第三章：光纖

1、智能蒙皮光學(xué)纖維胃鏡光纖傳感器光纖傳感器植入降落傘植入降落傘中，中， 即時(shí)探測(cè)降落傘飛行過程中的動(dòng)態(tài)應(yīng)力變化情況；即時(shí)探測(cè)降落傘飛行過程中的動(dòng)態(tài)應(yīng)力變化情況；導(dǎo)電聚合物包敷的光纖傳感器植入織物導(dǎo)電聚合物包敷的光纖傳感器植入織物， 用于戰(zhàn)場(chǎng)上化學(xué)或生物物質(zhì)的探測(cè)；用于戰(zhàn)場(chǎng)上化學(xué)或生物物質(zhì)的探測(cè)；塑料光纖傳感器植入襯衣塑料光纖傳感器植入襯衣 探測(cè)心率的變化；探測(cè)心率的變化； 判斷戰(zhàn)場(chǎng)上士兵受傷部位和受傷程度；判斷戰(zhàn)場(chǎng)上士兵受傷部位和受傷程度； 兒童和病人的日常健康監(jiān)護(hù)。兒童和病人的日常健康監(jiān)護(hù)。其他的應(yīng)用其他的應(yīng)用通信波段劃分及相應(yīng)傳輸媒介通信波段劃分及相應(yīng)傳輸媒介頻率頻率 Hz101107102

2、10610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015自由空間波長(zhǎng)（自由空間波長(zhǎng)（m）電力、電話電力、電話無線電、電視無線電、電視微波微波紅外紅外可見光可見光雙鉸線雙鉸線同軸電纜同軸電纜光纖光纖衛(wèi)星衛(wèi)星/微波微波AM無線電無線電FM無線電無線電頻段頻段劃分劃分傳傳輸輸介介質(zhì)質(zhì)光通信光通信用用光波光波載運(yùn)信息，實(shí)現(xiàn)通信載運(yùn)信息，實(shí)現(xiàn)通信光纖通信光纖通信以以光波光波載運(yùn)信息，用載運(yùn)信息，用光纖光纖作傳輸媒體，實(shí)現(xiàn)通信作傳輸媒體，實(shí)現(xiàn)通信光纖通信的優(yōu)點(diǎn)光纖通信的優(yōu)點(diǎn)J頻帶寬、

3、信息容量大頻帶寬、信息容量大J傳輸損耗低、無中繼距離遠(yuǎn)傳輸損耗低、無中繼距離遠(yuǎn)J材料豐富材料豐富J抗電磁干擾抗電磁干擾J光纖間串話小，保密性好光纖間串話小，保密性好J耐腐蝕、耐高壓耐腐蝕、耐高壓J體積小、質(zhì)量輕體積小、質(zhì)量輕光通信的發(fā)展過程光通信的發(fā)展過程雛形：古代烽火、手旗、燈光雛形：古代烽火、手旗、燈光潛望鏡原理潛望鏡原理光波導(dǎo)之雛形光波導(dǎo)之雛形光纖的誕生理想光傳輸介質(zhì)的尋找理想光傳輸介質(zhì)的尋找透明度很高的石英玻璃絲透明度很高的石英玻璃絲叫做光學(xué)纖維簡(jiǎn)稱叫做光學(xué)纖維簡(jiǎn)稱“光纖光纖”內(nèi)窺鏡一米衰減損耗很大內(nèi)窺鏡一米衰減損耗很大20世紀(jì)60年代1000dB/Km高高 錕錕于于1966年解決了石

4、英光纖損耗的理論問題年解決了石英光纖損耗的理論問題光的射線理論及光纖傳光分析光的射線理論及光纖傳光分析1光的射線理論光的射線理論（1 1）直線傳播定律）直線傳播定律 光線在均勻介質(zhì)中總是沿直線傳播的，其傳播速度為光線在均勻介質(zhì)中總是沿直線傳播的，其傳播速度為是真空中光速是真空中光速是均勻介質(zhì)折射率是均勻介質(zhì)折射率 （2）反射定律和折射定律）反射定律和折射定律 光線經(jīng)過兩種不同介質(zhì)的交界面時(shí)，會(huì)發(fā)生偏折。光線經(jīng)過兩種不同介質(zhì)的交界面時(shí)，會(huì)發(fā)生偏折。3.1 概 述 （3）全反射定律）全反射定律光線從光密介質(zhì)光線從光密介質(zhì)n1射向光疏介質(zhì)射向光疏介質(zhì)n2時(shí)，若入射角時(shí)，若入射角1滿滿足以下關(guān)系：足以

5、下關(guān)系：1 c arcsin(n2/n1) 則只有反射光，而無折射光。則只有反射光，而無折射光。c稱為全反射臨界角。稱為全反射臨界角。1. 光纖導(dǎo)光原理 光纖又稱光導(dǎo)纖維，是一種導(dǎo)引光波的波導(dǎo)，它由纖芯和包層兩部分組成，光纖又稱光導(dǎo)纖維，是一種導(dǎo)引光波的波導(dǎo)，它由纖芯和包層兩部分組成，外面再加涂覆層以保護(hù)光纖。外面再加涂覆層以保護(hù)光纖。纖芯和包層是兩種折射率不同的玻璃，設(shè)纖芯折射率為纖芯和包層是兩種折射率不同的玻璃，設(shè)纖芯折射率為n n1 1，包層折射率為，包層折射率為n n2 2， n n1 1n n2 2。按照幾何光學(xué)全反射原理，射線在纖芯和包層的交界面產(chǎn)生全反射，并。按照幾何光學(xué)全反射原

6、理，射線在纖芯和包層的交界面產(chǎn)生全反射，并形成把光閉鎖在光纖芯內(nèi)部向前傳播的必要條件，形成把光閉鎖在光纖芯內(nèi)部向前傳播的必要條件， 即使經(jīng)過彎曲的路由光線也即使經(jīng)過彎曲的路由光線也不射出光纖之外，如圖不射出光纖之外，如圖3.13.1所示。所示。 n2n1入射光纖出射圖圖 3.1 光纖導(dǎo)光原理光纖導(dǎo)光原理 （Optical fiber）是由純石英拉制而成的高度透明的玻是由純石英拉制而成的高度透明的玻璃絲。璃絲。橫截面很小的雙層同心圓柱體，未經(jīng)涂覆和套塑時(shí)稱為裸光纖。 光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)纖纖 芯芯包包 層層涂敷層涂敷層護(hù)護(hù) 套套約束光的傳輸約束光的傳輸形成光波導(dǎo)效應(yīng)形成光波導(dǎo)效應(yīng)保護(hù)光纖不受水汽

