光電子技術(shù)——光纖與光纖技術(shù)簡介

1、1,光纖與光纖制造工藝,2,光纖簡介光纖制造工藝主要光纖產(chǎn)品介紹光纖技術(shù)發(fā)展概況,內(nèi) 容,3,1. 光 纖 簡 介,4,1. 光 纖 簡 介,什么是光纖（optical fiber)？,光纖是光導(dǎo)纖維的簡稱。光纖是以光脈沖的形式來傳輸信號，材質(zhì)以玻璃或有機玻璃為主的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)。,5,光纖結(jié)構(gòu),光纖由三部分組成：◆芯層（core）◆包層（cladding）◆涂覆層（coating）

2、 －內(nèi)層（buffer layer） －外層（top layer）,,芯層: SiO2+Ge+F 包層: SiO2+F內(nèi)涂覆層:丙烯酸樹脂 外涂敷層:丙烯酸樹脂,1. 光 纖 簡 介,6,光纖分類,1. 光 纖 簡 介,7,1. 光 纖 簡 介,模式（mode）概念,模式是指光的在光纖中的傳輸方式（電磁場分布形式）。,光纖中能夠傳導(dǎo)的模式是由光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定的。外

3、界激勵只能激勵起光纖中允許存在的模式而不會改變模式的固有性質(zhì)。,模式是光波動方程的解。它對應(yīng)于波動方程某一本征值并滿足全部邊界條件。每一個模式對應(yīng)于沿光纖軸向傳播的一種電磁波。,8,單模與多模光纖,階躍型多模,單模光纖,1. 光 纖 簡 介,9,光纖幾何尺寸,★ 芯徑 單模光纖： <10um; 多模光纖： 50um/62.5um★包層直徑 普通光纖： 125um★涂覆層直徑

4、 普通光纖 內(nèi)層 － 170～200um 外層 － 245um,1. 光 纖 簡 介,10,光纖工作原理,光纖利用光在界面上的全反射原理進行工作。,1. 光 纖 簡 介,11,光纖剖面折射率示意圖,多模,G.652,G.655,1. 光 纖 簡 介,12,光纖通信原理,光纖通信采用數(shù)字通信原理。,1. 光 纖 簡 介,13,光纖通信

5、網(wǎng)絡(luò),1. 光 纖 簡 介,14,光纖通信特點,1. 光 纖 簡 介,優(yōu)點： 信號損耗小，中繼距離長； 光纖為絕緣體不受電磁干擾； 玻璃光纖不產(chǎn)生電磁場，保密性高； 重量輕，易于施工和運輸；,缺點： 光纖制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高； 光纖連接復(fù)雜； 配套光器件價格較高,15,2. 光 纖 制 造 工 藝,16,2. 光纖制造工藝,光纖制造基本過程,17,

6、2. 光纖制造工藝,預(yù)制棒介紹,預(yù)制棒尺寸：－直徑：φ60mm，φ80mm，φ150mm－長度： 1m～2m,制棒方法：－玻璃分相法－溶膠－凝膠法－氣相沉積法,預(yù)制棒要求：－高純度；－準確的折射率分布,18,2. 光纖制造工藝,預(yù)制棒制造工藝,氣相沉積法,管外法,管內(nèi)法,管外汽相沉積法（OVD）,汽相軸向沉積法（VAD）,改進的管內(nèi)化學(xué)氣相沉積法（MCVD）,等離子體管內(nèi)化學(xué)氣相沉積法（PCVD）,,,,19,2. 光

7、纖制造工藝,四種工藝在全球的大體市場份額,20,管外汽相沉積法（OVD）,優(yōu)點：沉積速率高、預(yù)制棒體積大、原料純度要求 較低、生產(chǎn)率高 不足：折射率剖面粗糙、原料利用率低 結(jié)論：擅長制造包層,2. 光纖制造工藝,21,汽相軸向沉積法（VAD）,優(yōu)點：沉積速率高、預(yù)制棒體積大、原料純度要求 較低、生產(chǎn)率高不足：折射率剖面粗糙、原料利用率低 結(jié)論：擅長制造包層,2. 光纖制造工藝,22,改進的管內(nèi)化學(xué)氣相沉積

8、法（MCVD）,優(yōu)點：投資少、操作運行較容易、工藝控制性好 不足：原料利用率低、折射率剖面不夠精確 結(jié)論：擅長制造包層、纖芯制造僅次于PCVD,2. 光纖制造工藝,23,等離子體管內(nèi)化學(xué)氣相沉積法（PCVD）,優(yōu)點：沉積層薄、工藝控制性強、折射率剖面精確 原材料利用率高 不足：原料要求純度高、沉積速率低 結(jié)論：擅長制造纖芯,2. 光纖制造工藝,24,PCVD工藝的優(yōu)勢,★ 原材料利用率高 四氯化硅SiCl4

