光导纤维演讲PPT
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浅谈光导纤维课件
2、光子晶体光纤
1991 年，Russell 根据光子晶体传光原理又提出 了光子晶体光纤的概念。最近，人们又利用石英玻 璃管和石英玻璃棒研究出了光子晶体光纤。光子晶 体光纤（PCF）是一种由单一介质（通常为石英玻 璃，也可以为塑料）构成、并且在二维方向上呈现 周期性紧密排列（周期性六角形）、而在三维空间 （光纤轴向）基本保持不变的波长量级空气孔构成 的微结构包层的新型光纤。与常规光纤不同，PCF 是由石英玻璃—空气孔微小结构组成的光纤，其又 可以分为实芯光纤和空芯光纤，即前者是由石英玻 璃棒和石英玻璃毛细管加热拉制成的，而后者则是 由石英玻璃管和石英玻璃毛细管加热拉制成的。正 是通过前按照设计出的PCF 的基本结构: 按照预先 设计的形状（六角形）将石英玻璃毛细管紧密地排 列在作为纤芯的石英玻璃棒或一圈石英玻璃毛细管 的周围，即集束成棒，再通过加热拉制就可以制成 所需要的性能的PCF。表征PCF 性能的3 个特征参 数是纤芯直径、包层空气孔直径、包层空气孔之间 距离。在PCF的拉制过程中，改变拉制温度和速度 就可以调整PCF的结构和性能，使得PCF作为光传 输介质和光器件具有许多诱人之处。随着PCF的导 光理论、制造工艺和应用技术的成熟，PCF有望成 为下一代光纤维通信用的光传输介质。
dB = 10 lg ( Pout / Pin )
Pout :输出功率 ; Pin :输入功率
1966年英籍华人高锟(C. K. Kao)博士提出，如果利用 帶有包层材料的石英玻璃光学纤维(光纤)来进行光通信， 其损耗可能低20dB/km。1970年，美国的康宁公司果然制 造出，损耗为20dB/km的光导纤维(所使用光源的波长，約 为 0.8μm)。同时，贝尔研究所林严雄博士制造出在室温 下可连续工作的半导体激光器。
《光导纤维传感器》课件
3 应力传感
4 湿度传感
利用光纤的弯曲和拉伸特性，感知外部应 变或力的作用，测量应力变化。
通过光纤传感元件感知光信号的折射率变 化，实现对湿度参数的测量。
光导纤维传感器的优势
1 响应速度
2 稳定性
光传输的速度快，响应时间短，适用于对 快速变化环境参数的实时测量。
光导纤维传感器具有较高的稳定性，对温 度、压力等外界因素的干扰响应小。
2 未来需对传感器进
行加强和改进
随着技术的不断进步， 我们需要不断加强光导 纤维传感器的性能和灵 敏度，以满足日益复杂 的应用需求。
3 期待未来更多新技
术的推出
我们期待着未来光导纤 维传感器领域的创新突 破，为我们的生活和工 作带来更多惊喜和便利。
工作原理介绍
光导纤维传感器基于光纤 的特性，在其传输路径中 引入传感元件，通过监测 光信号的强度、相位和频 率的变化，实现参数的测 量和控制。
应用
光导纤维传感器广泛应用 于工业自动化、环境监测、 生物医学、航空航天等领 域。它们具有多样化的应 用场景和无限的潜力。
光导纤维传感器的工作原理
光纤的基本 原理
3 抗干扰性
4 容易安装
光信号传输不受电磁场和电磨损等干扰， 能在复杂的工作环境中正常工作。
光纤柔软且重量轻，易于布线和安装，适 合各种不同形状和尺寸的应用场景。
光导纤维传感器的发展趋势
科技的发展对光导纤维 传感器的影响
随着科技的不断发展，光导纤 维传感器将受益于光纤传输技 术和封装技术的进步，实现更 高性能和更广泛应用。
光纤采用全反射原 理传输光信号，通 过光的折射和反射， 在光路中保持信号 的强度和质量。
光传输的特点
光传输具有低损耗、 高带宽、抗干扰等 特点，适用于远距 离、高速和大容量 的传输需求。
光导纤维与激光材料PPT课件
在核心-包覆边界区域的折射率是
急剧改变的。
各种各样的光纤。
NEXT
光纤的种类 1.单模纤维 2.多模纤维 3.特用纤维
核心直径小于传播光波波长约十倍的
光纤，不能用几何光学理论来分析其
物理性质。替而代之，必须改用麦克
斯韦方程组来分析，导出相关的电磁
波方程。视为光学波导：光纤可以传
播多于一个横模的光波。只允许一种
NEXT
BACK
特用光纤 有些特用光纤的核心或包覆会特别地制作成非圆柱形，通 常像椭圆形或长方形。这包括维护偏极化光纤： polarization-maintaining fiber）。
光子晶体光纤是一种新型的光纤，其折射率以规律性的模 式变化（通常沿着光纤的轴向会有圆柱空洞）。光子晶体 光纤应用衍射效应（单独的或加上全反射效应）来局限光 波于光纤核心。
光导纤维工作原理
光纤是圆柱形的介质波导，
应用全反射原理来传导光线。
光纤的结构大致分为里面
的核心部分与外面的包覆部分
。为了要局限光信号于核心，
包覆的折射率必须小于核心的
折射率。
BA
渐变光纤：graded-index fiber）
的折射率是缓慢改变的，
从轴心到包覆，逐渐地减小；
而突变光纤：step-index profile）