7、的侵蝕和機(jī)械保護(hù)光纖不受水汽的侵蝕和機(jī)械擦傷，同時(shí)增加光纖的柔韌性擦傷，同時(shí)增加光纖的柔韌性 1) ) 按光纖折射率剖面分類按光纖折射率剖面分類 按光纖折射率剖面分為：按光纖折射率剖面分為： (1) (1) 階躍光纖階躍光纖。其纖芯和包層折射率呈臺(tái)階型突變。目前，。其纖芯和包層折射率呈臺(tái)階型突變。目前， 單模光纖多屬單模光纖多屬此類，最早的多模光纖也屬此類。此類，最早的多模光纖也屬此類。 (2) (2) 漸變光纖漸變光纖。纖芯的折射率分布近似為拋物線型，又稱梯度光纖。目前，。纖芯的折射率分布近似為拋物線型，又稱梯度光纖。目前，多模光纖均為此類。多模光纖均為此類。 (3) (3) 其它型光纖其它

8、型光纖。其它型光纖包括有纖芯呈三角型的三角光纖，。其它型光纖包括有纖芯呈三角型的三角光纖， 還有雙包還有雙包層型、四包層型光纖層型、四包層型光纖( (其包層折射率各層不同其包層折射率各層不同) )。 上述幾種類型均為新型單模光纖，但現(xiàn)已不強(qiáng)調(diào)其折射率剖面，上述幾種類型均為新型單模光纖，但現(xiàn)已不強(qiáng)調(diào)其折射率剖面， 只強(qiáng)調(diào)其性能。只強(qiáng)調(diào)其性能。 光纖的纖芯折射率剖面分布光纖的分類光纖的分類（a a）階躍光纖）階躍光纖 （b b） 漸變光纖漸變光纖 （c c）W W型光纖型光纖 按折射率：階躍折射率型、梯度折射率型按折射率：階躍折射率型、梯度折射率型按傳輸特性：?jiǎn)文?、多模按傳輸特性：?jiǎn)文！⒍嗄文：?/p>

9、多模光纖結(jié)構(gòu)示意圖單模和多模光纖結(jié)構(gòu)示意圖光波在階躍折射率分布光纖中的傳播路徑光波在階躍折射率分布光纖中的傳播路徑 一束光線以與光纖軸線成的角度入射到芯區(qū)中心，在光纖一束光線以與光纖軸線成的角度入射到芯區(qū)中心，在光纖空氣界面空氣界面發(fā)生折射，折射光與光纖軸線的夾角由發(fā)生折射，折射光與光纖軸線的夾角由斯涅耳定律斯涅耳定律決定決定 折射光到達(dá)纖芯折射光到達(dá)纖芯包層界面時(shí)，若入射角大于臨界角時(shí)，將發(fā)生全反包層界面時(shí)，若入射角大于臨界角時(shí)，將發(fā)生全反射，若包層折射率為，則定義為射，若包層折射率為，則定義為 式中，式中，i和和r分別為空氣和纖芯的折射率。分別為空氣和纖芯的折射率。 rinnsinsin1

10、012/sinnnc所有的光線都將被限制在光纖芯中所有的光線都將被限制在光纖芯中，這就是光纖導(dǎo)光的基本原理。，這就是光纖導(dǎo)光的基本原理。n2n1n0ir（1）突變型多模光纖）突變型多模光纖（Step Index Fiber, SIF） 纖芯折射率為纖芯折射率為n1保持不變，到包層突然變?yōu)楸３植蛔?，到包層突然變?yōu)閚2。這種光纖一般纖芯直徑。這種光纖一般纖芯直徑2a=5080 m，光線以折線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變大。帶寬只有，光線以折線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變大。帶寬只有1020 MHzkm，一般用于小容量（，一般用于小容量（8 Mb/s以下）短距離（幾以下）

11、短距離（幾km以內(nèi)）系統(tǒng)。以內(nèi)）系統(tǒng)。 橫截面2a2brn折射率分布纖芯包層AitAot輸入脈沖光線傳播路徑輸出脈沖（2） 漸變型多模光纖漸變型多模光纖（GradedIndex Fiber, GIF）在纖芯中心折射率最大為在纖芯中心折射率最大為n1，沿徑向，沿徑向r向外圍逐漸變小，直到包層變?yōu)橄蛲鈬饾u變小，直到包層變?yōu)閚2。這種光纖一般纖芯直徑這種光纖一般纖芯直徑2a為為50m，光線以正弦形狀沿纖芯中心軸線方向，光線以正弦形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變小。漸變型多模光纖的帶寬可達(dá)傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變小。漸變型多模光纖的帶寬可達(dá)12 GHzkm，適，適用于中等容量（用于中等容量（3

12、4140 Mb/s）中等距離（）中等距離（1020 km）系統(tǒng)。）系統(tǒng)。橫截面折射率分布輸入脈沖光線傳播路徑輸出脈沖50 mm125mmrnAitAot （3）單模光纖）單模光纖（SingleMode Fiber, SMF）折射率分布和突變型光纖相似，纖芯直徑只有折射率分布和突變型光纖相似，纖芯直徑只有810 m，光線以直線形狀沿，光線以直線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播。因?yàn)檫@種光纖只能傳輸一個(gè)模式（兩個(gè)偏振態(tài)簡(jiǎn)纖芯中心軸線方向傳播。因?yàn)檫@種光纖只能傳輸一個(gè)模式（兩個(gè)偏振態(tài)簡(jiǎn)并），所以稱為單模光纖，其信號(hào)畸變很小。大容量（并），所以稱為單模光纖，其信號(hào)畸變很小。大容量（565 Mb/s2.5 G

13、b/s）長(zhǎng)距離長(zhǎng)距離(30 km以上以上)系統(tǒng)要用單模光纖。系統(tǒng)要用單模光纖。橫截面折射率分布輸入脈沖光線傳播路徑輸出脈沖10 mm125mmrnAitAot 根據(jù)常規(guī)單模光纖設(shè)計(jì)的特種單模光纖：根據(jù)常規(guī)單模光纖設(shè)計(jì)的特種單模光纖： （1）W型光纖。型光纖。這種光纖有兩個(gè)包層，內(nèi)包層外直徑這種光纖有兩個(gè)包層，內(nèi)包層外直徑2a與纖芯直徑與纖芯直徑2a的比值的比值a/a2。適當(dāng)選取纖芯、外包層和內(nèi)包層的折射率。適當(dāng)選取纖芯、外包層和內(nèi)包層的折射率n1、n2和和n3，調(diào)整，調(diào)整a值，值，可以得到在可以得到在1.31.6m之間色散變化很小的色散光纖（之間色散變化很小的色散光纖（DispersionFl

