像光纤和其它光纤
通信光纤
• 结构最简单的光纤——G652光纤
• 1550nm零色散光纤——G653光纤
（日本）
原料： P2O5, GeCl4 (n ↗), B2O3 , SiF4 (n ↘), SiCl4 , O2, Ar, H2, He, …
提纯：过渡金属离子，OH-，……
预制棒制备工艺：非气相工艺，气相工艺 非气相工艺：双坩埚法，溶胶—凝胶法，管棒法，粉末 机械成形法，…... 气相工艺：MCVD，PCVD，OVD，VAD，…...
疏松多孔预制棒
烧结炉 透明预制棒
图 1.2.2 OVD工艺烧结过程示意图
化学反应
水解反应
SiCl4v 2H2Og SiO2s 4HClg SiCl4v O2g SiO2s 2Cl2g
氧化反应
GeCl4v O2g GeO2s 2Cl2g 脱水反应
2
Si
OH
Cl2
Si
Байду номын сангаас
O
粉尘沉积层
热泳现象
处于温度场中的悬浮颗粒，受力的作用而向低温区运动， 附着在石英管壁上。
PCVD: Plasma Chemical Vapor Deposition （离子化学气相沉积）------ Philips, Holland
O2 SiCl 4 掺杂物
等离子体
微波谐振腔 图 1.5.1 PCVD工艺示意图
2、拉丝：光纤预制棒在高温下，拉制成光纤
MCVD: Modified Chemical Vapor Deposition 改进的化学气相沉积 法------ AT&T, USA
化学反应
SiCl4 (GeCl4 ) O2 SiO2 (GeO2 ) 2Cl2
旋转石英管
反应区
反应物气体
排气
熔融沉积层 喷灯
Si
2HCl
1 2
O2
VAD: Vapor Axial Deposition （轴向气相沉积）------ NTT, Japan
干燥气体 He Cl2 控制系统
T V监测
引棒
透明预制棒 熔融烧结炉
干燥烧结炉 疏松预制棒
排气系统 SiO2 微粒 反应腔 喷灯系统
流量控制系统 图 1.4.1 VAD工艺示意图
拉丝工艺
拉丝工艺流程
Fiber
预制棒 炉子
外径监控
涂敷
拉丝塔 （Drawing Tower）
拉丝炉
光纤着色
鼓轮
拉丝原理
保持芯/包层结构不变！
预制棒体积：
Vpreform=D2L/4 预制棒直径D: mm 预制棒长度L : mm
光纤体积：
Vfiber= d2l/4
光纤包层直径d=125 um
拉丝长度l: km
北京交通大学电子信息学院光波技术研究所 (全光网络与现代通信网教育部重点实验室)
李唐军
Email: tjli@vip.sina.com （密码：010-123456）
2020/8/7
1
重要！！！
http://vip.sina.com.cn/ Email: tjli@vip.sina.com （密码：010-123456）
光纤的物理化学特性
SiO2密度：2.2g/cm3 单模光纤外径：125 microns 裸纤重量： 27g/km
石英光纤热膨胀系数：3.410-7/ oC 涂覆层：5 10-7/ oC
不溶于水 受OH-影响，必须防水 抗酸碱性能较差 绝缘性好 承受轴向应力能力强 承受径向作用力弱
温
度 应变点
特 退火点
加热炉 至真空泵
OVD: Outside Vapor Deposition（外气相沉积）----- Corning, USA Radial Flamous Hydrolization
.
燃气 烟尘预制棒 模棒
氧气+卤化物原料 燃烧器（喷灯） SiO2 和掺杂物
干燥气体 图 1.2.1 OVD工艺沉积过程示意图
性 软化点
表
熔点 沸点
粘度（泊） 1014.5 1013.4 107.6
石英 ～1000℃
1100℃ 1600℃ 1700℃ 2230℃
96%石英 820℃ 900℃ 1500℃
寿命：>25年
第二章 光纤和光缆 The fiber and fiber cable
2.1 光纤的制作工艺 2.2 光纤的种类 2.2 光缆的结构及特点 2.3 光纤的基本传输特性
低传输损耗 “芯 / 包”结构
SiO2 Cladding Ø 125 μm±2 m n2 1.44
PPrriimmaarryy ccooaattiingng(soft) ФØ 245000μmmm
纤芯 包层 涂覆层
n1>n2
护套层
单模：8 ~10m 125m 多模：50m
根据纤芯折射率径向分布的不同，光纤可分为阶梯折射率分 布和渐变折射率分布，如图所示。
2020/8/7
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第二章 光纤和光缆 The fiber and the fiber cable
-本章重点要求：
了解四种光纤的制作方法。 了解四种光缆结构的特点。 理解光纤的基本传输特性包括：反射、折射、偏振、模 式、衰减、色散和非线性的概念及其对光纤通信系统的 影响。 了解G652光纤、 G653光纤、 G654光纤、 G655光纤、 保偏光纤和掺铒光纤的结构特点。