光纤材料
光纤材料及制造
4BCl3 O2 1700C3B2O3 6Cl2
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5
光纤制备方法 光纤制备步骤(气相技术)
1
2
3ห้องสมุดไป่ตู้
4
材料选择——预制棒制造--——拉丝—涂覆 ——套塑
预制棒制造方法约 10种
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6
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一、原料制备与提纯 MCVD法是目前使用最广泛的预制棒生产工艺。
二、制棒的制备过程
制造预制棒的次序是；首先在石 英管内壁上沉积包层；其次在包 层内沉积纤芯；最后则是“烧缩 成预制棒”。
1400～1600℃的高温氢氧火焰加热
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管内MCVD法预制棒制备
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气相沉积工艺 ——MCVD法
红外 可见光 光纤
10 10 10 10 10 10 10 10 10- 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
765432101
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自由空间波长（m）
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五. 套塑 紧套光纤的套塑工艺示意图
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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
电力、电话
传 输 介 质
无线电、电视
微波
AM无线电 FM无线电 卫星/微波 同轴电缆 双铰线
POCl3和F等。 纤芯材料： SiO2或SiO2 + GeO2 包层材料： SiO2 + B2O3或SiO2 +F。
光纤的分类
光纤的分类（按光纤的组成材料分）按光纤的组成材料可分为：石英玻璃光纤（主要材料为SiO2）、复合光纤（主要材料为SiO2、Na2O和CaO等氧化物）、硅酸盐光纤、氟化物光纤、塑包光纤、全塑光纤、液芯光纤、测光光纤、尾光光纤、工业光纤等。
光通信中主要用石英光纤，以后所说的光纤也主要是指石英光纤。
1、石英玻璃光纤石英玻璃光纤是一种以高折射率的纯石英玻璃（SiO2）材料为芯，以低折射率的有机或无机材料为包皮的光学纤维。
由于石英玻璃光纤传输波长范围宽（从近紫外到近红外，波长从0.38～2.0μm），所以石英玻璃光纤适用于紫外到红外各波长信号及能量的传输。
另外，石英玻璃光纤数值孔径大、光纤芯径大、机械强度高、弯曲性能好和很容易与光源耦合等优点，故在传感、光谱分析、过程控制及激光传输、激光医疗、测量技术、刑侦，信息传输和照明等领域的应用极为广泛。
尤其是在工业和医学等领域的激光传输中得到了广泛的应用，这是其他种类的光纤无法比拟的。
2、复合光纤复合光纤（Compound Fiber）是在SiO2原料中再适当混合诸如氧化钠（Na2O）、氧化硼（B2O2）、氧化钾（K2O2）等氧化物的多成分玻璃作成的光纤。
其特点是多成分玻璃比石英的软化点低且纤芯与包层的折射率差很大。
主要用在医疗业务的光纤内窥镜。
3、氟化物光纤氟化物光纤（Fluoride Fiber）是由氟化物玻璃作成的光纤。
这种光纤原料又简称ZBLAN（即将氟化铝（ZrF4）、氰化钡（BaF2）、氟化镧（LaF3）、氟化铝（A1F2）、氰化钠（NaF）等氯化物玻璃原料简化成的缩语）。
它主要工作在2～10pm波长的光传输业务。
由于ZBLAN具有超低损耗光纤的可能性，正在进行着用于长距离通信光纤的可行性开发，如其理论上的最低损耗在3pm波长时可达3～10dB/km，而石英光纤在1.55pm时却在0.15～0.16dB/km之间。
4、塑包光纤塑包光纤（Plastic Clad Fiber）是用高纯度的石英玻璃制作成纤芯，而将折射率比石英稍低的如硅胶等塑料作为包层的阶跃型光纤。
光缆是什么材料