14、attened Fiber, DFF），或把零色散波長(zhǎng)移到），或把零色散波長(zhǎng)移到1.55 m的色散移位光纖（的色散移位光纖（DispersionShifted Fiber, DSF）。）。色散平坦光纖適用于波分復(fù)用系統(tǒng)。色散平坦光纖適用于波分復(fù)用系統(tǒng)。2a 2an1n2n3（2）三角芯光纖）三角芯光纖纖芯折射率分布呈三角形，這是一種改進(jìn)的色散移位光纖。這種光纖在纖芯折射率分布呈三角形，這是一種改進(jìn)的色散移位光纖。這種光纖在1.55 m有微量色散，有效面積較大，有微量色散，有效面積較大，適合于密集波分復(fù)用和孤子傳輸?shù)倪m合于密集波分復(fù)用和孤子傳輸?shù)拈L(zhǎng)距離系統(tǒng)使用長(zhǎng)距離系統(tǒng)使用，是一種非零色散光纖。

15、，是一種非零色散光纖。 n2n3n(r)（3）橢圓芯光纖）橢圓芯光纖纖芯折射率分布呈橢圓形。這種光纖具有雙折射特性，即兩個(gè)正交偏振纖芯折射率分布呈橢圓形。這種光纖具有雙折射特性，即兩個(gè)正交偏振模的傳輸常數(shù)不同。模的傳輸常數(shù)不同。 強(qiáng)雙折射特性能使傳輸光保持其偏振狀態(tài)，因而又強(qiáng)雙折射特性能使傳輸光保持其偏振狀態(tài)，因而又稱為雙折射光纖或偏振保持光纖。稱為雙折射光纖或偏振保持光纖。適用于外差接收方式的相干光系統(tǒng)適用于外差接收方式的相干光系統(tǒng)n1n22) 按傳輸模式分類按傳輸模式和折射率剖面綜合分類， 如表3.1所示。 表表 3.1 光光 纖纖 分分 類類 表表 3) 按光纖的材料分類按制造光纖的材料

16、來分類，如表3.2所示。 石英光纖一般由摻雜石英芯和摻雜石英包層組成, 通常用化學(xué)氣相沉積法制成。這種光纖有很低的損耗和中等程度的色散，有階躍折射率和漸變折射率兩種, 適用于長(zhǎng)距離、大容量傳輸。全塑光纖價(jià)格便宜，使用方便，適用于近距離，如幾百米。但由于石英光纖也不是很貴，因此即使短距離、小容量， 也逐漸趨向于采用石英光纖。 光纖的種類 4) 按按ITU-T（國(guó)際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組織）建（國(guó)際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組織）建議文號(hào)分類議文號(hào)分類 按按ITU-T建議文號(hào)，有建議文號(hào)，有G.651 , G.652 , G.653、 G.654 , G.655 , G.65x及正在標(biāo)準(zhǔn)化的及正在標(biāo)

17、準(zhǔn)化的色散平坦光纖色散平坦光纖。它們的纖芯和包層剖面中折射率分布特性及特點(diǎn)見表它們的纖芯和包層剖面中折射率分布特性及特點(diǎn)見表3.3。 表3.3 光纖類型及其折射率分布特性 纖芯和包層剖面中折射率分布特性光纖類型特 點(diǎn)1. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易；2. 用的不多1. 很小色散，很寬帶寬；2. 制造較難1. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易；2. 宏彎和微彎損耗稍大1. 可調(diào)整的參數(shù)多, 易于特性最佳化, 抗彎曲能力強(qiáng)2. 連接損耗稍大1. 具有凹陷包層型優(yōu)點(diǎn)之外，還具有光纖損耗更低 的特點(diǎn)；2. 連接損耗稍大多模G.651階躍型拋物線型n1n2n(r)n2n1n2n21n22n1匹配包層型凹陷包層型純硅纖芯型n2

18、1n1n1G.652(標(biāo)準(zhǔn)單模光纖)；表表3.3 光纖類型及其折射率分布特性光纖類型及其折射率分布特性 1. 在1550 nm波長(zhǎng)低衰減和零色散；2. 抗彎曲能力強(qiáng)；3. 連接損耗低；4. 制造較難1. 在1550 nm波長(zhǎng)低衰減；2. 宏彎和微彎損耗稍大1. 在1550 nm波長(zhǎng)低衰減；2. 連接損耗稍大1. 具有大的有效面積和低的微彎損耗；2. 具有略低的衰減；3. 制造較難1. 具有大的有效面積和低的微彎損耗；2. 具有稍大的有效面積；3. 制造較難內(nèi)三角分段芯型n12n2n11G.653(色散位移單模光 纖)雙臺(tái)階芯型n12n2n11匹配包層型n2n1G.654(1550 nm波長(zhǎng)低衰

19、減單模光纖)凹陷包層型n12n2n11n21n22n1G.655(非色散位移單模光纖)內(nèi)三角分段芯型雙環(huán)芯型n12n2n11表表3.3 光纖類型及其折射率分布特性光纖類型及其折射率分布特性 1. 具有較大的負(fù)色散：15050 ps/(nmkm), 用 于色散補(bǔ)償;2. 色散特性主要由波導(dǎo)色散決定, 而波導(dǎo)色散由折射 率分布及其參數(shù)決定；3. 制造較難1. 在寬波段內(nèi)得到平坦的小色散；2. 彎曲損耗大, 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜, 制造較困難1. 在寬波段內(nèi)得到平坦的小色散;2. 色散特性和抗彎曲能力優(yōu)于雙包層型;3. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造困難分段芯型三包層型雙包層型三包層型四包層型G.65x(色散補(bǔ)償單模光纖)色

20、散平坦光纖n12n2n11n1n21n22n23n1n21n22n1n21n22n23n1n21n22n23n243.2 光纖的傳輸特性 3.2.1 光纖的衰減特性光纖的衰減特性 光在光纖中傳播時(shí)，其強(qiáng)度或功率要發(fā)生衰減，稱此為光在光纖中傳播時(shí)，其強(qiáng)度或功率要發(fā)生衰減，稱此為光光纖損耗纖損耗， 它是用衰減它是用衰減(損耗損耗)系數(shù)來衡量的，即系數(shù)來衡量的，即 km/dBlg10oiPPL(3.1) 式中，式中，L為被測(cè)光纖的長(zhǎng)度；為被測(cè)光纖的長(zhǎng)度；Pi為輸入光纖的光功率；為輸入光纖的光功率；Po為輸出光纖的光功為輸出光纖的光功率。率。光纖的衰減系數(shù)是度量光能在光纖中傳輸損失的重要參數(shù)。光纖的衰

