光導(dǎo)纖維的種類及其應(yīng)用ppt課件.ppt

1、光導(dǎo)纖維的種類及其應(yīng)用,1,PPT制作：駱?gòu)I 論文撰寫：陳寶儀,光導(dǎo)纖維是指光以波導(dǎo)方式在其中傳輸?shù)墓鈱W(xué)介質(zhì)材料,定義,2,提綱,3,一、光導(dǎo)纖維的發(fā)現(xiàn)及原理,1、發(fā)現(xiàn) 1870年，英國著名的物理學(xué)家丁鐸爾在暗室里做試驗(yàn)，一股水流從容器的側(cè)壁孔中向外流出。當(dāng)人們從側(cè)壁給水照明時(shí)，驚奇地發(fā)現(xiàn)，本來直線傳播的光，現(xiàn)在竟沿著這股彎曲的水流在耀動(dòng)，變得彎曲了。,4,2、原理 光能夠在玻璃纖維或塑料纖維中傳遞是利用光在折射率不同的兩種物質(zhì)的交界面處產(chǎn)生“全反射”作用的原理。 3、結(jié)構(gòu) 光纖主要由芯線和包層兩部分組成。內(nèi)芯具有高折射率，包層是低折射率，最外面為塑料護(hù)套。這樣光在芯線與包層的界面上作多次全反

2、射而曲折前進(jìn)，不會透過界面。,5,二、光導(dǎo)纖維的種類,1、按材質(zhì)組成：玻璃光纖、塑料光纖、晶體及液芯等特種光纖等 2、按工作波長：紫外、可見、近紅外及紅外光導(dǎo)纖維。 3、按折射率：階躍型、近階躍型、漸變及其他光導(dǎo)纖維。 4、按傳輸模式：單模光纖、多模光纖。 5、按應(yīng)用：通信光纖、傳感光纖、傳光光纖、激光光纖、紅外光纖等。,6,（一）玻璃光纖,主要應(yīng)用于較長距離的光通信領(lǐng)域，取代同軸電纜和微波通信，它又可分為石英光纖、氟化玻璃光纖和硫化玻璃光纖等。,石英光纖,氟化物保編光纖,7,玻璃光纖之,1、硫化玻璃光纖 硫化物玻璃光纖具有較寬的紅外透明區(qū)域(1.2-12m)，有利于多信道的復(fù)用。 硫化物玻璃

3、有較低的結(jié)晶趨勢和高機(jī)械化學(xué)穩(wěn)定性，適 合作有源和無源光纖器件。,硫化玻璃光纖,8,硫化物玻璃光纖具 有很大的非線性系 數(shù)，用它制作的非 線性器件，可以有 效地提高光開關(guān)的 速率，開關(guān)速率可 以達(dá)到數(shù)百Gb/s以 上. 哈哈，你不知道吧,玻璃光纖之,2、重金屬氧化物玻璃光纖 重金屬氧化物玻璃光纖是以GeO2、La2O3、TeO3和GO- AL2O3等玻璃為基礎(chǔ)的光纖。 重金屬氧化物玻璃光纖聲子具有聲子能量小、紅外透過范圍廣、稀土摻雜濃度高、非線性折射率高等優(yōu)點(diǎn)，在光纖放大器、非線性光纖等方面得到了 廣泛研究與應(yīng)用。,增益可調(diào)摻鉺光纖放大器,微型摻鉺光纖放大器,9,（二）塑料光纖（POF）,塑料

4、光纖(Polymer Optical Fiber，簡寫POF)是由高折射率的聚合物材料為纖芯和低折射率的聚合物材料為包層所構(gòu)成的光纖。,10,塑料光纖之,1、低損耗塑料光纖 由于聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA)中的損耗主要取決于分子振動(dòng)吸收和瑞利散射，其損耗不能顯著降低。 用氘取代CH中的H是降低損耗的重要途徑，氘化的主要作用是降低分子振動(dòng)吸收，氘代度越高，損耗水平越低。 由于氘化單體的聚合速率較緩慢，聚合物的內(nèi)應(yīng)力小，所以氘化也能降低瑞利散射。,低損耗PMMA塑料光纖,11,塑料光纖之,2、耐熱塑料光纖 普通的塑料光纖耐熱性不高，一般在80以下，而 無機(jī)光纖至少可在100以上的溫度下使用。,1

