這是一個關(guān)于光導(dǎo)纖維論文PPT，包括了光導(dǎo)纖維概述，歷史，分類，原理，應(yīng)用，優(yōu)勢，材料，工藝等內(nèi)容介紹。光導(dǎo)纖維簡介方中元 / 微電子 / 12307130135 匯報要點(diǎn)概述歷史分類原理應(yīng)用優(yōu)勢材料工藝概述光導(dǎo)纖維（光纖），是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理傳輸?shù)墓鈧鲗?dǎo)工具 光纖主要分2類：漸變光纖, 突變光纖。前者折射率是漸變的, 后者折射率是突變的。按光在光纖中的傳輸方式還分為：單模光纖, 多模光纖。單模采用激光二極管LD作光源，多模采用發(fā)光二極管LED為光源。多模光纖: 芯線粗, 傳輸速率低、距離短, 傳輸性能差, 但成本低, 一般用于建筑物內(nèi)或相鄰環(huán)境中單模光纖: 纖芯較細(xì), 傳輸頻帶寬、容量大、距離長, 但需激光源, 成本較高近年又有光子晶體光纖問世。 光纖是圓柱形的介質(zhì)波導(dǎo)，應(yīng)用全反射原理來傳導(dǎo)光線。光纖結(jié)構(gòu)大致分為：里面的核心部分，外面的包覆部分。為了局限光信號于核心，包覆的折射率須小于核心的折射率。漸變光纖的折射率：從軸心到包覆，逐漸地減��；突變光纖的折射率：在核心-包覆邊界區(qū)域急劇改變，歡迎點(diǎn)擊下載光導(dǎo)纖維論文PPT哦。

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光導(dǎo)纖維簡介方中元 / 微電子 / 12307130135 匯報要點(diǎn)概述歷史分類原理應(yīng)用優(yōu)勢材料工藝概述光導(dǎo)纖維（光纖），是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理傳輸?shù)墓鈧鲗?dǎo)工具 光纖主要分2類：漸變光纖， 突變光纖。前者折射率是漸變的， 后者折射率是突變的。按光在光纖中的傳輸方式還分為：單模光纖， 多模光纖。單模采用激光二極管LD作光源，多模采用發(fā)光二極管LED為光源。多模光纖: 芯線粗， 傳輸速率低、距離短， 傳輸性能差， 但成本低， 一般用于建筑物內(nèi)或相鄰環(huán)境中單模光纖: 纖芯較細(xì)， 傳輸頻帶寬、容量大、距離長， 但需激光源， 成本較高近年又有光子晶體光纖問世。 光纖是圓柱形的介質(zhì)波導(dǎo)，應(yīng)用全反射原理來傳導(dǎo)光線。光纖結(jié)構(gòu)大致分為：里面的核心部分，外面的包覆部分。為了局限光信號于核心，包覆的折射率須小于核心的折射率。漸變光纖的折射率：從軸心到包覆，逐漸地減��；突變光纖的折射率：在核心-包覆邊界區(qū)域急劇改變。 在真空，光線傳播速度最快，約為 3 億米/秒物質(zhì)的折射率: 真空光速除以光線在該物質(zhì)傳播的速度根據(jù)定義，真空折射率是 1 折射率越大，光線傳播的速度越慢通常，光纖核心的折射率是 1.48， 包覆的折射率 1.46 。所以，光纖傳導(dǎo)信號的速度大約為 2 億米/秒。 當(dāng)移動于較高介質(zhì)密度的光線，以大角度入射于核心-包覆邊界時，若入射角（光線與邊界面的法線之間夾角）大于臨界角，則這光線會被完全反射回去光纖就是應(yīng)用這種效應(yīng)來局限傳導(dǎo)光線于核心，在光纖內(nèi)傳播的光線會被邊界反射過來，反射過去只有在某一角度范圍內(nèi)射入光纖的光線，才能夠通過整個光纖，不會泄漏損失。