21、減系數(shù)是度量光能在光纖中傳輸損失的重要參數(shù)。 光纖通信工程中，長(zhǎng)度為光纖通信工程中，長(zhǎng)度為L(zhǎng)i，衰減系數(shù)為，衰減系數(shù)為i的的N段光纖相段光纖相連接，則全長(zhǎng)連接，則全長(zhǎng)L為為 NiiLL1(3.2) 總衰減為總衰減為 yLNiiiS1(3.3) 式中，式中，S為平均每連接點(diǎn)的損耗，為平均每連接點(diǎn)的損耗，y為連接點(diǎn)數(shù)。為連接點(diǎn)數(shù)。 即便是在理想的光纖中都存在損耗即便是在理想的光纖中都存在損耗本征損耗。本征損耗。 光纖的損耗限制了光信號(hào)的傳播距離。這些損耗主要包括：光纖的損耗限制了光信號(hào)的傳播距離。這些損耗主要包括： 1. 吸收損耗吸收損耗2. 散射損耗散射損耗3. 彎曲損耗彎曲損耗損耗損耗光纖損耗

22、光纖損耗圖圖3.3 光纖損耗的分類光纖損耗的分類 吸收損耗可分為材料吸收損耗可分為材料固有吸收固有吸收和和雜質(zhì)吸收雜質(zhì)吸收兩類，都是材料中兩類，都是材料中的粒子吸收光能產(chǎn)生振動(dòng)發(fā)熱所導(dǎo)致的。的粒子吸收光能產(chǎn)生振動(dòng)發(fā)熱所導(dǎo)致的。 1. 光纖的吸收損耗光纖的吸收損耗原子缺陷吸收：由于光纖材料的原子結(jié)構(gòu)的不完整造成原子缺陷吸收：由于光纖材料的原子結(jié)構(gòu)的不完整造成非本征吸收：非本征吸收： 由過渡金屬離子和氫氧根離子由過渡金屬離子和氫氧根離子 (OH)等雜等雜 質(zhì)對(duì)光的吸收而產(chǎn)生的損耗質(zhì)對(duì)光的吸收而產(chǎn)生的損耗本征吸收：本征吸收： 材料本身材料本身 (如如SiO2) 的特性決定，即便波導(dǎo)結(jié)構(gòu)非常完美而且的

23、特性決定，即便波導(dǎo)結(jié)構(gòu)非常完美而且材料不含任何雜質(zhì)也會(huì)存在本征吸收材料不含任何雜質(zhì)也會(huì)存在本征吸收 本征吸收(1) 紫外吸收紫外吸收 光纖材料的電子吸收入射光能量躍遷到高的能級(jí)，同時(shí)引光纖材料的電子吸收入射光能量躍遷到高的能級(jí)，同時(shí)引 起入射光的能量損耗，一般發(fā)生在短波長(zhǎng)范圍起入射光的能量損耗，一般發(fā)生在短波長(zhǎng)范圍(2) 紅外吸收紅外吸收 光波與光纖晶格相互作光波與光纖晶格相互作 用，一部分光波能量傳用，一部分光波能量傳 遞給晶格，使其振動(dòng)加遞給晶格，使其振動(dòng)加 劇，從而引起的損耗劇，從而引起的損耗晶格晶格固有吸收有固有吸收有紫外吸收紫外吸收和和紅外吸收紅外吸收兩類，是材料本征特性所固有的。兩

24、類，是材料本征特性所固有的。本征吸收曲線非本征吸收光纖制造過程引入的有害雜質(zhì)帶來較強(qiáng)的非本征吸收光纖制造過程引入的有害雜質(zhì)帶來較強(qiáng)的非本征吸收OH吸收峰吸收峰 2 dB解決方法：解決方法：(1) 光纖材料化學(xué)提純，比光纖材料化學(xué)提純，比 如達(dá)到如達(dá)到 10-9級(jí)級(jí)的的 純度純度OH和過渡金屬離子，如鐵、鈷、鎳、銅、錳、鉻等和過渡金屬離子，如鐵、鈷、鎳、銅、錳、鉻等(2) 制造工藝上改進(jìn)，如避制造工藝上改進(jìn)，如避 免使用氫氧焰加熱免使用氫氧焰加熱 ( 汽汽 相軸向沉積法相軸向沉積法)OH吸收峰二次諧波在吸收峰二次諧波在1.38 m附近附近OH吸收峰基波在吸收峰基波在0.72 m附近附近原子缺陷吸

25、收光纖晶格很容易在光場(chǎng)的作用下產(chǎn)生振動(dòng)光纖晶格很容易在光場(chǎng)的作用下產(chǎn)生振動(dòng)光纖制造光纖制造 - 材料受到材料受到熱激勵(lì)熱激勵(lì) - 結(jié)構(gòu)不完善結(jié)構(gòu)不完善強(qiáng)粒子輻射強(qiáng)粒子輻射 - 材料共價(jià)鍵斷裂材料共價(jià)鍵斷裂 - 原子缺陷原子缺陷吸收光能，引起損耗吸收光能，引起損耗散射損耗光纖的密度和折射率分布不均及結(jié)構(gòu)上的不完善導(dǎo)致光纖的密度和折射率分布不均及結(jié)構(gòu)上的不完善導(dǎo)致散射現(xiàn)象散射現(xiàn)象:1. 瑞利散射瑞利散射;2. 波導(dǎo)散射波導(dǎo)散射散射損失以光能形式輻射能量，其中最主要的是散射損失以光能形式輻射能量，其中最主要的是瑞利散射瑞利散射， 它它與與4成反比。光纖的結(jié)構(gòu)不完善，如有微氣泡或折射率不均勻成反比。光