光缆是什么材料光缆是一种用于传输光信号的通信线路，它由一根或多根玻璃纤维或塑料光纤组成，外部包裹有保护层。
光缆的主要作用是传输光信号，它在现代通信领域中扮演着非常重要的角色。
那么，光缆到底是什么材料制成的呢？接下来，我们将深入探讨光缆的材料及其特性。
光缆的主要材料是光纤，光纤是由高纯度的二氧化硅和掺杂物组成的。
其中，二氧化硅是光纤的主要构成材料，它具有优异的光学特性和机械性能。
在制造光纤时，首先需要将高纯度的二氧化硅石英精矿经过熔融，然后通过拉丝成型，最终形成纤维状的光纤。
除了二氧化硅，光纤中还会掺入少量的掺杂物，如铌、铝、磷等，以改变光纤的折射率、增加光纤的抗拉强度和增强光纤的特性。
在光缆的制造过程中，光纤通常会被包裹在一层外部保护层中，以保护光纤不受外界环境的影响。
这种外部保护层通常由聚合物材料制成，如聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）等。
这些聚合物材料具有良好的耐磨、耐腐蚀和绝缘性能，能够有效地保护光纤不受外界机械损伤和化学腐蚀。
光缆作为一种通信线路，其材料具有许多独特的特性。
首先，光纤具有极高的抗拉强度和耐磨性，能够在复杂的环境条件下保持稳定的光传输性能。
其次，光纤具有极佳的光学特性，能够实现高速、大容量的光信号传输。
此外，光纤还具有较低的传输损耗和抗电磁干扰能力，能够保证光信号的高质量传输。
总的来说，光缆是由高纯度的二氧化硅和掺杂物制成的光纤和聚合物材料组成的外部保护层构成的。
这些材料具有优异的光学特性、机械性能和环境适应能力，能够保证光缆在通信领域中稳定、高效地传输光信号。
随着通信技术的不断发展，光缆将会继续发挥重要作用，成为未来通信网络的重要基础设施。
光纤材料种类
光纤材料种类光纤作为现代通信领域的重要组成部分，其材料也有多种选择。
本文将介绍几种常见的光纤材料种类。
1. 硅氧化物光纤硅氧化物光纤是最常见的光纤类型。
它由高纯度二氧化硅（SiO2）制成。
硅氧化物光纤可以分为单模光纤和多模光纤两种类型。
单模光纤主要用于长距离通信，多模光纤则用于短距离通信和光纤传感。
2. 光子晶体光纤光子晶体光纤是一种新型的光纤材料。
它利用光子晶体的特性，将有序的微小结构集成在光纤中。
这种结构可以控制光的传输和波长选择性。
光子晶体光纤具有低损耗、高品质因子和高带宽等优点，因此在高速通信和传感领域具有广泛应用前景。
3. 氟化物光纤氟化物光纤主要由氟化硼（BF3）和氟化铝（AlF3）等化合物制成。
它具有较高的折射率和较低的色散，因此可以实现高速、高带宽的光通信。
另外，氟化物光纤还被用于激光器、光学传感器和高温环境下的光学测量等领域。
4. 金属光纤金属光纤是一种用金属材料代替二氧化硅制成的光纤。
它可以传输可见光和红外光，具有较高的耐腐蚀性和高温性能。
金属光纤被广泛用于激光器、光学传感器和医疗设备等领域。
5. 光纤光栅光纤光栅是一种特殊的光纤材料，它是通过在光纤中形成周期性的折射率变化结构制成的。
光纤光栅可以实现光的反射、耦合和滤波等功能，因此被广泛应用于光纤通信、光学传感器和光谱分析等领域。
总结本文介绍了常见的几种光纤材料种类，包括硅氧化物光纤、光子晶体光纤、氟化物光纤、金属光纤和光纤光栅。
这些光纤材料各具特点，在不同的应用领域有着重要的作用。
光纤技术的不断发展和创新，将推动通信和传感领域的快速发展。
光纤导光原理和光纤材料
光纤导光原理和光纤材料光纤是一种能够将光信号进行传输的光学材料，它由一个或者多个折射率较高的纤芯包围一个折射率较低的包层构成。
光纤导光原理是指光线在光纤中的传播方式和原理。
在光纤中，光信号通过不断的反射，遵循折射率不同的原理，使得信号能够在纤芯中一直传输下去。
光纤材料则是指用于制造光纤的材料，其中最常用的材料是二氧化硅和聚合物。
光纤导光原理可以通过几何光学和电磁光学来解释。
几何光学认为光线在光纤中是沿着直线传播的，而反射是由于入射光线角度超过了临界角而发生的，也就是光线在从一个介质中经过一个界面进入另一个介质时，入射角大于一个特定的角度时，就会发生反射。
而电磁光学从波动的角度来解释光线在光纤中的传播，认为光纤中存在着多个传播模式，每个模式对应着不同的传播角度和频率。
通过折射率的不同，可以根据光线的入射角来选择不同的传播模式。
对于光纤材料来说，要求具有较高的透明度、低的损耗和足够的强度。