這角度范圍稱為光纖的受光錐角，是光纖核心折射率與包覆折射率的差值的函數(shù)簡單地說，光線射入光纖角度必須小于受光角的角度，才能夠傳導(dǎo)于光纖核心 多模光纖光纖核心直徑較大（>10微米），其物理性質(zhì)可用幾何光學(xué)理論分析，稱為多模光纖；用于通信用途時，線材以橘色外皮做辨識。在多模突變光纖內(nèi)，當(dāng)光線遇到核心-包覆邊界時，若入射角>臨界角，則光線被完全反射；若入射角<臨界角，則光線折射入包覆，無法繼續(xù)傳導(dǎo)于核心。臨界角又決定光纖的受光角，通常以數(shù)值孔徑來表示大小。較高的數(shù)值孔徑會允許光線，以較近軸心和較寬松的角度傳導(dǎo)于核心，造成光線和光纖更有效率的耦合。但由于不同角度的光線會有不同的光程，較高的數(shù)值孔徑也增加色散。有時較低的數(shù)值孔徑更適當(dāng)。漸變光纖，會使朝著包覆傳導(dǎo)的光線，平滑緩慢地改變方向，而不是急劇地反射過去。這樣，大角度光線會花更多時間，傳導(dǎo)于低折射率區(qū)，而不是高折射率區(qū)。因此，所形成的曲線路徑，會減低多重路徑色散�？删�心設(shè)計漸變光纖的折射率分布，使各種光 線在光纖內(nèi)的軸傳導(dǎo)速度差值極小化。 單模光纖核心直徑小于傳播光波長約十倍的光纖，不能用幾何光學(xué)理論來分析其物理性質(zhì)，須用麥克斯韋方程組分析，導(dǎo)出相關(guān)的電磁波方程。視為光學(xué)波導(dǎo)，光纖可傳播多于一個橫模的光波。只允許一種橫模傳導(dǎo)的光纖稱為單模光纖。波導(dǎo)分析顯示，在光纖內(nèi)光波的能量，并不是全部局限于核心。令人驚訝地，特別在單模光纖里，有很大一部分能量以衰減波的形式傳導(dǎo)于包覆。最常見的一種單模光纖（如下圖），核心直徑大約為 7.5–9.5 微米，專用于傳導(dǎo)近紅外線。大直徑核心、多橫模的光纖的物理性質(zhì)，也可以用電磁波波動方程分析。所得結(jié)果，與幾何光學(xué)的解析結(jié)果大致相同。多模光纖核心直徑可小至 50 微米，或大至幾百微米。 圖示：1. 核心：直徑 8 µm 2. 包覆：直徑 125 µm 3. 緩沖層：直徑 250 µm 4. 外套：直徑 400 µm 在介質(zhì)內(nèi)，光纖的衰減，又稱為傳輸損失，是指隨著傳輸距離增加，光束（或信號）強(qiáng)度減低。由于現(xiàn)代光傳輸介質(zhì)的高質(zhì)量透明度，光纖的衰減系數(shù)的單位通常是 dB/km （每公里介質(zhì)的分貝）。硅石玻纖能滿足嚴(yán)格的規(guī)定，局限光束于內(nèi)部。阻礙數(shù)字信號遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊粋�重要因素是衰減。光纖光學(xué)實(shí)驗結(jié)果顯示，光散射和吸收是光纖衰減的主要原因之一。 粗糙、不規(guī)則的表面，甚至在分子層次，也會使光線往隨機(jī)方向反射，稱為漫反射或光散射，其特征是多種不同的反射角。大多數(shù)物體表面的光散射，可被人類視覺偵測到。光散射跟入射光波長有關(guān)。可見光波長約 1 微米。人類視覺無法偵測到小于該尺寸的物體。光波入射于內(nèi)部的邊界面時，會因為不同調(diào)散射而衰減。