26、纖的結(jié)構(gòu)不完善，如有微氣泡或折射率不均勻以及有內(nèi)應(yīng)力，也能使光纖產(chǎn)生散射損耗。以及有內(nèi)應(yīng)力，也能使光纖產(chǎn)生散射損耗。 吸收損耗和散射損耗均與傳輸光能的波長(zhǎng)有關(guān)。吸收損耗和散射損耗均與傳輸光能的波長(zhǎng)有關(guān)。圖圖3.4示示出了光纖損耗波長(zhǎng)曲線。出了光纖損耗波長(zhǎng)曲線。圖圖 3.4 光纖損耗波長(zhǎng)曲線光纖損耗波長(zhǎng)曲線 0.010.1125實(shí)測(cè)瑞利散射紫外吸收紅外吸收0.81.0 1.2 1.4 1.6 2.0 / mm損耗 / (dB/km)曲線中有幾個(gè)衰減小的曲線中有幾個(gè)衰減小的“傳輸傳輸窗口窗口”：=0.80.9m為短波為短波長(zhǎng)窗口；長(zhǎng)窗口；=1.3m或或1.55m為為長(zhǎng)波長(zhǎng)窗口。長(zhǎng)波長(zhǎng)窗口。瑞利散射

27、損失曲線和材料固有瑞利散射損失曲線和材料固有吸收損失曲線相交形成吸收損失曲線相交形成=1.55 m處的最低損失窗口，處的最低損失窗口， 衰減衰減可達(dá)可達(dá)0.15 dB/km以下。以下。 瑞利散射波導(dǎo)在小于光波長(zhǎng)尺度上的不均勻：波導(dǎo)在小于光波長(zhǎng)尺度上的不均勻：- 分子密度分布不均勻分子密度分布不均勻- 摻雜分子導(dǎo)致折射率不均勻摻雜分子導(dǎo)致折射率不均勻瑞利散射一般發(fā)生在瑞利散射一般發(fā)生在短波長(zhǎng)短波長(zhǎng)本征散射和本征吸收一起構(gòu)成了損耗的理論最小值本征散射和本征吸收一起構(gòu)成了損耗的理論最小值波導(dǎo)散射導(dǎo)致的原因是波導(dǎo)缺陷導(dǎo)致的原因是波導(dǎo)缺陷- 纖芯和包層的界面不完備纖芯和包層的界面不完備- 圓度不均勻圓度

28、不均勻- 殘留氣泡和裂痕等殘留氣泡和裂痕等 目前的制造工藝基本可以克服波導(dǎo)散射目前的制造工藝基本可以克服波導(dǎo)散射標(biāo)準(zhǔn)單模光纖損耗曲線摻摻GeO2的低損耗、低的低損耗、低OH含量石英光纖含量石英光纖OH0.154 dB/kmAllWave fiberAllWave：逼近本征損耗：逼近本征損耗單模：本征損耗單模：本征損耗+OH吸收損耗吸收損耗常溫且未暴露常溫且未暴露在強(qiáng)輻射下在強(qiáng)輻射下彎曲損耗宏彎：曲率半徑比光纖的直徑大得多的彎曲宏彎：曲率半徑比光纖的直徑大得多的彎曲消逝場(chǎng)消逝場(chǎng) cR CladdingCore場(chǎng)分布場(chǎng)分布彎曲曲率半徑減小彎曲曲率半徑減小宏彎損耗指數(shù)增加宏彎損耗指數(shù)增加微彎：微米級(jí)

29、的高頻彎曲微彎的原因：微彎的原因： 光纖的生產(chǎn)過程中的帶來的不均光纖的生產(chǎn)過程中的帶來的不均成纜時(shí)受到壓力不均成纜時(shí)受到壓力不均使用過程中由于光纖各個(gè)部分熱脹冷縮的不同使用過程中由于光纖各個(gè)部分熱脹冷縮的不同導(dǎo)致的后果：導(dǎo)致的后果：造成能量輻射損耗造成能量輻射損耗高階模功率損耗高階模功率損耗低階模功率耦合到高階模低階模功率耦合到高階模3.2.2 光纖的數(shù)值孔徑光纖的數(shù)值孔徑NA 數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑NA(Numerical Aperture)是衡量一根光纖當(dāng)光線是衡量一根光纖當(dāng)光線從其端面射入時(shí)，它接收光能大小的一個(gè)重要參量，從其端面射入時(shí)，它接收光能大小的一個(gè)重要參量，如圖如圖3.5所示。所示。

30、 從幾何光學(xué)角度看，并不是所有從空氣射向光纖端面的從幾何光學(xué)角度看，并不是所有從空氣射向光纖端面的光都能在光纖中滿足全反射條件而傳播。光都能在光纖中滿足全反射條件而傳播。圖圖 3.5 光纖的數(shù)值孔徑光纖的數(shù)值孔徑 an0入射端面cn1n2Z纖芯包層只有位于入射光線與光纖軸線夾角為只有位于入射光線與光纖軸線夾角為a的圓錐體之內(nèi)的那些光線，的圓錐體之內(nèi)的那些光線，才能在光纖內(nèi)滿足全反射條件被光纖捕捉而形成傳導(dǎo)模。才能在光纖內(nèi)滿足全反射條件被光纖捕捉而形成傳導(dǎo)模。位于這個(gè)位于這個(gè)圓錐體之外的光線，盡管也能入射到光纖中，但不能在光纖中形成圓錐體之外的光線，盡管也能入射到光纖中，但不能在光纖中形成全反射

31、而傳播，只能折射到光纖的包層形成輻射模，射入到空氣中。全反射而傳播，只能折射到光纖的包層形成輻射模，射入到空氣中。 數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑用來表示表征光纖對(duì)光線的用來表示表征光纖對(duì)光線的接收角接收角 。 其定義為其定義為:2cosNA122211nnnnc 式中，式中，=(n1-n2)/n1表示光纖波導(dǎo)的芯和包層表示光纖波導(dǎo)的芯和包層相對(duì)折射率差。相對(duì)折射率差。 通常，通信用光纖為弱導(dǎo)光纖，折射率差很小，即通常，通信用光纖為弱導(dǎo)光纖，折射率差很小，即n1與與n2相差很小。一般通信用多模光纖的相差很小。一般通信用多模光纖的值約為值約為1%。如果入射光線。如果入射光線所 在 介 質(zhì) 為 空 氣所 在 介

32、 質(zhì) 為 空 氣 ( n0= 1 ) ， 則， 則 N A 值 恒 小 于值 恒 小 于 1 。 例 如 ，。 例 如 ，n1=1.5,=0.01,則則NA=0.2。 式中，式中，n0為空氣折射率，為空氣折射率，a為臨界接收角為臨界接收角(孔徑角孔徑角)。當(dāng)。當(dāng)a很小時(shí)，又很小時(shí)，又n0 =1，則則NA接收角接收角 。則階躍光纖的數(shù)值孔徑則階躍光纖的數(shù)值孔徑:NA=n0sina (3.4)漸變光纖的折射率分布一般可表示為：漸變光纖的折射率分布一般可表示為： aaarnarnrn121)(12/11(3.6) 式中，式中，a是纖芯半徑，是纖芯半徑，是折射率指數(shù)，一般是折射率指數(shù)，一般2。 由于漸

