光纖通信技術(shù)基礎(chǔ)0102 2014 0302

1、2022-6-271光纖通信技術(shù)基礎(chǔ)光纖通信技術(shù)基礎(chǔ) 主講人主講人: : 魏淮魏淮 , , 曹繼紅曹繼紅 北京交通大學(xué)光波技術(shù)研究所北京交通大學(xué)光波技術(shù)研究所2022-6-272北京交通大學(xué)光波技術(shù)研究所北京交通大學(xué)光波技術(shù)研究所2022-6-273超凈實驗室超凈實驗室2022-6-2742004年在年在G652光纖上實現(xiàn)了光纖上實現(xiàn)了16 10Gb/s 3000公里超長距公里超長距離無電中繼傳輸離無電中繼傳輸2022-6-275注意事項注意事項 n課時安排：周學(xué)時:4 , 共 12 周n考核考核 30%平時平時+ 70%期末考試期末考試n答疑答疑 地點：北京交通大學(xué)光波樓地點：北京交通大學(xué)光

2、波樓 310 ，306 電話：51684017， 516840162022-6-276參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)n 光波導(dǎo)理論，光波導(dǎo)理論， 吳重慶，清華大學(xué)出版吳重慶，清華大學(xué)出版社，社，20042004n 非線性光纖光學(xué)原理及應(yīng)用非線性光纖光學(xué)原理及應(yīng)用， G. P. G. P. Agrawal,Agrawal,電子工業(yè)出版社，電子工業(yè)出版社，20022002n介質(zhì)光波導(dǎo)理論介質(zhì)光波導(dǎo)理論， D. Marcus D. Marcus，人民郵電，人民郵電出版社，出版社，19821982n導(dǎo)波光學(xué)導(dǎo)波光學(xué)，范崇澄等編著，北京理工大學(xué)，范崇澄等編著，北京理工大學(xué)出版社，出版社，19881988年年n光纖通信

3、系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng) G. P. AgrawalG. P. Agrawal，清華大學(xué)出版社，20042004nOptical Fiber TelecommunicationsOptical Fiber Telecommunications I, I, IVIV， Tingye Li Tingye Li ，Academic Press 2002Academic Press 2002n光纖通信， 美甘民樂，厲鼎毅，北京郵電大學(xué)出版社2006n光纖通信光纖通信， G. Keiser, G. Keiser, 電子工業(yè)出版社，電子工業(yè)出版社，20022002n光纖光學(xué)光纖光學(xué)， 廖延彪，清華大學(xué)出版廖延彪，

4、清華大學(xué)出版社，社，200020002022-6-277教材以及課程內(nèi)容教材以及課程內(nèi)容光纖技術(shù)基礎(chǔ)光纖技術(shù)基礎(chǔ)光通信器件技術(shù)基礎(chǔ)光通信器件技術(shù)基礎(chǔ) 光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò) 光纖與光纖通信系統(tǒng)測量光纖與光纖通信系統(tǒng)測量 本門課程本門課程主要內(nèi)容主要內(nèi)容2022-6-278課程內(nèi)容課程內(nèi)容引論引論 一維平面光波導(dǎo)一維平面光波導(dǎo)光纖模式理論光纖模式理論單模光纖單模光纖 光纖色散光纖色散 光纖中的光學(xué)非線性 基本概念基本概念理論基礎(chǔ)電磁理論基礎(chǔ)電磁理論基礎(chǔ)2022-6-279關(guān)于這門課程關(guān)于這門課程n學(xué)習(xí)光纖通信的重要性學(xué)習(xí)光纖通信的重要性n所有的骨干網(wǎng)已是光纖通信的天下n無線通信的基

5、站之間的通信離不開光纖通信n隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的發(fā)展帶寬需求不斷增長光纖到戶成為發(fā)展趨勢2022-6-2710光纖通信與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的同步發(fā)展n1966年ARPANETn1974年，管理計算機(jī)和因特網(wǎng)之間連接的封包協(xié)議由Vinton G Cerf 和 Robert E Kahn以論文的形式發(fā)表出來。這個論文中有關(guān)數(shù)據(jù)包封裝和交換的技術(shù)，也就是最后被稱作TCP/IP的協(xié)議，使得網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為了可能。 n萬維網(wǎng)（World Wide Web） 在早期的超文本試驗中逐步形成了。最終項目在1990年提交給CERN，命名為 萬維網(wǎng): 超文本項目計劃 n90年代互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展n1966年，高錕(C.K.Kao)及其

6、同事霍克哈姆(C.A.Hockham)在其發(fā)表的研究論文n1970年，美國Corning，OVD，20dB/km，4dB/km ，1974年，美國AT&T，MCVD，性能更優(yōu)越n80年代末期EDFA 發(fā)明，光放大代替電中繼，使得長距離寬帶全光傳輸實現(xiàn)。n90年代WDM迅速發(fā)展2022-6-2711光纖通信的巨大優(yōu)勢n損耗低（0.2dB/km，中繼距離50100km，銅纜為15km）n傳輸容量大（單根光纖400nm，50THz，每根光纜可容納數(shù)十?dāng)?shù)百芯光纖）n重量輕，體積?。?7g/km fiber）n石英資源豐富，光纖成本低n系統(tǒng)造價與維護(hù)成本大幅降低n抗電磁干擾，不易串音，抗雷擊，保密性強(qiáng)n

7、通信質(zhì)量高（光纖系統(tǒng)誤碼率優(yōu)于1010）2022-6-2712n課程特點，學(xué)習(xí)方法2022-6-2713第一章 引論n1.1、電通信技術(shù)的發(fā)展n1.2 光通信的必要性及其技術(shù)基礎(chǔ)n1.3 光纖通信技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來n1.4、光纖制造技術(shù)和光纜n1.5、光纖基本特性n1.6、半導(dǎo)體光電子器件n1.7、光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展2022-6-2714n通信通信n信息的記錄和交流與人類文明發(fā)展史信息的記錄和交流與人類文明發(fā)展史密切相關(guān)密切相關(guān)2022-6-2715n通信通信n自古以來通信就是人們的基本需求之一，這種需求促使人們設(shè)法發(fā)明能將信息從一個地方傳送到另一個遙遠(yuǎn)地方將信息從一個地方傳送到另一個遙遠(yuǎn)