對于結(jié)晶或多晶材料，像金屬或陶瓷，除細(xì)孔外，大部分內(nèi)部接口的形式乃晶界，分隔了晶粒尺寸的微小區(qū)域。材料學(xué)家發(fā)現(xiàn)，若能將散射中心（或晶界）的尺寸減小到低于入射光波長，則光散射的影響會減小很多。該發(fā)現(xiàn)引起更多有關(guān)透明陶瓷材料的研究。在光學(xué)光纖內(nèi)，光散射是由分子層次的不規(guī)則玻璃結(jié)構(gòu)造成。 除光散射外，光纖材料會選擇性吸收特定波長的光波，造成衰減。吸收光波機(jī)制類似顏色顯現(xiàn)機(jī)制。在電子層次，光纖材料的每種原子，其不同電子軌域的能級差，決定了光纖材料能否吸收某特定頻率或頻率帶的光子。這些光子多屬于紫外線或可見光頻區(qū)。在原子或分子層次，振動頻率、堆積結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵強(qiáng)度等，共同決定了材料傳輸紅外線、遠(yuǎn)紅外線、微波等長波的能力。在設(shè)計透明光學(xué)組件前，必須知道材料的性質(zhì)和限制，才能選擇適當(dāng)材料。材料在低頻率區(qū)的晶格吸收特性，也賦予這材料對于低頻率光波的透明限制。這是組成的原子或分子的熱感應(yīng)振動和入射光波間相互耦合的結(jié)果。因此，在紅外線頻區(qū)（＞ 1 微米），每種材料都要避開這些吸收區(qū)域。光波頻率不匹配光纖材料的自然振動頻率，會造成光波的反射或透射。當(dāng)紅外線光波入射于不匹配的光纖材料，部分能量會被反射或透射。 用于通信中的光纖主要是玻璃纖維，其外徑約為250微米，中心通光部分為10~60微米。在醫(yī)學(xué)上，光纖用于內(nèi)視鏡；娛樂方面，常用于音響的信號線。 頻帶寬損耗低重量輕抗干擾能力強(qiáng)，保真度高工作性能可靠成本不斷下降 光纖是雙重構(gòu)造，核心是高折射率玻璃，表層是低折射率玻璃或塑料，光在核心部分沿“之”字形向前傳輸。這種纖維比頭發(fā)稍粗，是一個非常驚人的技術(shù)。各國科學(xué)家創(chuàng)造了PCVD、MVCD、VAD法等，制成超高純石英玻璃，特制光纖傳輸光的效率有非常明顯的提高。較好光纖，光傳輸損失每公里僅0.2db。 先制做光纖預(yù)制棒，預(yù)制棒直徑為幾毫米至幾十毫米（光棒），是光纖工藝中最重要部分。光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)就在預(yù)制棒中形成。制作光棒有多種方法，常用工藝是氣相氧化法。高純度金屬鹵化物的蒸汽和氧氣發(fā)生反應(yīng)，形成一些氧化物微粒，這些氧化物微粒沉積在玻璃或石英體表面（或管狀體內(nèi)壁），然后燒結(jié)形成透明玻璃棒（管狀還要收縮使其成棒狀）。光棒已具備光纖的基本結(jié)構(gòu)，通過拉絲機(jī)拉出的裸纖就包括纖芯和包層。有些光纖品種為保護(hù)裸玻纖，使其不受光、水汽等物質(zhì)污染，在光纖拉制的同時，涂上彈性涂料（被覆層）。光纖由纖芯、包層和被覆層組成，導(dǎo)光部分是處于軸線上的實(shí)心纖芯，包層的作用是提供一個圓柱形界面，把光線束縛在纖芯之中。 光纖拉絲：在無塵室，將光纖預(yù)制棒固定在拉絲機(jī)頂端，并逐漸加熱至2000℃。光纖預(yù)制棒受熱后便逐漸融化，并在底部累積液體，待其自然垂下，形成光纖。關(guān)鍵在于均勻加熱、拉制速度的控制等。