33、變光纖的折射率由于漸變光纖的折射率不是常數(shù)，因此在纖芯的各點(diǎn)上的接收角不一樣，不是常數(shù)，因此在纖芯的各點(diǎn)上的接收角不一樣， 中心上接收角最大。中心上接收角最大。ITU-T建議采用這個(gè)最大點(diǎn)的數(shù)值孔徑作為光纖的參數(shù)。建議采用這個(gè)最大點(diǎn)的數(shù)值孔徑作為光纖的參數(shù)。 定義：定義：漸變光纖的最大理論數(shù)值孔徑漸變光纖的最大理論數(shù)值孔徑 2NA1tmaxn(3.7) 式中，式中，n1是光纖中心上的折射率。是光纖中心上的折射率。 最大理論數(shù)值孔徑在工程實(shí)用上測(cè)量很不方便，一般習(xí)慣采用強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑。最大理論數(shù)值孔徑在工程實(shí)用上測(cè)量很不方便，一般習(xí)慣采用強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑。 強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑的定義：強(qiáng)度有效數(shù)值

34、孔徑的定義：在光纖測(cè)試的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射圖上，在光纖測(cè)試的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射圖上， 強(qiáng)度強(qiáng)度下降到最大值的下降到最大值的10%處張角的一半處張角的一半(如圖如圖3.6所示所示)，即，即 NAe=sin e (3.8) 最大理論數(shù)值孔徑最大理論數(shù)值孔徑NAtmax與強(qiáng)與強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑度有效數(shù)值孔徑NAe的關(guān)系為的關(guān)系為 NAtmax(1.051.07)NAe (3.9) 圖圖3.6 強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑NA光功率0.1Oe光纖 光波在光纖中傳播，就是交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)在光纖中的傳播。光波在光纖中傳播，就是交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)在光纖中的傳播。電磁場(chǎng)的各種不同分布形式叫做電磁場(chǎng)的各種不同分布形式叫做“模式模式

35、”。根據(jù)傳輸理論，引入特。根據(jù)傳輸理論，引入特征參數(shù)征參數(shù)V， 稱為稱為光纖的歸一化頻率參數(shù)光纖的歸一化頻率參數(shù)， 其表達(dá)式為其表達(dá)式為 22212nnaV(3.10) 式中，式中，a為纖芯半徑為纖芯半徑(m)； 為波長(zhǎng)為波長(zhǎng)(m)； n1, n2分別為纖芯和包層折射率。分別為纖芯和包層折射率。 若若V2.405，則只存在單一的傳播模式，滿足此條件的光，則只存在單一的傳播模式，滿足此條件的光纖稱為單模光纖；當(dāng)纖稱為單模光纖；當(dāng)V2.405時(shí)，為多模光纖。時(shí)，為多模光纖。 理論分析表明：若理論分析表明：若2.405，階躍折射率分布階躍折射率分布的多模光纖中，的多模光纖中， 傳播的模式總數(shù)為傳播的

36、模式總數(shù)為 221VN (3.11) 漸變折射率分布漸變折射率分布的多模光纖中，傳播的模式總數(shù)為的多模光纖中，傳播的模式總數(shù)為 241VN (3.12) 3.2.3 光纖的色散特性光纖的色散特性圖圖 3.7 光纖傳輸中脈沖信號(hào)的畸變光纖傳輸中脈沖信號(hào)的畸變 色散的危害很大，尤其對(duì)碼速較高的數(shù)字傳輸有嚴(yán)重的影響，引起碼間串?dāng)_，使傳輸?shù)纳⒌奈：艽?，尤其?duì)碼速較高的數(shù)字傳輸有嚴(yán)重的影響，引起碼間串?dāng)_，使傳輸?shù)男盘?hào)帶寬減小，即傳輸帶寬能力降低。色散、脈沖展寬和頻帶寬度均反映光纖的同一傳信號(hào)帶寬減小，即傳輸帶寬能力降低。色散、脈沖展寬和頻帶寬度均反映光纖的同一傳輸特性。因此，輸特性。因此，色散特性是

37、光纖的第二個(gè)重要特性。色散特性是光纖的第二個(gè)重要特性。 光脈沖信號(hào)經(jīng)過光纖傳輸之后會(huì)發(fā)生脈沖畸變，它表現(xiàn)為脈沖展寬現(xiàn)象，光脈沖信號(hào)經(jīng)過光纖傳輸之后會(huì)發(fā)生脈沖畸變，它表現(xiàn)為脈沖展寬現(xiàn)象，如圖如圖3.7所示。所示。一個(gè)沖激光脈沖在光纖中的脈沖展寬稱為光纖的一個(gè)沖激光脈沖在光纖中的脈沖展寬稱為光纖的脈沖色散脈沖色散或或脈沖分散脈沖分散。表表3.4 光纖的色散種類和特點(diǎn)光纖的色散種類和特點(diǎn) 帶寬與色散帶寬與色散 1光纖帶寬的概念光纖帶寬的概念 光纖的頻帶特性與光纖的長(zhǎng)度有關(guān)系，常用光纖的頻帶特性與光纖的長(zhǎng)度有關(guān)系，常用“帶寬帶寬距離距離”積來表示光纖的頻帶特性，其單位常使用積來表示光纖的頻帶特性，其單

38、位常使用MHzkm或或GHzkm。 2影響帶寬的原因影響帶寬的原因 （1）模間色散）模間色散 定義定義 同一波長(zhǎng)光信號(hào)的不同模式成分之間的色散，稱為同一波長(zhǎng)光信號(hào)的不同模式成分之間的色散，稱為模間色散模間色散或或模式色散模式色散。模間色散只在多模光纖中存在。模間色散只在多模光纖中存在。模間色散多模光纖中不同模式具有不同的傳播路徑導(dǎo)致了模間色散多模光纖中不同模式具有不同的傳播路徑導(dǎo)致了模間色散模式色散：模式色散： 1) 階躍光纖的模色散階躍光纖的模色散 階躍型多模光纖模色散產(chǎn)生的脈沖展寬決定于最大時(shí)延差階躍型多模光纖模色散產(chǎn)生的脈沖展寬決定于最大時(shí)延差M。在光纖中不是。在光纖中不是所有模式的光線