8、地方的系統(tǒng)。n古代，人們通過驛站、飛鴿傳書、烽火報警等方式進(jìn)行信息傳遞。到了今天，隨著科學(xué)水平的飛速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了無線電，固定電話，移動電話，互聯(lián)網(wǎng)甚至可視電話等各種通信方式。 2022-6-2716n信號調(diào)制，載頻和系統(tǒng)傳輸容量信號調(diào)制，載頻和系統(tǒng)傳輸容量 n為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速、遠(yuǎn)距離地傳輸，必須把信號迭加在某一為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速、遠(yuǎn)距離地傳輸，必須把信號迭加在某一個頻率振蕩的電磁波個頻率振蕩的電磁波(載波載波)上，這個過程叫調(diào)制。上，這個過程叫調(diào)制。n載波頻率高載波頻率高 系統(tǒng)傳輸容量高系統(tǒng)傳輸容量高信源信源發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備信道信道接收設(shè)備接收設(shè)備信宿信宿噪聲、衰減噪聲、衰減通信系統(tǒng)構(gòu)成20

9、22-6-27171.1 電通信技術(shù)的發(fā)展電通信技術(shù)的發(fā)展2022-6-2718n1838年，年，Morse發(fā)明具有數(shù)字格式的電報系統(tǒng)，宣告發(fā)明具有數(shù)字格式的電報系統(tǒng)，宣告電信時代的開始。電信時代的開始。1866年大西洋海底電報電纜系統(tǒng)年大西洋海底電報電纜系統(tǒng)投入運(yùn)行。投入運(yùn)行。n1876年，電話的發(fā)明成為電信技術(shù)發(fā)展的又一里程年，電話的發(fā)明成為電信技術(shù)發(fā)展的又一里程碑，其后的碑，其后的100余年間，以電話為基礎(chǔ)的模擬通信技余年間，以電話為基礎(chǔ)的模擬通信技術(shù)、全球范圍內(nèi)電話網(wǎng)的建設(shè)及電話交換技術(shù)的研術(shù)、全球范圍內(nèi)電話網(wǎng)的建設(shè)及電話交換技術(shù)的研究成為通信領(lǐng)域的主流。究成為通信領(lǐng)域的主流。n由于電

10、話用戶的迅速增長，由于電話用戶的迅速增長，1940年，同軸電纜的應(yīng)年，同軸電纜的應(yīng)用使干線載波頻率達(dá)到用使干線載波頻率達(dá)到10100MHz，可容納數(shù)百至，可容納數(shù)百至上千話路上千話路(4kHz/ch)。但對更高頻率的電磁波，同。但對更高頻率的電磁波，同軸電纜的損耗迅速增加。軸電纜的損耗迅速增加。2022-6-2719n1948年，載波頻率為年，載波頻率為110GHz的微波通信系的微波通信系統(tǒng)投入應(yīng)用。系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)數(shù)百統(tǒng)投入應(yīng)用。系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)數(shù)百M(fèi)bit/s，受載波頻率的限制。，受載波頻率的限制。n隨著微電子與集成電路技術(shù)的發(fā)展，由于隨著微電子與集成電路技術(shù)的發(fā)展，由于在抗干擾、保密性、

11、信號處理設(shè)備的小型在抗干擾、保密性、信號處理設(shè)備的小型化和集成化以及系統(tǒng)可靠性等方面的巨大化和集成化以及系統(tǒng)可靠性等方面的巨大優(yōu)勢，從優(yōu)勢，從1950年起，數(shù)字通信技術(shù)迅速興起。年起，數(shù)字通信技術(shù)迅速興起。但數(shù)字系統(tǒng)需要比模擬系統(tǒng)大的多的帶寬，但數(shù)字系統(tǒng)需要比模擬系統(tǒng)大的多的帶寬，加劇了對通信帶寬的需求。加劇了對通信帶寬的需求。 2022-6-2720n反應(yīng)系統(tǒng)通信能力的技術(shù)指標(biāo)2022-6-27211103106109101210151985199019952000電報電話同軸電纜微波光波光放大器DWDMBL/(Gb.s-1.km)年份1985-2000年間比特率距離積年間比特率距離積的變化

12、的變化2022-6-2722n通信帶寬不斷增加，有線傳輸從架空明線到電纜通信帶寬不斷增加，有線傳輸從架空明線到電纜n1901年的海底電纜圖年的海底電纜圖n什么載體具有更寬的帶寬呢？什么載體具有更寬的帶寬呢？2022-6-2723n通常情況下，系統(tǒng)所能達(dá)到的調(diào)制帶寬約為其載波頻率的 1/10；系統(tǒng)傳輸容量的大小直接受系統(tǒng)載波頻率的限制；因此設(shè)法提高系統(tǒng)載波頻率是增加系統(tǒng)傳輸容量的一條根本途徑。n選擇更高頻率的載波進(jìn)行通信2022-6-2724第一章 引論n1.1、電通信技術(shù)的發(fā)展n1.2 光通信的必要性及其技術(shù)基礎(chǔ)n1.3 光纖通信技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來n1.4、光纖制造技術(shù)和光纜n1.5、光纖

13、基本特性n1.6、半導(dǎo)體光電子器件n1.7、光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展2022-6-2725n1.2.1 光通信的必要性與空間光通信2022-6-2726n電磁波（又稱（又稱電磁輻射）是由同相）是由同相振蕩振蕩且互相垂直的且互相垂直的電場電場與與磁場磁場在空在空間中以間中以波波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構(gòu)成的平面，有的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構(gòu)成的平面，有效的傳遞效的傳遞能量能量和和動量動量。電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻。電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括有率，包括有無線電波無線電波、微波微波、紅外線紅外線、可見光可見光、紫外線紫外線、X射線射線和和伽

14、伽馬射線馬射線等等。人眼可接收到的電磁輻射，等等。人眼可接收到的電磁輻射，波長波長大約在大約在380至至780納米納米之之間，稱為間，稱為可見光可見光。2022-6-27272022-6-2728能量的相對大小能量的相對大小波長波長/nm400800120016002000紫外線紫外線 可見光可見光紅外線紅外線黃綠光黃綠光0太陽輻射光譜太陽輻射光譜2022-6-2729電磁波產(chǎn)生機(jī)理無線電波無線電波:振蕩電路中自由電荷的運(yùn)動紅外線紅外線/可見光可見光/紫外線紫外線:倫琴射線倫琴射線:射線射線:原子外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生原子內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生原子核受激發(fā)后產(chǎn)生2022-6-2730通信波段劃分及

15、相應(yīng)傳輸媒介 10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF 自由空間波長，自由空間波長，m頻率，頻率，Hz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無線電無線電傳傳輸輸介介質(zhì)質(zhì)光纖光纖2022-6-2731n現(xiàn)代光纖通信中常用的波長為1.55微米光波的載頻是多少？21()cfcd fdcd