其中最常用的材料是二氧化硅，它具有优异的物理和化学性质，能够提供较低的损耗、高的透明度和较好的热稳定性。
二氧化硅光纤又分为单模光纤和多模光纤，单模光纤是指只能传输一个模式的光信号，通常用于远距离传输和高速通信。
而多模光纤则可以传输多个模式的光信号，通常用于短距离传输。
除了二氧化硅，聚合物也是一种常用的光纤材料。
聚合物光纤具有低损耗、较高的透明度和可塑性，可以根据需要制造不同尺寸和形状的光纤。
与二氧化硅光纤相比，聚合物光纤通常用于短距离传输和低速通信。
除了二氧化硅和聚合物，还有其他材料如石英、玻璃等也可以用于制造光纤。
这些材料具有不同的特性和用途，可以根据具体的需求选择相应的材料。
光纤导光原理和光纤材料的研究和应用在现代通信和光学技术中起到了重要的作用。
通过研究光纤导光原理，可以优化光纤的设计和制造，提高光纤的传输效率和稳定性。
同时，不断研究新的光纤材料和技术，可以拓展光纤的应用领域，如医学、测量、传感和光学仪器等。
光纤导光原理和光纤材料
光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。光纤实际是指由透明材料做成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层，并将射入纤芯的光纤的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。光纤主要有两个特性：损耗和色散。光纤通信具有传输频带宽，容量大，传输距离远，质量高，保密性好等优点。光纤的优良特性，使之在光纤通信、传感、传像、传光照明与能量信号传输等多方面领域被广泛而大量应用，尤其在信息技术领域具有广阔的应用前景。
(2)、塑料光纤
成本低、材料损耗大、 温度性能差。
(3)、晶体光纤
纤芯为单晶，可用于制作 有源和无源光纤器件。
(1)、石英光纤
容易连接：POF不用抛光液能达到很好的连接效果，也不用为了连接而采用专用的设备；
快速安装：POF能够很容易地通过狭小的穿线管；
低廉成本：由于具备以上两个优点，所以采用POF做传输介质的网络接入系统，其造价要比石英光纤接入系统低；
第二传输窗口
第一传输窗口
1300
1550
850
紫外吸收
红外吸收
瑞利散射
0.2
2.5
损 耗 (dB/km)
波 长 (nm)
OH离子吸收峰
第三传输窗口
在1.55m处最小损耗约为0.2dB/km
损耗主要机理：材料吸收、瑞利散射和辐射损耗
（2）光纤的弯曲辐射损耗
光纤实际应用中不可避免的要产生弯曲，这就伴随着产生光的弯曲辐射损耗。
01
麦克斯韦方程的一个解即对应一个模式，对应着电磁场在光纤中的一种分布形式。
01
模式：物理上理解就是一种基本场分布,数学上就是一个基本解。
光纤常用的材料有
• 在多模光纤中，芯的直径是15μm~50μm， 大致与 人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为 8μm~10μm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻 璃封套， 以使光线保持在芯内。再外面的是一层薄 的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束， 外面有外壳保护。 纤芯通常是由石英玻璃制成的横 截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因 此需要外加一保护层。 • 光纤实际是指由透明材料做成的纤芯和在它周围采 用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层，并将射 入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤 芯中传播前进的媒体。
4芯室外22元
飞灵6芯单模室外光纤7元
国兴6芯单模室内光纤4元
国兴室外架空六芯单模光纤2.8元
立孚4芯室外单模光纤2元
Hale Waihona Puke
光纤的原理及光纤材料
光纤的原理及光纤材料光纤是一种用于传输光信号的细长柔韧的线状材料，它由一个或多个用于光传输的纤维组成。
光纤的原理及其制作材料是光通信领域的基础知识，本文将分别介绍光纤的原理以及常见的光纤材料。
光纤中光信号的传输一般分为两类：多模光纤和单模光纤。