BACK
石英光纤
这里所讲的主要是指高纯石英光纤，其主要原料是经过精制的石英，它由SiCl4水解 得到。
SiCl4+2H2O===SiO2+4HCl 工业上通常采用天然石英砂在电炉中以碳还原得到粗硅或结晶硅，其质量分数可达 95%-99%，然后再结晶炉中用氯气和粗硅合成四氯化硅。 SiO2+C====Si+CO2（电炉） Si+2Cl2===SiCl4（450-500度） 其化学性能稳定，除氢氟酸外，对各种化学试剂有强的耐腐蚀性及优异的长期可靠 性，而且生产技术先进。
光导纤维ppt课件
核潜艇潜望镜
光学潜望镜
20
工业领域
在工业上，可传输激光进行机械加工；制成各种传感器用于测量压力、 温度、流量、位移、光泽、颜色、产品缺陷等，也可用于工厂自动化、办公 自动化、机器内及机器间的信号传送、光电开关、光敏组件等。
光导微机介质损耗仪
传感器
21
照明和光能传送领域
光导纤维还可用于火车站、机场、广场、证券交易场所等大型显示屏 幕，短距离通讯和数据传输，将光电池纤维布与光导纤维布巧妙地结合在一 起可制成夜间放光的夜行衣。
10
棒管法 沉积法 复合纺丝法
光导纤维
11
棒管法 棒管法是将芯料高聚物制成棒状，外面套上包
层材料管，然后再一起加热到高弹态进行拉伸制成 光纤；
沉积法 沉积法是将包层材料溶解或熔化为液态，然后使
芯子从中穿过，从而使其附着在芯材上形成包层；
12
复合纺丝法 复合纺丝法则分别把芯子和包层两种成纤高聚
物溶融，用复合喷丝板纺丝成型。自聚焦型光纤是 将具有不同折射率和聚合反应速度的单体注入一垂 直的聚合管中，在旋转的情况下，通过光或热激发 使之发生共聚，聚合物从管壁向轴中心逐渐析出， 随着单体转化为聚合物的转化率上升，共聚物的折 射率不断变化，最终得到折射率由里至外逐渐下降 呈抛物线分布的产物。
除上述方法外，自聚焦型光纤还可用离子交换法、单体扩散法和共混 法制备。但自聚焦型光纤多处于实验和试制阶段，所以实用光纤仍以全反 射型为主。
在国防军事上，光导纤维也有广泛的应用，可以用光导纤维来制成纤维光学潜望 镜，装备在潜艇﹑坦克和飞机上。光纤通讯的另一特点是其保密性好、不受干扰 且无法窃听，这一优点使其广泛应用于军事领域。在国防军事上，可以用光导纤 维来制成纤维光学潜望镜，装备在潜艇、坦克和飞机上，用于侦察复杂地形或深 层屏蔽的敌情。
人教版高中物理选修(2-3)《全反射 光导纤维》ppt课件1
光纤的特点
损耗低
在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传 输800MHz信号时，每公里的损耗都在40dB以上。 相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输 1.31μm的光，每公里损耗在0．35dB以下若传输 1．55μm的光，每公里损耗更小，可达0．2dB以 下。这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能 传输的距离要远得多。此外，光纤传输损耗还有两个 特点，一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗， 不需要像电缆干线那样必须引人均衡器进行均衡；二 是其损耗几乎不随温度而变，不用担心因环境温度变 化而造成干线电平的波动。
1930年
年
人们曾经发现，光能沿着从酒桶中喷出的 细酒流传输；人们还发现，光能顺着弯曲的玻 璃棒前进。这是为什么呢？难道光线不再直进 了吗？ 这些现象引起了丁达尔的注意，经 过他的研究，发现这是全反射的作用， 即光从水中射向空气，当入射角大于某 一角度时，折射光线消失，全部光线都 反射回水中。表面上看，光好像在水流 中弯曲前进。实际上，在弯曲的水流里， 光仍沿直线传播，只不过在内表面上发 生了多次全反射，光线经过多次全反射 向前传播。 这为光导纤维的产生奠定了 理论基础。
护套
护套即为外壳部分，光线入射二种不同介质时 发生反射及折射现象，利用全反射，我们可很 轻易的使用光纤来改变光的行进方向，且在过 程中，光的损耗最小。为使光线能在核心中传 送，因此光线需依全反射方式行进，所以核心 部份之折射率须比外壳之折射率大。除此之外， 如果我们希望光线能在核心入射外壳介质时发 生全反射现象，那么光线在入射进光纤时其入 射角亦不能太大 。
重量轻
因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般 为4um～10um，外径也只有125um，加上防水层、 加强筋、护套等，用4～48根光纤组成的光缆直 径还不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm要小 得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有 直径小、重量轻的特点，安装十分方便.