16、 全波光纖的12601675nm約400nm帶寬現(xiàn)在光纖通信系統(tǒng)中常用的普通摻鉺光現(xiàn)在光纖通信系統(tǒng)中常用的普通摻鉺光纖放大器纖放大器 工作帶寬工作帶寬1530nm1560nm 2022-6-2732n光纖可用波段光纖可用波段nO波段（原始波段）波段（原始波段） 1260-1360nm. E波段（擴(kuò)展波段）波段（擴(kuò)展波段） 1360-1460nm. S波段（短波段）波段（短波段） 1460-1530nm. C波段（常規(guī)波段）波段（常規(guī)波段） 1530-1560nm.L波段（長波段）波段（長波段） 1560-1625nm. U波段（超長波段）波段（超長波段） 1625-1675nm. 從理論上說，

17、上述波段都可以用來進(jìn)行通信，但由于受技術(shù)條件的限制，從理論上說，上述波段都可以用來進(jìn)行通信，但由于受技術(shù)條件的限制，目前主要使用的通信波段為目前主要使用的通信波段為O波段（原始波段）和波段（原始波段）和C波段（常規(guī)波段）波段（常規(guī)波段） 2022-6-2733寬帶傳輸記錄nOFC 2001, NEC 報道的超寬帶傳輸實驗； 117km 2022-6-2734n2007年國際光通信會議（OFC2007）上阿爾卡特朗訊報道了25.6Tbit/s 傳輸實驗， n2007年歐洲光通信會議(ECOC2007)上阿爾卡特朗訊報道了在光纖通信研究領(lǐng)域的進(jìn)展：通過單根光纖以12.8Tbit/s的速率創(chuàng)紀(jì)錄地實

18、現(xiàn)了2,550公里公里的長途信息傳輸n在實驗中將160個80Gbit/s信道通過波分復(fù)用(WDM)復(fù)用到一根光纖上，實現(xiàn)了12.8Tbit/s的傳送。n電話速率 64Kbit/s；12.8T=2億路電話億路電話2022-6-2735n1901年海底電纜和年海底電纜和2008年海底光纜年海底光纜n光纜通信容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電纜光纜通信容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電纜2022-6-27362022-6-2737n如何利用光波來通信？ 光通信的發(fā)展歷程光通信的發(fā)展歷程2022-6-27382022-6-2739n以發(fā)明電話而著名的貝爾，在1876年發(fā)明了電話之后，就想到利用光來通電話的問題。1880年，他利用太陽光作光源

19、，大氣為傳輸媒質(zhì)，用硒晶體作為光接收器件，成功地進(jìn)行了光電話的實驗，通話距離最遠(yuǎn)達(dá)到了213米。1881年，貝爾宣讀了一篇題為關(guān)于利用光線進(jìn)行聲音的產(chǎn)生與復(fù)制的論文，報導(dǎo)了他的光電話裝置。在貝爾本人看來：在他的所有發(fā)明中，光電話是最偉大的發(fā)明。 早期，光波通信沒有顯示其優(yōu)點，人們對其興趣不大！早期，光波通信沒有顯示其優(yōu)點，人們對其興趣不大！2022-6-2740貝爾的光電話貝爾的光電話ABN光接收器光接收器(硒片硒片)話筒太陽光(弧光燈)2022-6-2741面臨的問題n利用光在大氣中傳送信息方便簡單，所以人們開利用光在大氣中傳送信息方便簡單，所以人們開始研究的光通信都是這種方式。始研究的光通

20、信都是這種方式。n但是光在大氣中的傳送要受到氣象條件的很大限但是光在大氣中的傳送要受到氣象條件的很大限制，比如在遇到下雨、下雪、陰天、下霧等情況，制，比如在遇到下雨、下雪、陰天、下霧等情況，就會使信號傳輸受到很大阻礙。就會使信號傳輸受到很大阻礙。 n此外，太陽光、燈光等普通的可見光源，都不適此外，太陽光、燈光等普通的可見光源，都不適合作為通信的光源。合作為通信的光源。2022-6-2742n要用光來通信，必須要解決幾個最根本的問題：要用光來通信，必須要解決幾個最根本的問題：n一是必須有穩(wěn)定的、低損耗的一是必須有穩(wěn)定的、低損耗的傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì)；由于光；由于光頻極高，透過障礙的能力很差。（必須通

21、過低損頻極高，透過障礙的能力很差。（必須通過低損耗介質(zhì)波導(dǎo)傳輸）耗介質(zhì)波導(dǎo)傳輸）n另一個問題是必須要找到高強(qiáng)度的、可靠的另一個問題是必須要找到高強(qiáng)度的、可靠的光源光源。一般光源方向性和相干性太差。一般光源方向性和相干性太差。n沒有合適的沒有合適的檢測檢測設(shè)備。設(shè)備。n在貝爾光電話發(fā)明后的幾十年中，由于這些關(guān)鍵在貝爾光電話發(fā)明后的幾十年中，由于這些關(guān)鍵技術(shù)沒有得到解決，光通信就一直裹足不前。技術(shù)沒有得到解決，光通信就一直裹足不前。 2022-6-2743n使用短波激光通信的缺點？使用短波激光通信的缺點？n長波無線電波可以很容易穿透濃霧和大雨，在空長波無線電波可以很容易穿透濃霧和大雨，在空氣中自由

22、傳播，但是短波激光會被空氣中的水蒸氣中自由傳播，但是短波激光會被空氣中的水蒸氣和其它顆粒反射回來，以至于不是被分散就是氣和其它顆粒反射回來，以至于不是被分散就是被阻擋住。一個多霧的天氣會使激光通訊聯(lián)絡(luò)終被阻擋住。一個多霧的天氣會使激光通訊聯(lián)絡(luò)終斷，因此光需要一個類似于電話線的導(dǎo)管斷，因此光需要一個類似于電話線的導(dǎo)管。2022-6-2744 實現(xiàn)光通信所需要解決的問題發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備接收設(shè)備信道信道2022-6-2745n1960年梅曼發(fā)明了紅寶石激光器，光源問題得到解決。相關(guān)的半導(dǎo)體技術(shù)：激光器，檢測器，也逐步發(fā)展起來。n此后人們掀起了對潛在的光載波傳輸媒質(zhì)光纖的研究熱潮。2022-6

23、-2746n1.2.2 光纖技術(shù)的發(fā)展2022-6-2747光纖的研制和發(fā)展過程n早期的一些發(fā)現(xiàn)和發(fā)明早期的一些發(fā)現(xiàn)和發(fā)明n19世紀(jì)中，全內(nèi)反射原理的發(fā)現(xiàn)（光世紀(jì)中，全內(nèi)反射原理的發(fā)現(xiàn)（光束隨水流彎曲）束隨水流彎曲） 1841年David Colladon，1854年英國的廷達(dá)爾(Tyndall) 觀察到光在水與空氣分界面上作全反射以致光隨水流而彎曲的現(xiàn)象；2022-6-2748n1841年，David Colladon 教授第一次在一束跨過桌子的水流中通過一束光束，讓光進(jìn)行全反射來實現(xiàn)光在水流中的傳播2022-6-2749n20世紀(jì)世紀(jì)20年代制成無包層玻璃光纖年代制成無包層玻璃光纖1929