5、2,塑料光纖之,3、耐濕塑料光纖 塑料光纖容易吸潮，而水能增強(qiáng)芯材聚合物CH的振動(dòng)吸收，使光纖的損耗增大。 將脂肪環(huán)、苯環(huán)和長鏈烷基引入芯材聚合物中，能提高塑料光纖的耐濕性。另外，改善包層或增加包層數(shù)也可以改善塑料光纖的耐濕性。,13,塑料光纖之,4、熒光塑料光纖 熒光塑料光纖是在芯材中摻入一定量的熒光劑，其入射斷面輸入特定波長的光，這種光為熒光劑所吸收，然后發(fā)出另一特定波長的光，由塑料光纖出射端面輸出。 熒光塑料光纖可制成特殊的光纖傳感器，也可制作成功率放大器。,14,塑料光纖之,5、非線性塑料光纖 制作：采用偶極性有機(jī)材料同芯材混合，用垂直機(jī)頭牽引擠出成型，并在靠近模頭處設(shè)置高強(qiáng)直流電場，

6、這樣處于黏流態(tài)聚合物中的偶極性有機(jī)物獲取電場取向，隨著黏流態(tài)聚合物的冷卻成型，非線性有機(jī)材料偶極取向固定，從而獲得非線性塑料光纖。 應(yīng)用：這種非線性塑料光纖可制作成電光及非線性光學(xué)器件，是一種新型的塑料光纖。,15,（三）特種光纖,1、偏振保持單模光纖 偏振保持光纖，指能使輸入該光纖的線偏振光獨(dú)立、穩(wěn)定地在光纖中傳輸?shù)囊环N單模光纖。,單偏振態(tài)空氣包層光子晶體光纖,偏振切換器,16,特種光纖之,2、大芯徑大數(shù)值孔徑光纖 芯徑和數(shù)值孔徑大于標(biāo)稱值，即芯徑大于625微米、數(shù)值孔徑大于023微米的光纖。 特點(diǎn)：損耗大、帶寬低。,光纖內(nèi)窺鏡,槍用光纖傳像瞄準(zhǔn)鏡,17,特種光纖之-,3、液芯光纖 采用液體

7、材料作為芯、聚合物材料作為光學(xué)包層和保護(hù)層的光纖。 特點(diǎn)：大芯徑、大數(shù)值孔徑、光譜傳輸范圍廣、光譜傳輸效率高、使用壽命長等。,液體光導(dǎo)管,18,特種光纖之-,4、光子晶體光纖,光子晶體光纖(Photonic Crystal Fibers , PCF)又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖（Micro-Structured Fibers, MSF)。 它的橫截面上有較復(fù)雜的折射率分布，通常含有不同排列形式的氣孔，這些氣孔的尺度與光波波長大致在同一量級且貫穿器件的整個(gè)長度，光波可以被限制在低折射率的光纖芯區(qū)傳播。,19,三、光導(dǎo)纖維的應(yīng)用,傳輸衰減小,距離長; 傳輸頻帶寬,通信容量大; 特點(diǎn) 抗電磁干擾,傳輸質(zhì)量好;

8、 體積小,重量輕,便于施工; 原材料豐富,節(jié)約有色金屬,環(huán)保;,20,用于局域網(wǎng)，城域網(wǎng)的光纖線路,1、通信領(lǐng)域,通信系統(tǒng),21,制備長距離的光纖線路,光導(dǎo)纖維應(yīng)用之-,2、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 光導(dǎo)纖維可以用于食道直腸膀胱子宮胃等深部探查內(nèi)窺鏡（胃鏡血管鏡等）的光學(xué)組件和不必切開皮肉直接插入身體內(nèi)部，切除癌瘤組織的外科手術(shù)激光刀，即由光導(dǎo)纖維將激光傳遞至手術(shù)部位。,光纖內(nèi)窺鏡,22,光導(dǎo)纖維的應(yīng)用之-,3、照明和光能傳送領(lǐng)域 利用光導(dǎo)纖維進(jìn)短距離可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)光源多點(diǎn)照明，光纜照明。還可用于易燃易爆潮濕和腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境中不宜架設(shè)輸電線及電氣照明的地方作為安全光源。,23,光導(dǎo)纖維的應(yīng)用之-,4、國防軍事領(lǐng)域 可以用光導(dǎo)纖維來制成纖維光學(xué)潛望鏡，裝備在潛艇、坦克和飛機(jī)上，用于偵察復(fù)雜地形或深層屏蔽的敵情。,24,光導(dǎo)纖維的應(yīng)用之-,5、工業(yè)領(lǐng)域 可傳輸激光進(jìn)行機(jī)械加工； 制成各種傳感器用于測量壓力、溫度、流量、位移、光澤、顏色、產(chǎn)品缺陷等； 也可用于工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、機(jī)器內(nèi)及機(jī)器間的信號傳送、光電開關(guān)、光敏組件等。,飛秒光纖激光器,光纖光柵壓力傳感器,25,光導(dǎo)纖維的應(yīng)