光纤光栅技术与应用.
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14
光纤技术发展概况
光纤光栅技术与应用
国内现状
1963年 开始光通信的研究 1977年，第一根短波长(0.85mm)阶跃型石英光纤问世，损耗 为300dB/km 1978年，阶跃光纤的衰减降至5dB/km。研制出短波长多模梯 度光纤，即G.651光纤 1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为1dB/km。建成5.7 km、8Mb/s光通信系统试验段 1980年 1300nm窗口衰减降至0.48dB/km，1550nm窗口衰减 为0.29dB/km。 1981年多模光纤活动连接器进入实用 1984年 武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统工程建成(多 模) 1990年，研制出G.652标准单模光纤，最小衰减达0.35dB/km 15 1992年降至0.26dB/km
热固化Ultravioiet Curing System
机械手 Mechanical handle
气相色谱 VaporPhase chromatogrameter
基
座
Capstan
12
光缆构成
光纤光栅技术与应用
常用光缆的典型构成
13
光纤技术发ห้องสมุดไป่ตู้概况
光纤光栅技术与应用
国外光纤技术发展情况
20世纪60年代中期，所研制的最好的光纤损耗在400dB以上
光纤技术发展概况
光纤光栅技术与应用
1991年，研制出G.653色散位移光纤。最小衰减达0.22dB/km 1997年，研制出G.655非零色散位移光纤 “六五”、“七五”、“八五”铺设“八纵八横”光纤线路总 长约七万公里
虽然光纤光缆的研制仅短短的 20 多年，其应用却 已相当普遍。迄今，已敷设光缆长度超过 100 万 km ， 光缆已敷设到世界屋脊西藏。生产光缆的厂家有200多 家，每年所用光纤的数量超过 400 万 km 。在实际网络 中，无论是核心网还是接入网，目前主要应用的还是 G.652 光纤。在核心网中新建线路已开始采用 G.655 光 纤，在接入网中已开始应用光纤带光缆。我国光通信 领域已掌握了光纤、器件、系统等各方面的关键技术， 逐渐走进了国际光通信的先进行列。尤其在主要技术 上，都有了自己的特色和创新。 16
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
自由空间波长（m）
4
10-6
光纤及光通信技术简介
光纤光栅技术与应用
光通信
– 用光波载运信息，实现通信
光纤通信
– 以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信
光纤通信的优点
频带宽、信息容量大 传输损耗低、无中继距离远 材料丰富 抗电磁干扰 光纤间串话小，保密性好 耐腐蚀、耐高压 体积小、质量轻
n2 n1 φ
NA
n n n1 2 Δ
2 1 2 2
8
Φmax=arcsin(NA)
光纤基本理论
光纤光栅技术与应用
可见，光纤的数值孔径（NA）仅取决于 纤芯的折射率的大小及包层相对折射率差， 而于光纤的直径无关。
标准多模光纤的NA公称值一般为0.2，对 应的孔径角约为11.5º 。 标准单模光纤的NA公称值一般为0.1～ 0.15，对应的孔径角约为5.7º ~8.6º 。
通信波段划分及相应传输媒介
频率 Hz
101 102
103
104
105
106
107
108
109
1010
1011
1012
1013
1014
1015
频段 划分
传 输 介 质
电力、电话
无线电、电视
微波
红外
可见光
AM无线电 同轴电缆 双铰线
FM无线电
卫星/微波
光纤
107
106
105
104
103
102
101
100
光纤光栅技术与应用
From: GDFT2005
1
内容
光纤光栅技术与应用
内
容
Part 1 光纤（Optical Fiber）及光通信技 术简介 Part 2 光纤光栅（Optical Fiber Grating） Part 3 光纤光栅的应用
2
Part 1 光纤及光通信技术简介
3
电磁波谱的划分
光纤光栅技术与应用
5
光通信的发展
光纤光栅技术与应用
光通信的发展过程
雏形：古代烽火、手旗、灯光
潜望镜原理——光波导之雏形
6
光纤基本理论
光纤光栅技术与应用
菲涅耳定律：n1sinθ1=n2sinθ2
n1
n2
θ2 θ1
n1 n2
θ1
θ2
n1<n2
n1>n2
结论：若要实现全反射，则必须有
n1>n2
7
光纤基本理论
光纤光栅技术与应用
1966年英国标准电信研究所高锟及Hockham从理论上预言光纤 损耗可降至20dB/km以下
日本于1969年研制出第一根通信用光纤损耗为100dB/km
1970年康宁公司（Corning）采用“粉末法”先后获得了损耗低 于20dB/km和4dB/km的低损耗石英光纤
1974年贝尔实验室（Bell）采用改进的化学汽相沉积法制出性 能优于康宁公司的光纤产品。 到1979年，掺锗石英光纤在1.55µ m处的损耗已经降到0.2dB/km ，这一数值已经十分接近由Rayleigh散射所决定的石英光纤理论 损耗极限
9
光纤结构
光纤光栅技术与应用
光纤结构
纤芯 包层 涂敷层 护套
单模光纤内径：9µ m 尺寸规格： 多模光纤内径：50µ m
外径：125µm
10
光纤结构
光纤光栅技术与应用
两种常用光纤的结构及其折射率分布
11
对中卡头Three-jaw chuck
配 重
Modified Chemical Vapor Deposition
高温 炉
高温炉Graphite furnace 测温仪 Pyro meter
分离及沉积处理Separate deposition
排 除 尾 气
测径仪 Fiber diameter Gauge 空气净化系统 Clear Air System 机械手 Mechanical handle 涂杯 Coat cup 对中 ition center control 光固化 vioiet Curing System 涂杯 Coat cup 对中 ition center control 光固化Ultravioiet Curing System 对中 ition center control 热固化Ultravioiet Curing System 涂杯 Coat cup 对中 ition center control
光纤技术发展概况
光纤光栅技术与应用
国内现状
1963年 开始光通信的研究 1977年，第一根短波长(0.85mm)阶跃型石英光纤问世，损耗 为300dB/km 1978年，阶跃光纤的衰减降至5dB/km。研制出短波长多模梯 度光纤，即G.651光纤 1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为1dB/km。建成5.7 km、8Mb/s光通信系统试验段 1980年 1300nm窗口衰减降至0.48dB/km，1550nm窗口衰减 为0.29dB/km。 1981年多模光纤活动连接器进入实用 1984年 武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统工程建成(多 模) 1990年，研制出G.652标准单模光纤，最小衰减达0.35dB/km 15 1992年降至0.26dB/km