24、-1930年：美國的哈納爾(Hanael)和德國的拉姆(Lamm)先后拉制出石英光纖并用于光線和圖象的短距離傳輸n20世紀(jì)世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)使用包層能夠改善光纖的特性，年代發(fā)現(xiàn)使用包層能夠改善光纖的特性，1953年年6月月van Heel 向向自然自然雜志提交摘要后，雜志提交摘要后，用荷蘭語發(fā)表了第篇一光纖包層的論文。用荷蘭語發(fā)表了第篇一光纖包層的論文。 1954年年1月月 van Heel在在自然自然上發(fā)表論文。上發(fā)表論文。n光纖在光纖在1950年代進(jìn)入實用（主要用于醫(yī)療，年代進(jìn)入實用（主要用于醫(yī)療，短距短距離離成像）成像）2022-6-2750n但是到但是到20世紀(jì)世紀(jì)60年代中期，光纖損耗

25、仍在年代中期，光纖損耗仍在400dB/km以上以上,很多人對光纖通信喪失了信心。很多人對光纖通信喪失了信心。n轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)折發(fā)生在發(fā)生在19661966年，年，英格蘭標(biāo)準(zhǔn)實驗室的華裔學(xué)英格蘭標(biāo)準(zhǔn)實驗室的華裔學(xué)者高錕（者高錕（ Charles Kao ）博士等從理論上斷定可）博士等從理論上斷定可以獲得透明度高得多的纖維。以獲得透明度高得多的纖維。 Kao, K.C. and Hockham, G.A., Dielectric-fibre Surface Waveguides for Optical Frequencies, Proc. I.E.E. Vol. 113, No. 7, July 1966

26、, pp. 1151-11582022-6-2751n在具有在具有里程碑意義里程碑意義的理論性論文中，他們表明的理論性論文中，他們表明現(xiàn)現(xiàn)存光纖的高損耗理論上是由玻璃中的微小雜質(zhì)存光纖的高損耗理論上是由玻璃中的微小雜質(zhì)-主要是水和金屬主要是水和金屬-而不是玻璃本身固有的局限造而不是玻璃本身固有的局限造成的。成的。他們預(yù)言纖維中的光損失可以從每千米他們預(yù)言纖維中的光損失可以從每千米1000分貝急劇降到不到分貝急劇降到不到20分貝。分貝。n假如有這樣的進(jìn)步，那么擴(kuò)大信號的放大器就可以設(shè)置在每隔幾英里還不是幾碼處-比得上用來放大傳統(tǒng)電話線中的微弱信號的擴(kuò)音器間隔了 2022-6-2752高錕n193

27、3年出生于中國上海。他先后于1957年和1965年在倫敦大學(xué)分別獲得電機(jī)工程學(xué)士和博士學(xué)位。n高錕教授（Prof. Charles K. Kao）被世界譽(yù)為“光纖之父光纖之父”，曾任香港科技大學(xué)校長。1990年，他獲選美國國家工程院院士。n2009年諾貝爾獎2022-6-27531966年，高錕在英國標(biāo)準(zhǔn)電信研究所年，高錕在英國標(biāo)準(zhǔn)電信研究所1998年，高錕（左）在英國接受年，高錕（左）在英國接受IEE授予的獎?wù)率谟璧莫務(wù)赂咤K教授（高錕教授（Prof. Charles K. Kao）被世界譽(yù)）被世界譽(yù)為為“光纖之父光纖之父”2022-6-2754光纖損耗問題的根源損耗原因：損耗原因：1) 玻璃

28、纖維中含有過量的鉻、銅、鐵、錳、玻璃纖維中含有過量的鉻、銅、鐵、錳、OH- 2) 光纖拉制工藝造成芯、包層分界面不均勻及其光纖拉制工藝造成芯、包層分界面不均勻及其 所引起的折射率不均勻所引起的折射率不均勻新的發(fā)現(xiàn)：玻璃纖維在紅外光區(qū)的損耗較小新的發(fā)現(xiàn)：玻璃纖維在紅外光區(qū)的損耗較小 在具有里程碑意義的理論性論文中，高錕預(yù)言纖維中的在具有里程碑意義的理論性論文中，高錕預(yù)言纖維中的光損失可以從每公里光損失可以從每公里1000分貝急劇降到不到分貝急劇降到不到20分貝！分貝！ 指明通過指明通過“原材料的提純制造出適合于原材料的提純制造出適合于長距離通信使用的低損耗光纖長距離通信使用的低損耗光纖”這一發(fā)展

29、方這一發(fā)展方向向2022-6-2755要將雜質(zhì)降低到什么程度？要將雜質(zhì)降低到什么程度？關(guān)鍵問題關(guān)鍵問題: 如何在制造工藝上降低光纖中的如何在制造工藝上降低光纖中的雜質(zhì)含量？雜質(zhì)含量？ppm:ppm:百萬分之一百萬分之一ppb:ppb:十億分之一十億分之一ppt:ppt:萬億分之一萬億分之一2022-6-2756n有了理論指導(dǎo)，人們對光纖通信的希望再次點燃，并加緊了對光纖的研制。n終于，美國康寧玻璃公司終于，美國康寧玻璃公司1970年研制年研制出損耗出損耗20dB/km 的光纖。光纖通信步的光纖。光纖通信步入實用。入實用。2022-6-2757nCorningn康寧在財富2008年高盈利科技企業(yè)

30、排行榜上高居12，與其他上榜企業(yè)相比，他又是一家誕生于1851年的古老家族企業(yè)。2022-6-2758康寧公司康寧公司涉足領(lǐng)域：光學(xué)通信，信息顯示，環(huán)保產(chǎn)品等 n1879年，最先發(fā)明并制造出玻璃燈泡，使愛迪生的發(fā)明成為現(xiàn)實。 n1947年，最先發(fā)明并大規(guī)模制造出電視顯象管，使電視進(jìn)入千家萬戶。 n1970年，最先發(fā)明并制造出世界第一根（低損耗）光纖，使光纖通信得以廣泛應(yīng)用。2022-6-27591970年代工藝逐步成熟年代工藝逐步成熟n1970年，美國Corning，OVD，20dB/km，4dB/kmn1974年，美國AT&T，MCVD，性能更優(yōu)越n1976年，荷蘭Philips，PCVD，