拉制技術(shù)無誤時，拉出的光纖結(jié)構(gòu)會與光纖預(yù)制棒的結(jié)構(gòu)相同（只不過縮小很多）。光纖的直徑和結(jié)構(gòu)等質(zhì)量參數(shù)多 與拉制速度有關(guān)，自動化的測量 監(jiān)控會隨時調(diào)節(jié)拉絲速度。 預(yù)制棒生產(chǎn)方法：國際上有10多種普遍使用、并制作優(yōu)質(zhì)光纖的主要4種：改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積法(MCVD)， 軸向汽相沉積法（VAD），棒外化學(xué)汽相沉積法(OVD)， 等離子體激活化學(xué)汽相沉積法 (PCVD) 商業(yè)生產(chǎn)的汽相沉積工藝已發(fā)展為“兩步法”，其中，MCVD等名稱僅表示第1步，即芯棒工藝生產(chǎn)芯棒，不僅制造芯、也制造部分包層，這確保光纖的光學(xué)質(zhì)量第2步，在芯棒上附加外包層預(yù)制棒的光學(xué)特性主要取決于芯棒預(yù)制棒的成本主要取決于外包技術(shù) 最初在一臺車床上進(jìn)行包層沉積、芯沉積、熔縮成預(yù)制棒 -- “一步法” 目前，阿爾卡特將沉積與熔縮分開。沉積后，用另一臺專用車床熔縮成棒，并用石墨感應(yīng)爐代替氫氧焰做熔縮熱源。采用大直徑合成石英管代替天然水晶粉熔制的小直徑石英管做襯底管，目前合成石英襯底管外直徑約40mm，沉積長度1.2~1.5m。最重要的是，用各種外沉積技術(shù)取代套管法制作大預(yù)棒，如用火焰水解外包、等離子外包技術(shù)在芯棒上制作外包層，形成MCVD與外沉積工藝相結(jié)合的混合工藝。彌補(bǔ)傳統(tǒng)MCVD工藝沉積速率低、幾何精度差的缺點(diǎn)，降低成本、提高質(zhì)量。 70年代，芯和包層同時沉積、燒結(jié) 80年代，先做出大直徑芯棒，再拉細(xì)成多根小芯棒，再用套管法制成預(yù)制棒 --“二步法” 90年代，改用SOOT外包代替套管法，制成光纖預(yù)制棒 90年代以來， 使用VAD的廠家增多， 除日本古河、滕倉外， 信越、日立、三菱、昭和等公司從日本NTT獲得使用VAD工藝許可， 并實(shí)施再開發(fā)；朗訊也從住友公司購得許可， 還與住友在美國建立VAD法合資光纖廠， 此后， 將VAD工藝引進(jìn)到亞特蘭大光纖廠 從單噴燈沉積到多噴機(jī)同時沉積， 沉積速率成倍提高從一臺設(shè)備一次沉積一根棒，發(fā)展到一臺設(shè)備同時沉積多根棒從依次沉積芯、包層連續(xù)制成預(yù)制棒的“一步法”到“二步法”， 即先用陶瓷棒或石墨棒為靶棒， 只沉積芯材料（含少量包層），做出大直徑芯棒; 經(jīng)去水燒結(jié)后， 拉細(xì)成多根小直徑芯棒， 再用小直徑芯棒沉積包層， 制成預(yù)制棒。大大提高生產(chǎn)率、降低成本。新型材料：光子晶體光子晶體光纖光子晶體光纖 (Photonic Crystal Fibers， PCF)，又稱微結(jié)構(gòu)光纖（Micro-Structured Fibers， MSF)，近年引起廣泛關(guān)注，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、且貫穿器件的整個長度，光波可被限制在低折射率的光纖芯區(qū)傳播。 優(yōu)點(diǎn)： 1. 低彎曲損耗 2. 易耦合 3. 無菲涅爾反射Qh5紅軟基地