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主要内容
1 2 3 4 5
概述
光纤材料分类 光纤应用 光纤通讯
标志事件
第2页
概述（光纤光缆的结构）
光纤 定义 : 光纤是光导纤维的简称。狭义的说，光纤是一种
约束光并传导光的多层同轴圆柱实体介质光波导，又称
光介质传输线。
作用 : 光纤的主要作用是传导光，将传输的光信号从一
地如实地传到另一地，实现光信号的长距离异地传输。
第 10 页
• 可以传输信号的频带宽度就大，也就是说可传输的信息量大 载波的频率高 1 • 直径小 ,重量轻 2 ,玻璃纤维，比重小 重量轻 • 基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用 抗干扰能力强 3 • 光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引来新的非 保真度高 4 线性失真。只要激光器的线性好，就可高保真地传输电视信号
第 17页
世界第一 条光纤通 讯系统实 验线路
我国自 主研发 的第一 根实用 光纤
低损耗、 商业化
中国的光 纤产能已 达到1亿2 千万芯公 里
2012
光纤直接到家
80、90年代
光纤发展期
1979
赵梓森
1976
美国贝尔实验室 地下管道
第 18 页
THE END！
• 随着社会对通信与传感所用光纤的不断增 长的需求，在光纤材料的研究领域里，今 后的除了要提高现有材料的可靠性，降低 成本外，还需要深入研究与开发适用各种 需求的新的光纤材料
3
光纤材料分类
一、玻璃（石英）光纤。
I
II
二、塑料光纤。
III IV
三、晶体光纤。
四、其他特殊用途的光纤。
第4页
玻璃光纤
一 二
石英玻璃Biblioteka 多组分玻璃用锗提高折射 指数，硼降低折射 指数，磷降低石英 光纤的熔点
以SiO2为主要 成分，掺杂材 料为P2O5、 B2O3、GeO2中 任一种或几种 的组合
是由石英玻璃 引入修饰体（ Na2O、CaO等） 以及中间体 Al2O3等共同组 成的玻璃。
第 19 页
第8页
光纤应用 光缆通讯
光纤光缆技术
全球通信网
传输技术 光网络技术 光有源无源器件
彩色的电视传输 遥测遥控
宽带、局域网 交通监视控制指挥 军事、医学
航空航天、矿井
一条光缆通路同时可容纳十亿人通话！
第9页
我们常听到的“光纤通信”就利用了全反射的原 理，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与 外套的界面上发生全反射，如果让棒的一端面向光 源（一般是激光器），玻璃棒的下端就有明亮的光 传出来.