31、性能相當(dāng)n1979年，整體水平：損耗1310nm=0.33dB/km,損耗1550nm=0.2dB/kmn今天的普通光纖，損耗1550nm=0.18dB/kmn“如果世界上的海水有這么清澈，一個人可以穿過太平洋的最深處，象看游泳池底一樣容易地看到海洋底?！?022-6-27601980年代光纖步入實用年代光纖步入實用n1978年AT&T, 英國郵政局和STL聯(lián)合開發(fā)越大西洋單模光纖光纜，最新采用1300nm處的窗口，計劃將在1988年建成 。同年底，貝爾實驗室放棄開發(fā)海底同軸電纜系統(tǒng)的計劃。 n1980年貝爾實驗室開始Bell公開宣布越大西洋光纜TAT-8采用單模光纖，工作波長在1300nm。

32、n1984年英國電信鋪設(shè)的海底光纖開始傳輸普通電話信號。 n1985年橫貫美國大陸的單模光纖以400Mbit/s的速度傳輸長途電話。 2022-6-2761n1988年大西洋海底光纜鋪設(shè)并開通年大西洋海底光纜鋪設(shè)并開通2022-6-276219871987年，英國南安普敦大學(xué)的年，英國南安普敦大學(xué)的PaynePayne等人發(fā)明等人發(fā)明EDFAEDFA，被視為光纖通信發(fā)展的另一個里程碑被視為光纖通信發(fā)展的另一個里程碑 n從技術(shù)史的角度來看，相當(dāng)于電子技術(shù)中晶體管的發(fā)明。最近十年來，光通信領(lǐng)域再沒有一項發(fā)明象EDFA那樣耀眼，但其實EDFA歷史至少可追溯到上世紀(jì)六十年代初美國光學(xué)公司斯尼澤（Eli

33、as Snitzer）所作的開創(chuàng)性工作，只是在1988年英國南安普頓大學(xué)佩恩（David Payne）教授在不知曉前輩工作的情況下“重新發(fā)明”的EDFA才引起了世人的注意 2022-6-2763DWDM之父厲鼎毅美國AT&T Bell實驗室光纖通信部主任。美國工程院院士。1996年6月當(dāng)選為中國工程院外籍院士。 2022-6-2764n可以說天賜良緣讓可以說天賜良緣讓EDFA和和WDM結(jié)合，寬帶才可能成為現(xiàn)結(jié)合，寬帶才可能成為現(xiàn)實。實。2022-6-27651995年年, AT&T安裝全球第一套采用安裝全球第一套采用EDFA, WDM的陸地商用系統(tǒng)。的陸地商用系統(tǒng)。1996年，年，AT&T和和

34、Alcatel首次鋪設(shè)采用首次鋪設(shè)采用EDFA的跨大西洋光纜，其中單通信速率為的跨大西洋光纜，其中單通信速率為5Gbit/s。從此以后，從此以后，WDM的應(yīng)用便在全世界范圍內(nèi)大的應(yīng)用便在全世界范圍內(nèi)大規(guī)模鋪開。同時，因特網(wǎng)瀏覽器的出現(xiàn)刺激其規(guī)模鋪開。同時，因特網(wǎng)瀏覽器的出現(xiàn)刺激其業(yè)務(wù)流量呈指數(shù)增長，而這業(yè)務(wù)流量呈指數(shù)增長，而這恰好是恰好是經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)增長增長的的保證。保證。 2022-6-2766對通信產(chǎn)業(yè)而言，全球范圍內(nèi)解除通信管制加劇了對通信產(chǎn)業(yè)而言，全球范圍內(nèi)解除通信管制加劇了在業(yè)務(wù)上和在硬件上的競爭。長途傳輸市場的成功在業(yè)務(wù)上和在硬件上的競爭。長途傳輸市場的成功加上相對廉價器件的出現(xiàn)，為光

35、技術(shù)的其它應(yīng)用開加上相對廉價器件的出現(xiàn)，為光技術(shù)的其它應(yīng)用開辟了更廣闊的市場，辟如有線電視（辟了更廣闊的市場，辟如有線電視（CATV）和本）和本地接入網(wǎng)市場。地接入網(wǎng)市場。到到1997年，專營電話公司在業(yè)界已不在處于主宰年，專營電話公司在業(yè)界已不在處于主宰地位，新公司已經(jīng)可以供應(yīng)器件和系統(tǒng)，而一些剛地位，新公司已經(jīng)可以供應(yīng)器件和系統(tǒng)，而一些剛成立的小公司則開始提供區(qū)域交換和因特網(wǎng)業(yè)務(wù)。成立的小公司則開始提供區(qū)域交換和因特網(wǎng)業(yè)務(wù)。2022-6-2767 DWDMDWDM及相關(guān)技術(shù)在及相關(guān)技術(shù)在9090年代中期開始走向成熟并進(jìn)年代中期開始走向成熟并進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用。入商業(yè)化應(yīng)用。 AT&TAT&T于

36、于19961996年年3 3月建立了世界上第一條月建立了世界上第一條8 8通道的通道的DWDMDWDM系統(tǒng)。系統(tǒng)。 AT&TAT&T、MCIMCI、WorldcomWorldcom、SprintSprint等公司在他們美等公司在他們美國境內(nèi)的國境內(nèi)的90%90%網(wǎng)絡(luò)上裝上了網(wǎng)絡(luò)上裝上了DWDMDWDM系統(tǒng)。系統(tǒng)。19971997年年-1998-1998年，全球年，全球DWDMDWDM市場從市場從1717億美元增億美元增加到加到2222億美元，年增長率為億美元，年增長率為3232。系統(tǒng)增加到。系統(tǒng)增加到40004000多條，增長率為多條，增長率為98%98%。至。至20042004年市場總額預(yù)年

37、市場總額預(yù)計為計為7474億美元。增長率為億美元。增長率為23%23%。2022-6-2768因特網(wǎng)瀏覽器促使數(shù)據(jù)流迅猛增長，讓人不難想到因特網(wǎng)瀏覽器促使數(shù)據(jù)流迅猛增長，讓人不難想到其營業(yè)收入空間巨大無比。其營業(yè)收入空間巨大無比。與此同時，與此同時，WDM技術(shù)進(jìn)步及其廣泛應(yīng)用有力地支技術(shù)進(jìn)步及其廣泛應(yīng)用有力地支持了因特網(wǎng)業(yè)務(wù)并激發(fā)了人們對因特網(wǎng)的狂熱。持了因特網(wǎng)業(yè)務(wù)并激發(fā)了人們對因特網(wǎng)的狂熱。因而企業(yè)家們在多家公司中投資幾十億美金來爭奪因而企業(yè)家們在多家公司中投資幾十億美金來爭奪同一塊餡兒餅，隨后他們終于明白迅速增長的網(wǎng)絡(luò)同一塊餡兒餅，隨后他們終于明白迅速增長的網(wǎng)絡(luò)容量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實際需求。容