多模光纤是一种内核直径较大的光纤，光信号在内核中可以沿多个路径传输，因此一段多模光纤上的光信号会产生传播时间的差异。
多模光纤适用于较短距离的通信，如局域网等。
单模光纤是一种核心直径较小的光纤，光信号只能在核心中传输一条路径。
由于光信号传输的路径只有一条，所以单模光纤不会产生多模光纤中的传播时间差异。
单模光纤适用于长距离通信，如光通信中的主干网。
光纤材料主要包括核心材料和包层材料两部分。
核心材料：核心材料是光纤中光信号传输的载体，它决定了光纤的传输性能。
常见的光纤核心材料有：1.硅二氧化物（SiO2）：硅二氧化物是最常用的光纤核心材料，它具有低损耗、高折射率、宽光波导带宽等优点。
2.硫化物玻璃：硫化物玻璃与硅二氧化物相比具有更高的折射率和更大的波导带宽，但是容易受到潮湿气氛的影响。
3.氟化物玻璃：氟化物玻璃是一种透明的非晶态物质，具有超低折射率和低损耗等特点，适用于红外光通信。
包层材料：包层材料用于包裹核心材料，起到保护和引导光信号的作用。
包层的折射率比核心低，这样可以实现光信号的全反射。
常见的包层材料有：1.硅二氧化物：硅二氧化物是最常用的包层材料，它具有与核心材料相似的性质。
2.氟化物：氟化物的包层材料具有与核心材料相似的性质，但硬度较低，易受到机械损伤。
除了核心材料和包层材料外，光纤中还常常添加其他材料来改变光纤的性能，例如：1.补偿材料：用于减少光纤的色散和非线性效应。
2.强化材料：用于提高光纤的机械强度和耐压能力。
3.放大材料：用于增强光纤中信号强度。
因此，光纤的原理及其材料决定了光纤的传输性能和应用范围。
在光通信和光传感等领域，光纤是一种重要的信息传输材料，也在数据传输、医疗设备等领域中得到广泛应用。
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光纤材料
1.光纤的概念及原理
光导纤维是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具’。
光导纤维由两层折射率不同的玻璃组成。
内层为光内芯，直径在几微米至几十微米，外层的直径0.1～0.2mm。
一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大1%。
根据光的折射和全反射原理,
当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，全部反射。
微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。
通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。
在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。
2.光纤与光缆的区别
通常光纤与光缆两个名词会被混淆。
多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。
光纤外层的
等。
光缆分为：缆皮、芳纶丝、缓冲层和光纤。
光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。
中心是光传播的玻璃芯。
3光纤的传输特点
由于光纤是一种传输媒介,它可以像一般铜缆线,传送电话通
话或电脑数据等资料,所不同的是,光纤传送的是光信号而非电信
号，光纤传输具有同轴电缆无法比拟的优点而成为远距离信息传输的首选设备。
因此，光纤具有很多独特的优点。
（1）传输损耗低，（2）传输频带宽，（3）抗干扰性强，（4）安全性能高，（5）重量轻，机械性能好，（6）光纤传输寿命长。
4.光纤分类
（1）石英光纤
石英光纤是以二氧化硅为主要原料，并按不同的掺杂量，来控制纤芯和包层的折射率分布的光纤。
石英（玻璃）系列光纤，具有低耗、宽带的特点，已广泛应用于有线电视和通信系统。
石英玻璃光导纤维的优点是损耗低。
（2）掺氟光纤
掺氟光纤为石英光纤的典型产品之一。
通常，作为1.3μm波域的通信用光纤中，控制纤芯的掺杂物为二氧化锗，包层是用SiO2作成的。
但掺氟光纤的纤芯，大多使用SiO2，而在包层中却是掺入氟素的。
由于，瑞利散射损耗是因折射率的变动而引起的光散射现象。
所以，希望形成折射率变动因素的掺杂物，以少为佳。
氟素的作用主要是可以降低SIO2的折射率。
因而，常用于包层的掺杂。