第 11 页
第 12页
第 13 页
第 14 页
第 15 页
英、美国籍华裔科学家高锟
• 2009年诺贝尔物理学奖 • 世界“光纤之父” • 前香港中文大学校长
1966年首度提出光导纤维在 通讯上应用的基本原理。
第 16 页
1970年，美国康宁玻璃公司率先将 高锟博士的科学预言变为现实，研 制出在0.6328um波长下损耗为 20dB/km的石英光纤，取得重要技术 突破。
第5页
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯 （PC）等高分子聚合物材料 分别构成芯、包层的全塑料光 纤
特点 柔韧、易弯曲、制造简 单、芯径和孔径容易做 大。但是损耗也较大
第6页
晶体光纤
利用固融体挤出等一些 方法研制出了Al2O3、 ZrO2、AgBr、KCl等晶 体光纤，用作耐高温、 抗腐蚀的高温探测元件 用于激光能量传输
良好的强度、硬度及化学稳定性
第7页
材料的提纯
Si+2Cl2→SiCl4
用精馏、吸附提纯
光纤的制造
石英光纤
预制棒的制作
将提纯后的卤化 物、掺杂剂和氧 气的气体混合物 在气相氧化反应 中化合，产生氧 化物沉积
从制得的预制棒 拉出一定直径的 细丝的过程
拉丝
沉积是在一个空心石英玻璃管内或基材表面一 层层堆积。整个过程属于化学气相沉积法CVD
1 2 3 4 5
概述
光纤材料分类 光纤应用 光纤通讯
标志事件
第2页
概述（光纤光缆的结构）
光纤 定义 : 光纤是光导纤维的简称。狭义的说，光纤是一种
约束光并传导光的多层同轴圆柱实体介质光波导，又称
光介质传输线。
作用 : 光纤的主要作用是传导光，将传输的光信号从一
地如实地传到另一地，实现光信号的长距离异地传输。
第 10 页
• 可以传输信号的频带宽度就大，也就是说可传输的信息量大 载波的频率高 1 • 直径小 ,重量轻 2 ,玻璃纤维，比重小 重量轻 • 基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用 抗干扰能力强 3 • 光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引来新的非 保真度高 4 线性失真。只要激光器的线性好，就可高保真地传输电视信号
第 17页
世界第一 条光纤通 讯系统实 验线路
我国自 主研发 的第一 根实用 光纤
低损耗、 商业化
中国的光 纤产能已 达到1亿2 千万芯公 里
2012
光纤直接到家
80、90年代
光纤发展期
1979
赵梓森
1976
美国贝尔实验室 地下管道
第 18 页
THE END！
• 随着社会对通信与传感所用光纤的不断增 长的需求，在光纤材料的研究领域里，今 后的除了要提高现有材料的可靠性，降低 成本外，还需要深入研究与开发适用各种 需求的新的光纤材料
3
光纤材料分类
一、玻璃（石英）光纤。
I
II
二、塑料光纤。
III IV
三、晶体光纤。
四、其他特殊用途的光纤。
第4页
玻璃光纤
一 二
石英玻璃Biblioteka 多组分玻璃用锗提高折射 指数，硼降低折射 指数，磷降低石英 光纤的熔点
以SiO2为主要 成分，掺杂材 料为P2O5、 B2O3、GeO2中 任一种或几种 的组合
是由石英玻璃 引入修饰体（ Na2O、CaO等） 以及中间体 Al2O3等共同组 成的玻璃。
第 19 页
第8页
光纤应用 光缆通讯
光纤光缆技术
全球通信网
传输技术 光网络技术 光有源无源器件
彩色的电视传输 遥测遥控
宽带、局域网 交通监视控制指挥 军事、医学
航空航天、矿井
一条光缆通路同时可容纳十亿人通话！
第9页
我们常听到的“光纤通信”就利用了全反射的原 理，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与 外套的界面上发生全反射，如果让棒的一端面向光 源（一般是激光器），玻璃棒的下端就有明亮的光 传出来.
第 11 页
第 12页
第 13 页
第 14 页
第 15 页
英、美国籍华裔科学家高锟
• 2009年诺贝尔物理学奖 • 世界“光纤之父” • 前香港中文大学校长
1966年首度提出光导纤维在 通讯上应用的基本原理。
第 16 页
1970年，美国康宁玻璃公司率先将 高锟博士的科学预言变为现实，研 制出在0.6328um波长下损耗为 20dB/km的石英光纤，取得重要技术 突破。
第5页
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯 （PC）等高分子聚合物材料 分别构成芯、包层的全塑料光 纤
特点 柔韧、易弯曲、制造简 单、芯径和孔径容易做 大。但是损耗也较大
第6页
晶体光纤
利用固融体挤出等一些 方法研制出了Al2O3、 ZrO2、AgBr、KCl等晶 体光纤，用作耐高温、 抗腐蚀的高温探测元件 用于激光能量传输
良好的强度、硬度及化学稳定性
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材料的提纯
Si+2Cl2→SiCl4
用精馏、吸附提纯
光纤的制造
石英光纤
预制棒的制作
将提纯后的卤化 物、掺杂剂和氧 气的气体混合物 在气相氧化反应 中化合，产生氧 化物沉积
从制得的预制棒 拉出一定直径的 细丝的过程
拉丝
沉积是在一个空心石英玻璃管内或基材表面一 层层堆积。整个过程属于化学气相沉积法CVD