38、量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實際需求。2022-6-27692000年來，由于網(wǎng)絡(luò)泡沫的破碎，光通信進(jìn)入年來，由于網(wǎng)絡(luò)泡沫的破碎，光通信進(jìn)入低潮。低潮。盡管如此，電信的內(nèi)在需求沒有改變；電信業(yè)盡管如此，電信的內(nèi)在需求沒有改變；電信業(yè)務(wù)放慢腳步但仍繼續(xù)增長；務(wù)放慢腳步但仍繼續(xù)增長；特別是過去若干年的巨大技術(shù)進(jìn)步仍然會對未特別是過去若干年的巨大技術(shù)進(jìn)步仍然會對未來的通信產(chǎn)生重要影響。來的通信產(chǎn)生重要影響。2022-6-2770發(fā)展到今天發(fā)展到今天：l單根光纖上的長距離傳輸速率可達(dá)12.8Tbit/s (Alcatel 2007)l單根光纖上可同時傳輸1046個波長 (NTT 2005)l長途骨干網(wǎng)基本上都采用光

39、纜, 截至2006年，我國長途光纖網(wǎng)總長約425.9萬公里萬公里2022-6-2771n除了光纖損耗的降低使得光纖通信步入實用，在其他方面：n1.2.3 模間色散與單模光纖技術(shù)n1.2.4 群速色散與動態(tài)單縱模激光器n從模式色散和色度色散方面進(jìn)一步提高了光纖通信的傳輸速率和傳輸距離2022-6-2772光脈沖信號中的不同頻譜成份在光纖中的傳輸速度不同，導(dǎo)致脈沖信號傳輸后展寬甚至離散。脈沖展寬脈沖展寬T2022-6-2773第一章 引論n1.1、電通信技術(shù)的發(fā)展n1.2 光通信的必要性及其技術(shù)基礎(chǔ)n1.3 光纖通信技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來n1.4、光纖制造技術(shù)和光纜n1.5、光纖基本特性n1.6、

40、半導(dǎo)體光電子器件n1.7、光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展2022-6-2774第一代：第一代：19661979 (從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期)激光器激光器(GaAlAs/GaAs)，波長波長0.85m，多模光纖，多模光纖，Si光電探測光電探測器。器。最大中繼距離最大中繼距離10km (當(dāng)時的同軸電纜系統(tǒng)中繼距離為當(dāng)時的同軸電纜系統(tǒng)中繼距離為1km)，比特率為比特率為10100Mb/s。多模色散和損耗是限制中繼距離的關(guān)。多模色散和損耗是限制中繼距離的關(guān)鍵。鍵。早期早期850nm光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)2022-6-2775第二代：上世紀(jì)第二代：上世紀(jì)80年代早期年代早期 (

41、減小了光纖色散減小了光纖色散)激光器激光器(InGaAsP/InP)，波長波長1.3m，單模光纖，單模光纖，Ge，InGaAs探測器，最大中繼距離探測器，最大中繼距離50km，比特率為，比特率為2.0Gb/s。光纖的損耗。光纖的損耗(0.5 dB/km)限制了中繼距離。限制了中繼距離。1.31m光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)2022-6-2776第三代：上世紀(jì)第三代：上世紀(jì)80年代后期初年代后期初90年代初年代初 (降低了光纖損耗降低了光纖損耗)激光器激光器(InGaAsP)波長波長1.55m，單模，單模(色散位移色散位移)光纖，比特率光纖，比特率為為2.510Gb/s，最大中繼距離，最大中繼距離1

42、00km。這個階段的缺點是采用。這個階段的缺點是采用電的方式中繼。電的方式中繼。1.55m光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)2022-6-2777第四代：上世紀(jì)第四代：上世紀(jì)90年代之后年代之后 (引入了引入了WDM和全光放大技術(shù)和全光放大技術(shù))激光器激光器(InGaAsP)波長波長1.55m，單模光纖，采用，單模光纖，采用波分復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用技術(shù)和和光放大技術(shù)光放大技術(shù)，單波長信道比特率為，單波長信道比特率為2.510Gb/s，傳輸距離，傳輸距離14000 km，并提出光通信智能化的概念，并提出光通信智能化的概念WDMWDM和全光放大技術(shù)和全光放大技術(shù)WDM技術(shù)出現(xiàn)2022-6-2778傳輸系統(tǒng)簡介傳

43、輸系統(tǒng)簡介E EM MU UX X電端機(jī)電端機(jī)再生再生中繼中繼再生再生中繼中繼E ED DM MU UX X電復(fù)用電復(fù)用 電解復(fù)用電解復(fù)用電端機(jī)電端機(jī)同軸電纜、微波同軸電纜、微波E ED DM MU UX XO/E/OO/E/O光光 纜纜E EM MU UX X光發(fā)送光發(fā)送再生再生中繼中繼再生再生中繼中繼電復(fù)用電復(fù)用 電解復(fù)用電解復(fù)用光接收光接收(1)(1)傳統(tǒng)的電傳輸系統(tǒng)傳統(tǒng)的電傳輸系統(tǒng)(2)(2)光電混合型光纖傳輸系統(tǒng)光電混合型光纖傳輸系統(tǒng)2022-6-27791310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRT

44、XTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1

45、310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTXWDM+EDFA WDM+EDFA 革新了光纖傳輸革新了光纖傳輸O OM MU UX XO OD DM MU UX XOAOAOAOAOAOA光發(fā)送光發(fā)送光發(fā)送光發(fā)送光發(fā)

46、送光發(fā)送，光接收光接收光接收光接收光接收光接收2022-6-2780n外調(diào)制技術(shù)與光時分復(fù)用2022-6-2781n直接調(diào)制2022-6-2782n外調(diào)制2022-6-2783超短脈超短脈沖光源沖光源時鐘源時鐘源MODMODMODMOD延時EDFA耦合器耦合器時分解復(fù)用器時鐘提取接收機(jī)接收機(jī) MODOTDM光纖傳輸系統(tǒng)2022-6-2784n光纖通信網(wǎng)2022-6-278519861986年年建立了國內(nèi)第一條光纜干線建立了國內(nèi)第一條光纜干線寧漢光纜寧漢光纜19991999年年建成建成8 8縱縱8 8橫光纖骨干網(wǎng)，覆蓋了除臺灣外所橫光纖骨干網(wǎng)，覆蓋了除臺灣外所有省會城市和有省會城市和7575地市