39、均能在光纖內(nèi)傳播，所有模式的光線均能在光纖內(nèi)傳播，只有小于光纖的全反射截止角只有小于光纖的全反射截止角(又稱傳輸角又稱傳輸角)范范圍內(nèi)的模式光線，才能在光纖內(nèi)繼續(xù)傳播。圍內(nèi)的模式光線，才能在光纖內(nèi)繼續(xù)傳播。 把它們稱為光纖的傳輸模。把它們稱為光纖的傳輸模。 如圖如圖3.8所示，光線是平行光纖軸直線傳播的所示，光線是平行光纖軸直線傳播的低次模低次模(基?；?，光，光線是折線傳播的線是折線傳播的最高階模最高階模。 由于光在光纖中的傳播速度為由于光在光纖中的傳播速度為v=c/n，其中其中n為介質(zhì)折射率，為介質(zhì)折射率，c為光速，故可求得光線和光線通過長(zhǎng)度為為光速，故可求得光線和光線通過長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光纖

40、后的最大時(shí)延差的光纖后的最大時(shí)延差M為為 ：c12圖圖 3.8 光線在光纖中傳播光線在光纖中傳播LcnncLncLvLvLttcsin1111212M(3.13) 式中，式中，t1, t2分別為光線和光線經(jīng)過長(zhǎng)度為分別為光線和光線經(jīng)過長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光纖到達(dá)終端的時(shí)間；的光纖到達(dá)終端的時(shí)間；v2為光線為光線對(duì)光纖軸向的傳播速度；對(duì)光纖軸向的傳播速度；v1為光線的傳播速度；為光線的傳播速度；=(n1-n2)/ n1 。 2) 漸變光纖的模色散漸變光纖的模色散 漸變光纖軸上折射率漸變光纖軸上折射率n1最大，光在軸上的傳播速率最大，光在軸上的傳播速率v1=c/n1最小，而在離開光纖軸距離為最小，而在離開光

41、纖軸距離為r處的折射率處的折射率n(r)小于小于n1，因此作曲，因此作曲線傳播的光線的線速度線傳播的光線的線速度v(r)=c/n(r)必然大于必然大于v1。所以適當(dāng)控制折。所以適當(dāng)控制折射率分布指數(shù)射率分布指數(shù), 有可能使作曲線傳播的光線與直線傳播的光線有可能使作曲線傳播的光線與直線傳播的光線同時(shí)到達(dá)光纖終點(diǎn)。同時(shí)到達(dá)光纖終點(diǎn)。 一般一般2時(shí)，漸變光纖的脈沖展寬模色散最小，此時(shí)光線時(shí)，漸變光纖的脈沖展寬模色散最小，此時(shí)光線在光纖中呈周期性會(huì)聚和發(fā)散傳播，在光纖中呈周期性會(huì)聚和發(fā)散傳播， 所以漸變光纖又叫自聚焦所以漸變光纖又叫自聚焦光纖。光纖。這種光纖的時(shí)延表達(dá)式推導(dǎo)過程比較復(fù)雜，其結(jié)果為這種光

42、纖的時(shí)延表達(dá)式推導(dǎo)過程比較復(fù)雜，其結(jié)果為 222-22121cLncLnM(3.14) 設(shè)纖芯折射率設(shè)纖芯折射率n1=1.5, =0.01，=2。對(duì)于。對(duì)于L=1km的的階躍光纖和漸變光纖，分別用式階躍光纖和漸變光纖，分別用式(3.13)和式和式(3.14)求得求得M分別為分別為50 ns和和0.25 ns。 而當(dāng)而當(dāng)=2.22時(shí)可求出漸變光纖的時(shí)可求出漸變光纖的M(1 km)=2.6 ns。 可見，漸變光纖的模色散遠(yuǎn)小于階躍光纖，而且當(dāng)可見，漸變光纖的模色散遠(yuǎn)小于階躍光纖，而且當(dāng)=2時(shí)，時(shí)，其模色散最小。其模色散最小。 因此，漸變光纖的因此，漸變光纖的是一個(gè)重要的指標(biāo)。是一個(gè)重要的指標(biāo)。 定

43、義定義 同一個(gè)導(dǎo)波模式的不同光波長(zhǎng)之間的色散，稱為同一個(gè)導(dǎo)波模式的不同光波長(zhǎng)之間的色散，稱為模內(nèi)色散或色度色散模內(nèi)色散或色度色散。 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 光源光譜不純光源光譜不純; 光纖石英材料的折射率不是一個(gè)常數(shù)，而是隨光波長(zhǎng)的增大而減小光纖石英材料的折射率不是一個(gè)常數(shù)，而是隨光波長(zhǎng)的增大而減小; 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與折射率分布等參量有關(guān)，使得不同路徑光線之間的速度差是一個(gè)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與折射率分布等參量有關(guān)，使得不同路徑光線之間的速度差是一個(gè)隨傳輸路徑變化的復(fù)雜函數(shù)。隨傳輸路徑變化的復(fù)雜函數(shù)。 這三方面原因?qū)е峦粋€(gè)導(dǎo)波模式的不同波長(zhǎng)光線之間產(chǎn)生時(shí)延差，引起光這三方面原因?qū)е峦粋€(gè)導(dǎo)波模式的不同波長(zhǎng)光線之間產(chǎn)

44、生時(shí)延差，引起光脈沖展寬。脈沖展寬。 模內(nèi)色散模內(nèi)色散光纖材料對(duì)不同的頻率成份折射率光纖材料對(duì)不同的頻率成份折射率(傳播速率傳播速率)不同不同1. 材料色散材料色散 光源輻射的光載波，不是單一頻率，其總是占據(jù)一定的頻譜寬度。光源輻射的光載波，不是單一頻率，其總是占據(jù)一定的頻譜寬度。 材料折射率隨頻率而變化，因此，信號(hào)不同頻率分量具有不同的傳播速度，材料折射率隨頻率而變化，因此，信號(hào)不同頻率分量具有不同的傳播速度，即經(jīng)過不同的時(shí)延到達(dá)接收點(diǎn)，從而引起光纖的脈沖展寬，即經(jīng)過不同的時(shí)延到達(dá)接收點(diǎn)，從而引起光纖的脈沖展寬，稱為光纖的材料色散。稱為光纖的材料色散。 1 2 3 1 2 3材料色散引起的脈