热固化Ultravioiet Curing System
机械手 Mechanical handle
气相色谱 VaporPhase chromatogrameter
基
座
Capstan
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光缆构成
光纤光栅技术与应用
常用光缆的典型构成
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光纤技术发ห้องสมุดไป่ตู้概况
光纤光栅技术与应用
国外光纤技术发展情况
20世纪60年代中期，所研制的最好的光纤损耗在400dB以上
光纤技术发展概况
光纤光栅技术与应用
1991年，研制出G.653色散位移光纤。最小衰减达0.22dB/km 1997年，研制出G.655非零色散位移光纤 “六五”、“七五”、“八五”铺设“八纵八横”光纤线路总 长约七万公里
虽然光纤光缆的研制仅短短的 20 多年，其应用却 已相当普遍。迄今，已敷设光缆长度超过 100 万 km ， 光缆已敷设到世界屋脊西藏。生产光缆的厂家有200多 家，每年所用光纤的数量超过 400 万 km 。在实际网络 中，无论是核心网还是接入网，目前主要应用的还是 G.652 光纤。在核心网中新建线路已开始采用 G.655 光 纤，在接入网中已开始应用光纤带光缆。我国光通信 领域已掌握了光纤、器件、系统等各方面的关键技术， 逐渐走进了国际光通信的先进行列。尤其在主要技术 上，都有了自己的特色和创新。 16
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
自由空间波长（m）
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10-6
光纤及光通信技术简介
光纤光栅技术与应用
光通信
– 用光波载运信息，实现通信
光纤通信
– 以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信
光纤通信的优点
频带宽、信息容量大 传输损耗低、无中继距离远 材料丰富 抗电磁干扰 光纤间串话小，保密性好 耐腐蚀、耐高压 体积小、质量轻
n2 n1 φ
NA
n n n1 2 Δ
2 1 2 2
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Φmax=arcsin(NA)
光纤基本理论
光纤光栅技术与应用
可见，光纤的数值孔径（NA）仅取决于 纤芯的折射率的大小及包层相对折射率差， 而于光纤的直径无关。
标准多模光纤的NA公称值一般为0.2，对 应的孔径角约为11.5º 。 标准单模光纤的NA公称值一般为0.1～ 0.15，对应的孔径角约为5.7º ~8.6º 。
通信波段划分及相应传输媒介
频率 Hz
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频段 划分
传 输 介 质
电力、电话
无线电、电视
微波
红外
可见光
AM无线电 同轴电缆 双铰线
FM无线电
卫星/微波
光纤
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104
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光纤光栅技术与应用
From: GDFT2005
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内容
光纤光栅技术与应用
内
容
Part 1 光纤（Optical Fiber）及光通信技 术简介 Part 2 光纤光栅（Optical Fiber Grating） Part 3 光纤光栅的应用
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Part 1 光纤及光通信技术简介
3
电磁波谱的划分
光纤光栅技术与应用
5
光通信的发展
光纤光栅技术与应用
光通信的发展过程
雏形：古代烽火、手旗、灯光
潜望镜原理——光波导之雏形
6
光纤基本理论
光纤光栅技术与应用
菲涅耳定律：n1sinθ1=n2sinθ2
n1
n2
θ2 θ1
n1 n2
θ1
θ2
n1<n2
n1>n2
结论：若要实现全反射，则必须有
n1>n2
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光纤基本理论
光纤光栅技术与应用
1966年英国标准电信研究所高锟及Hockham从理论上预言光纤 损耗可降至20dB/km以下
日本于1969年研制出第一根通信用光纤损耗为100dB/km
1970年康宁公司（Corning）采用“粉末法”先后获得了损耗低 于20dB/km和4dB/km的低损耗石英光纤
1974年贝尔实验室（Bell）采用改进的化学汽相沉积法制出性 能优于康宁公司的光纤产品。 到1979年，掺锗石英光纤在1.55µ m处的损耗已经降到0.2dB/km ，这一数值已经十分接近由Rayleigh散射所决定的石英光纤理论 损耗极限
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光纤结构
光纤光栅技术与应用
光纤结构
纤芯 包层 涂敷层 护套
单模光纤内径：9µ m 尺寸规格： 多模光纤内径：50µ m
外径：125µm
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光纤结构
光纤光栅技术与应用
两种常用光纤的结构及其折射率分布
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对中卡头Three-jaw chuck
配 重
Modified Chemical Vapor Deposition
高温 炉
高温炉Graphite furnace 测温仪 Pyro meter
分离及沉积处理Separate deposition
排 除 尾 气
测径仪 Fiber diameter Gauge 空气净化系统 Clear Air System 机械手 Mechanical handle 涂杯 Coat cup 对中 ition center control 光固化 vioiet Curing System 涂杯 Coat cup 对中 ition center control 光固化Ultravioiet Curing System 对中 ition center control 热固化Ultravioiet Curing System 涂杯 Coat cup 对中 ition center control