47、地市目前，我國長途骨干網(wǎng)經(jīng)中美、中日、中韓等海纜目前，我國長途骨干網(wǎng)經(jīng)中美、中日、中韓等海纜和歐亞大陸橋光纜與國際光纜網(wǎng)連接。和歐亞大陸橋光纜與國際光纜網(wǎng)連接。20052005年，我國光纜線路總長度超過年，我國光纜線路總長度超過250250萬萬1012公公里，居世界前列。里，居世界前列。全網(wǎng)全網(wǎng)SDHSDH系統(tǒng)超過系統(tǒng)超過3535萬臺，成為世界上萬臺，成為世界上SDHSDH第一大國。第一大國。我國光纖通信的發(fā)展我國光纖通信的發(fā)展2022-6-2786我國光纜骨干網(wǎng)分布圖FLAGFiber Optic Link around the Globe架空光纜架空光纜直埋光纜直埋光纜北京北京上海上海至歐

48、洲至歐洲至日本至日本FLAG至韓國至韓國至朝鮮至朝鮮至俄羅斯至俄羅斯至東南亞至東南亞截止到2006年,我國光纜總長度425.9萬公里!2022-6-2787n世界光纖產(chǎn)值從96年92億美元到2002年198億美元，每6年翻一番n現(xiàn)在世界上光纖生產(chǎn)速度為3200km/小時，即每天生產(chǎn)的光纖可繞地球兩周n1999年底累計的全世界光纖用量已經(jīng)達(dá)到3億公里。光纖通信的迅速發(fā)展光纖通信的迅速發(fā)展2022-6-2788n光通信發(fā)展趨勢圖光通信發(fā)展趨勢圖2022-6-2789快速發(fā)展背后的問題快速發(fā)展背后的問題 19971997年年20002000年年增長倍數(shù)增長倍數(shù)每根光纖傳送容量每根光纖傳送容量2020

49、（Gb/sGb/s）800800（Gb/sGb/s）4040倍倍每根光纜傳送容量每根光纜傳送容量400400（Gb/sGb/s）8000080000（Gb/sGb/s）200200倍倍每臺交換機(jī)容量每臺交換機(jī)容量5555（Gb/sGb/s）640640（Gb/sGb/s）1212倍倍每臺交換機(jī)交換光纖數(shù)每臺交換機(jī)交換光纖數(shù)2.752.75根根0.80.8根根每根光纜所用交換機(jī)每根光纜所用交換機(jī)7 7臺臺125125臺臺2022-6-2790光發(fā)射機(jī)連接器光纜光纜電視發(fā)送設(shè)備同軸網(wǎng)絡(luò)熔接點熔接點光接收機(jī)光纜光纜模擬光纖通信系統(tǒng)模擬光纖通信系統(tǒng)2022-6-2791光發(fā)射機(jī)連接器光纜光纜熔接點熔接

50、點光接收機(jī)光接收機(jī)脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制(PCM)光纜光纜判決解碼數(shù)字光纖通信系統(tǒng)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)2022-6-2792光纖結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu)n光纖是具有圓對稱結(jié)構(gòu)的截止波導(dǎo)纖維，通常光纖是具有圓對稱結(jié)構(gòu)的截止波導(dǎo)纖維，通常由芯子和包層兩部分構(gòu)成，芯子通過摻由芯子和包層兩部分構(gòu)成，芯子通過摻Ge而具而具有較高的折射率，在芯子和包層的界面上滿足有較高的折射率，在芯子和包層的界面上滿足全反射條件的光線被約束在光纖內(nèi)不斷向前傳全反射條件的光線被約束在光纖內(nèi)不斷向前傳輸。輸。2022-6-2793為什么低損耗光纖制作如此困難？n高琨指出高琨指出“現(xiàn)存纖維的高損耗理論上是由現(xiàn)存纖維的高損耗理論上是由玻璃中的

51、微小雜質(zhì)玻璃中的微小雜質(zhì)-主要是水和金屬主要是水和金屬-而不而不是玻璃本身固有的局限造成的。是玻璃本身固有的局限造成的?！眓要將雜質(zhì)降低到什么程度？要將雜質(zhì)降低到什么程度？n1ppm OH- ,將導(dǎo)致將導(dǎo)致40dB/km 損耗損耗n600ppb Cu 或或1ppm Fe，導(dǎo)致，導(dǎo)致120dB/km損耗損耗2022-6-2794第一章 引論n1.1、電通信技術(shù)的發(fā)展n1.2 光通信的必要性及其技術(shù)基礎(chǔ)n1.3 光纖通信技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來n1.4、光纖制造技術(shù)和光纜n1.5、光纖基本特性n1.6、半導(dǎo)體光電子器件n1.7、光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展2022-6-2795(2)光纜光纜(1)光纖制造光纖

52、制造技術(shù)技術(shù)1.41.4光纖制造技術(shù)和光纜光纖制造技術(shù)和光纜2022-6-2796n1.4.1 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù)2022-6-2797光纖的制作包括兩個基本過程n（1）首先制作光纖預(yù)制棒 （具有芯子和包層的大尺寸的實心石英棒）;n預(yù)制棒具有和光纖截面相同的折射率分布，物理結(jié)構(gòu)，材料結(jié)構(gòu)，和截面幾何形狀。n（2）由預(yù)制棒拉制成光纖 n光纖預(yù)制棒高溫下，拉制成所需尺寸的光纖2022-6-2798光纖預(yù)制棒2022-6-2799光纖的制作包括兩個基本過程原料原料預(yù)制棒預(yù)制棒光纖光纖2022-6-27100光纖制作的關(guān)鍵光纖制作的關(guān)鍵原料：原料：SiCl4, GeCl4, SF6, POCl3

53、, BBr3, O2, He, 提純提純：過渡金屬離子：過渡金屬離子，OH-，.要求要求達(dá)到達(dá)到ppb量級量級原料提純原料提純拉制光纖絲拉制光纖絲徑控制，溫徑控制，溫度控制度控制拉制光纖制作中對各制作中對各種參數(shù)的精種參數(shù)的精確控制確控制預(yù)制棒制作預(yù)制棒制作2022-6-27101n預(yù)制棒制備工藝：預(yù)制棒制備工藝：n非氣相工藝，非氣相工藝，n氣相工藝氣相工藝n非氣相工藝非氣相工藝：n雙坩堝法，溶膠凝膠法，管棒法，粉末機(jī)械成形法，.2022-6-27102n氣相沉積工藝氣相沉積工藝n管內(nèi)沉積管內(nèi)沉積nModified Chemical Vapor Deposition (MCVD)nPlasma