石英光纤与其它原料的光纤相比，还具有从紫外线光到近红外线光的透光广谱，除通信用途之外，还可用于导光和图像传导等领域。
（3）红外光纤
作为光通信领域所开发的石英系列光纤的工作波长，尽管用在较短的传输距离，也只能用于2μm。
为此，能在更长的红外波长领域工作，所开发的光纤称为红外光纤。
红外光纤主要用于光能传送。
例如有：温度计量、热图像传输、激光手术刀医疗、热能加工等等，普及率尚低。
（4）复合光纤
复合光纤是在SiO2原料中，再适当混合诸如氧化钠、氧化硼、氧化钾等氧化物制作成多组分玻璃光纤，特点是多组分玻璃比石英玻璃的软化点低且纤芯与包层的折射率差很大。
主要用在医疗业务的光纤内窥镜。
（5）塑包光纤
塑包光纤是将高纯度的石英玻璃作成纤芯，而将折射率比石英稍低的如硅胶等塑料作为包层的阶跃型光纤。
它与石英光纤相比较，具有纤芯粗、数值孔径高的特点。
因此，易与发光二极管LED光源结合，损耗也较小。
所以，非常适用于局域网和近距离通信。
（6）塑料光纤
这是将纤芯和包层都用塑料（聚合物）作成的光纤。
早期产品主要用于装饰和导光照明及近距离光键路的光通信中。
原料主要是有机玻璃、聚苯乙稀和聚碳酸酯。
损耗受到塑料固有的C－H结合结构制约，一般每km可达几十dB。
为了降低损耗正在开发应用氟索系列塑料。
由于塑料光纤的纤芯直径为1000μm，比
单模石英光纤大100倍，接续简单，而且易于弯曲施工容易。
近年来，加上宽带化的进度，作为渐变型折射率的多模塑料光纤的发展受到了社会的重视。
最近，在汽车内部LAN中应用较快，未来在家庭LAN中也可能得到应用。
（7）单模光纤
单模光纤这是指在工作波长中，只能传输一个传播模式的光纤，通常简称为单模光纤。
目前，在有线电视和光通信中，是应用最广泛的光纤。
由于，光纤的纤芯很细（约10μm）而且折射率呈阶跃状分布，当归一化频率V参数<2.4时，理论上，只能形成单模传输。
另外，SMF没有多模色散，不仅传输频带较多模光纤更宽，再加上SMF的材料色散和结构色散的相加抵消，其合成特性恰好形成零色散的特性，使传输频带更加拓宽。
SMF中，因掺杂物不同与制造方式的差别有许多类型。
凹陷型包层光纤，其包层形成两重结构，邻近纤芯的包层，较外倒包层的折射率还低。
（8）多模光纤
多模光纤将光纤按工作波长以其传播可能的模式为多个模式的光纤称作多模光纤。
纤芯直径为50μm，由于传输模式可达几百个，与SMF相比传输带宽主要受模式色散支配。
在历史上曾用于有线电视和通信系统的短距离传输。
自从出现SMF光纤后，似乎形成历史产品。
但实际上，由于MMF较SMF的芯径大且与LED等光源结合容易，在众多LAN中更有优势。
所以，在短距离
通信领域中MMF仍在重新受到重视。
MMF按折射率分布进行分类时，有渐变（GI）型和阶跃（SI）型两种。
GI型的折射率以纤芯中心为最高，沿向包层徐徐降低。
由于SI型光波在光纤中的反射前进过程中，产生各个光路径的时差，致使射出光波失真，色激较大。
其结果是传输带宽变窄，目前SI型MMF应用较少。
5.国内发展
光纤作为宽带接入一种主流的方式，有着通信容量大、中继距离长、保密性能好、适应能力强、体积小重量轻、原材料来源广价格低廉等的优点，未来在宽带互联网接入的应用可预料会非常广泛。
根据市场研究与预测公司IDC预计2012年中国光纤接入用户数将超过2660万户，未来5年保持56.4%的年复合增长率，而且中国已成为全球最大的光网络设备市场之一。
截至2011年底，中国光纤接入端口数已超过1亿个，同比增长超过100%；中国光纤接入用户数已达1556万户，同比增长超过370%。
比起中国1.58亿的宽带用户数，光纤接入用户数还将会有非常广阔的上升空间。
根据我国光纤宽带发展计划，到2015年全国互联网出口带宽达到5T，城市家庭带宽接入能力基本达到20M以上，农村家庭带宽能力基本达到4M以上；家庭光纤接入覆盖超过500万户；无线局域网的公共运营热点规模将超过15万个；届时将实现全市公益性机构光纤到达率100%，实现全部科技园区、工业园区、商务楼宇、宾馆酒店等商务类场所的光纤到楼、到办公室。
这些数据都表明，中国的宽带市场蕴藏着巨大的潜力，必将
是未来宽带运营商对抗的主战场之一。
而光纤宽带的普及也是大势所趋。
所以未来宽带市场的斗争很大程度上是光纤宽带的斗争。
6.总结
科技在不断的进步，科学家会研究出最适合人类发展应用的
产物，来促进人类的不断发展，光纤的路还有很长，需要科学家的不断探索。