45、沖展寬可用下式表示為：材料色散引起的脈沖展寬可用下式表示為：m=DL() (8.15)式中，式中，L為光纖長(zhǎng)度，為光纖長(zhǎng)度，為光源半幅值譜線寬度，為光源半幅值譜線寬度，D為光纖材料色散系數(shù)。為光纖材料色散系數(shù)。單模光纖中傳播模單模光纖中傳播模80%能量在纖芯能量在纖芯 20%能量在包層能量在包層信號(hào)光處于纖芯的部分和處于包層的部分具有不同的傳播速度信號(hào)光處于纖芯的部分和處于包層的部分具有不同的傳播速度2. 波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散 光源光譜不純以及波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的影響，所產(chǎn)生的模內(nèi)色散稱光源光譜不純以及波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的影響，所產(chǎn)生的模內(nèi)色散稱為波導(dǎo)色散。為波導(dǎo)色散。波導(dǎo)色散在單模光纖和多模光纖中都能夠存在。波導(dǎo)色

46、散在單模光纖和多模光纖中都能夠存在。 在單模光纖中，由纖芯內(nèi)和包層中的光速差，造成的時(shí)延在單模光纖中，由纖芯內(nèi)和包層中的光速差，造成的時(shí)延差，也屬于波導(dǎo)色散。差，也屬于波導(dǎo)色散。 這種色散在芯徑和數(shù)值孔徑很小的單模光纖中才明顯地呈這種色散在芯徑和數(shù)值孔徑很小的單模光纖中才明顯地呈現(xiàn)出來?，F(xiàn)出來。 但它并不是單模光纖中色散的主要部分。但它并不是單模光纖中色散的主要部分。波導(dǎo)色散可表示為：波導(dǎo)色散可表示為： w = Dw( ) L103 （ns）Dw( )：材料色散系數(shù)：材料色散系數(shù)(ps/nm.Km) : 光源譜線寬度光源譜線寬度(nm)L : 光纖長(zhǎng)度（光纖長(zhǎng)度（Km)總的脈沖展寬近似式為：總

47、的脈沖展寬近似式為： 2W2m2M其中，多模光纖其中，多模光纖 ，單模光纖，單模光纖 2m2M2W2m。 上述三種色散即上述三種色散即:1、模式色散、模式色散 2、材料色散、材料色散3、波導(dǎo)色散、波導(dǎo)色散MmW是產(chǎn)生色散的三個(gè)因素是產(chǎn)生色散的三個(gè)因素 3. 偏振模色散偏振模色散 偏振是與光的振動(dòng)方向有關(guān)的光性能。光纖中的光信號(hào)傳偏振是與光的振動(dòng)方向有關(guān)的光性能。光纖中的光信號(hào)傳輸可描述為完全是沿輸可描述為完全是沿X軸上的振動(dòng)和完全是沿軸上的振動(dòng)和完全是沿Y軸上的振動(dòng)或軸上的振動(dòng)或一些光在兩個(gè)軸上的振動(dòng)，如圖一些光在兩個(gè)軸上的振動(dòng)，如圖3.9所示。每個(gè)軸代表一個(gè)偏所示。每個(gè)軸代表一個(gè)偏振振“模模

48、”。兩個(gè)偏振模到達(dá)的時(shí)延差稱為偏振模色散兩個(gè)偏振模到達(dá)的時(shí)延差稱為偏振模色散(PMD)， PMD的度量單位為的度量單位為ps。光纖的。光纖的PMD系數(shù)表示的單位為系數(shù)表示的單位為 km/ps圖圖 3.9 光纖偏振模色散光纖偏振模色散 光纖軸3.3 3.3 光纖的原材料選擇光纖的原材料選擇目前通信用光纖主要是用目前通信用光纖主要是用高純度的玻璃高純度的玻璃 石英玻璃石英玻璃（SiO2） 材料制成的材料制成的 。最純的最純的天然石英天然石英, ,因其因其含雜質(zhì)多含雜質(zhì)多而不能在光導(dǎo)纖維中使而不能在光導(dǎo)纖維中使用用 . 還有一個(gè)原因是光學(xué)性能還有一個(gè)原因是光學(xué)性能各向異性各向異性 (nxnynz)

49、。熔融石英熔融石英又名人造石英，又名人造石英， 是制造光導(dǎo)纖維的主要原料是制造光導(dǎo)纖維的主要原料。其特點(diǎn)是：熔融石英是非晶態(tài)的，也就是說，它不。其特點(diǎn)是：熔融石英是非晶態(tài)的，也就是說，它不是一個(gè)晶體。它沒有是一個(gè)晶體。它沒有“熔點(diǎn)熔點(diǎn)”，在較高溫度下變得比較，在較高溫度下變得比較柔軟柔軟. . 一、超純的熔融一、超純的熔融SiOSiO2 2提取提取 超純的熔融石英玻璃通常利用氣相沉積法取得，所用原料為SiCl4、 GeCl4 化學(xué)反應(yīng)式為 2217002420ClGeOOGeClC 221700242ClSiOOSiClC熔融石英玻璃的折射率約為熔融石英玻璃的折射率約為1.458 1.458

50、二、熔融石英光纖的摻雜劑提取二、熔融石英光纖的摻雜劑提取改變石英光纖折射率經(jīng)常使用的摻雜劑有改變石英光纖折射率經(jīng)常使用的摻雜劑有GeOGeO2 2、P P2 2O O5 5、TiTi2 2O2O2、AlAl2 2O O3 3和和B B2 2O O3 3、F F等等 221700242ClGeOOGeClC 25217002362ClOPOPoClOC 232170023634ClOBOBClC摻雜劑所用主要原料為GeCl4 、PoCl3、BCl3和SF6等。化學(xué)反應(yīng)式為： 摻雜劑除對(duì)折射率、線膨脹系數(shù)及材料提純具有影響外，對(duì)光纖的摻雜劑除對(duì)折射率、線膨脹系數(shù)及材料提純具有影響外，對(duì)光纖的傳輸性能及光纖的設(shè)計(jì)制作也都會(huì)產(chǎn)生作用。如圖所示傳輸性能及光纖的設(shè)計(jì)制作也都會(huì)產(chǎn)生作用。如圖所示。 利用摻雜變更石英玻璃的折射率利用摻雜變更石英玻璃的折射率 GeO2-P2O5-Ti2O2-B2O3 SiO2玻璃線膨玻璃線膨脹系數(shù)的差別脹系數(shù)的差別 mol %mol %是各向同性的介質(zhì)是各向同性的介質(zhì)它的物理性能它的物理性能=1,不隨方向而變不隨方向而變化即化即nx=ny=nz。幾個(gè)重要的物理參數(shù)是：幾個(gè)重要的物理