54、-activated Chemical Vapor Deposition (PCVD)n管外沉積管外沉積nOutside Vapor Deposition (OVD)nVapor Axial Deposition (VAD)2022-6-27103nMCVD是Modified Chemical Vapor Deposition的簡稱，譯稱改良的化學(xué)氣相沉積法。該預(yù)制棒生產(chǎn)方法是由美國AT&T Bell 實驗室和英國南安普敦大學(xué)于二十世紀(jì)七十年代初期首先提出的。由于它在制備不同種類的光纖上具有很強(qiáng)的靈活性，所以如今它已經(jīng)成為生產(chǎn)高品質(zhì)通訊光纖用預(yù)制棒的四大主要方法之一。2022-6-27104n

55、MCVD法是一種在高質(zhì)量（高純度、低水分、低雜質(zhì)）的石英管（我們稱之為基管）的內(nèi)壁沉積更高純度的二氧化硅(SiO2)，并摻以可改變折射率或玻璃體粘度的其它一些高純物質(zhì)，如二氧化鍺(GeO2)、五氧化二磷(P2O5)、氟氧化硅(SiO1.5F)等，形成不 同折射率的芯層和包層，以實現(xiàn)光信號在光纖芯中傳播時的全反射、低損耗、高容量等效果。 芯棒經(jīng)檢驗合格后，用于下一步效率較高的外沉積。達(dá)到合適的芯包比和必要的光學(xué)要求（如截止波長和模場直徑）后，再燒結(jié)成透明的預(yù)制棒。這樣的預(yù)制棒經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗?，就可以進(jìn)行拉絲了 2022-6-27105MCVD方法制作預(yù)制棒nMCVD工藝（1974年，美國AT&T

56、）利用氧氣鼓泡攜帶料瓶中揮發(fā)出的氯化物（SiCl4）蒸汽進(jìn)入石英管，在高溫加熱（氫氧焰）下氯化物和氧氣反應(yīng)生成氧化物SiO22022-6-27106O2O2+ SiCl4蒸汽載運(yùn)氣體鼓泡帶料示意圖2022-6-271072022-6-27108nMCVD車床2022-6-27109處于溫度場中的反應(yīng)產(chǎn)生的氧化物懸浮顆粒，受力的作用而向低溫區(qū)運(yùn)動，附著在石英管壁上。高溫下直接玻璃化為透明的石英玻璃。42222SiClOSiOCl42222GeClOGeOCl222224ClH OHClO2022-6-27110石英基管原 料 ： O2, SiCl4等部分未能附著的生成物成為尾煙流失附著于管內(nèi)壁的

57、生成物（SiO2等）氫氧焰噴燈石英管旋轉(zhuǎn)高溫反應(yīng)區(qū)，生成SiO2等2022-6-27111nMCVD 沉積工藝動畫演示n？2022-6-27112n摻雜和折射率關(guān)系摻雜和折射率關(guān)系2022-6-27113MCVD系統(tǒng)構(gòu)成MFCMFCMFCMFCMFCCl2CCl2F2流量控制系統(tǒng)He ArO2GeCl4SiCl4反應(yīng)物干燥氣體摻雜物預(yù)制棒車床燃?xì)饬髁靠刂芆2H2+石英玻璃管真空系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)溫度監(jiān)控速度監(jiān)控氣路和流量控制，車床移動以及溫度控制，尾氣處理氣路和流量控制，車床移動以及溫度控制，尾氣處理2022-6-27114nMCVD法光纖預(yù)制棒制作流程：法光纖預(yù)制棒制作流程：n清潔沉積用石英

58、套管清潔沉積用石英套管n安裝石英套管安裝石英套管n高溫拋光高溫拋光 16002000oCn沉積阻擋層沉積阻擋層 15001800oCn沉積芯層沉積芯層15001800oCn高溫縮棒高溫縮棒 19002000oCn預(yù)制棒測量預(yù)制棒測量2022-6-27115nMCVD法沉積結(jié)束后高溫下縮棒成為實心法沉積結(jié)束后高溫下縮棒成為實心預(yù)制棒預(yù)制棒2022-6-27116n縮棒動畫2022-6-27117nPCVD （ 1976年，荷蘭年，荷蘭Philips ）使用微波）使用微波在石英管內(nèi)產(chǎn)生高溫等離子，使得原料發(fā)在石英管內(nèi)產(chǎn)生高溫等離子，使得原料發(fā)生反應(yīng)。生反應(yīng)。2022-6-27118n動畫演示n？2

59、022-6-27119微波諧振腔等離子體至真空泵加熱爐摻雜物O2SiCl4圖 1.5.1 PCVD工藝示意圖2022-6-27120n由于氣體電離不受石英管熱容量限由于氣體電離不受石英管熱容量限制，微波加熱腔可以沿石英管做高制，微波加熱腔可以沿石英管做高速往復(fù)運(yùn)動，速往復(fù)運(yùn)動，PCVD 法效率高法效率高 ，速度快，每層厚度?。梢跃_控速度快，每層厚度?。梢跃_控制折射率剖面，在制作漸變折射率制折射率剖面，在制作漸變折射率光纖方面優(yōu)勢明顯）光纖方面優(yōu)勢明顯）2022-6-27121管內(nèi)沉積制作預(yù)制棒過程石英基管石英基管沉積阻擋層沉積阻擋層縮棒縮棒沉積芯子沉積芯子2022-6-27122nMC

60、VDMCVD法和法和PCVDPCVD法屬于法屬于管內(nèi)沉積方法管內(nèi)沉積方法，反應(yīng)，反應(yīng)原理為高溫氧化反應(yīng)，它們之間的主要差原理為高溫氧化反應(yīng)，它們之間的主要差別在于為高溫氧化反應(yīng)提供的熱源不同，別在于為高溫氧化反應(yīng)提供的熱源不同，前者以氫氧焰為熱源，而后者則以微波諧前者以氫氧焰為熱源，而后者則以微波諧振腔產(chǎn)生微波能進(jìn)行等離子反應(yīng)。振腔產(chǎn)生微波能進(jìn)行等離子反應(yīng)。nPCVDPCVD縮棒時需要更換熱源縮棒時需要更換熱源n管內(nèi)加熱縮棒折射率中心下陷管內(nèi)加熱縮棒折射率中心下陷2022-6-27123n優(yōu)點：該工藝方法的能夠較為精細(xì)地控制優(yōu)點：該工藝方法的能夠較為精細(xì)地控制光纖的折射率拋面，工作環(huán)境及工藝要