9、 ～100% 四氯化鍺GeCl4 ～85％ 氟C2F6 ～90% ---- 節(jié)約原材料，降低成本，有利環(huán)保,★ 沉積層數(shù)高達3000層，可精確控制折射率的分 布，可良好地對各類光纖的色散進行控制生產(chǎn) 出世界一流水平的高帶寬多模光纖以及復(fù)雜結(jié) 構(gòu)的單模光纖,★ 不需P2O5摻雜，有利于1550 nm的衰減,★ 對氫損的影響不敏感,2. 光纖制造工藝,25,,PCVD工藝流

10、程,PCVD沉積,芯棒測試,套棒,篩選,拉絲,熔縮,2. 光纖制造工藝,26,PCVD沉積,反應(yīng)機理SiCl4+O2 → SiO2+2Cl2GeCl4+O2→GeO2+2Cl2優(yōu)點沉積層非常薄工藝控制性強折射率剖面精確原材料利用率高,2. 光纖制造工藝,27,熔縮設(shè)備,經(jīng)PCVD沉積好的管子在熔縮車床上熔縮成一實心預(yù)制棒。,2. 光纖制造工藝,28,芯棒測試,套 棒,熔縮好的芯棒經(jīng)設(shè)備測試確定芯棒質(zhì)量,2. 光纖制造工藝

11、,,,,29,2. 光纖制造工藝,,30,2. 光纖制造工藝,拉 絲,31,為保證成品光纖有足夠的強度，光纖在篩選機上被施以一定的張力進行強度篩選。,2. 光纖制造工藝,篩 選,32,經(jīng)過強度試驗后，合格光纖將進行傳輸性能和幾何性能的測試。,2. 光纖制造工藝,測試與包裝,33,3. 主要光纖產(chǎn)品,34,3. 主要光纖產(chǎn)品,DCF光纖,光纖,普 通 光 纖,特 種 光 纖,單模光纖,多模光纖,保偏光纖,大芯徑光纖,光子晶體光纖,,,

12、,,產(chǎn)品分類,,35,3. 主要光纖產(chǎn)品,普通單模光纖(G652A/B),特點： 光纖中只傳導(dǎo)基模 ； 芯徑小，傳輸帶寬高； 熔接和耦合困難，對光源要求高； 制造工藝簡單。,單模光纖,,LP00,,,,,,,,,,,,,Cladding,Core,,,,,,,36,3. 主要光纖產(chǎn)品,多模光纖(GIMM)的折射率分布（G651),折射率分布公式n2(r)=n2[1-2Δ(r/a)g]g＝1 三角形分布；g＝2

13、 拋物線型分布；g＝∞ 階躍型分布,37,3. 主要光纖產(chǎn)品,漸變型多模光纖（GIMM）,特點： 光纖中傳導(dǎo)多個模式 ； 芯徑大，模間色散大； 易于耦合，對光源要求低； 制造工藝復(fù)雜。,38,精確的折射率剖面控制消除中心凹陷消除芯層/包層界面缺陷,3. 主要光纖產(chǎn)品,PCVD工藝在制造多模光纖中的優(yōu)勢,39,3. 主要光纖產(chǎn)品,各種光纖的用途,單模光纖：普通單模：高速率、長距離傳輸通信主干網(wǎng)。多模光纖：50u

14、m多模：局域網(wǎng)通信、音/視頻信號傳輸和數(shù)據(jù)傳輸。62.5um多模：局域網(wǎng)通信（北美地區(qū)使用較多）。,40,3. 主要光纖產(chǎn)品,特種光纖簡介,保偏光纖特點： 雙折射率高，保偏性能好 ； 衰耗低； 彎曲穩(wěn)定性好；,保偏光纖應(yīng)用： 光纖陀螺 ； 偏振敏感器件； 偏振傳感器；,熊貓型保偏光纖,41,3. 主要光纖產(chǎn)品,特種光纖簡介,DCF光纖特點： 負色散值（反色散光纖） ； 高色散斜率； 芯徑小，相對折射率高；,42,3.

15、 主要光纖產(chǎn)品,DCF光纖應(yīng)用,43,3. 主要光纖產(chǎn)品,特種光纖簡介,大芯徑光纖特點： 光纖芯徑大（可達到190um以上），NA值大 ； 與光源間的光耦合效率高； 允許更高的光源密度；,大芯徑光纖應(yīng)用： 工業(yè)局域網(wǎng) ； 光纖傳感； 激光能量傳輸；,44,3. 主要光纖產(chǎn)品,特種光纖簡介,光子晶體光纖（PCF）：,,45,4. 光纖技術(shù)發(fā)展概況,46,1980-2010年中國電話用戶和電話普及率,,語音業(yè)務(wù)的發(fā)展,47,因特

16、網(wǎng)業(yè)務(wù)量以每年翻兩番的速度急劇增長,48,,,,,,人均敷設(shè)光纖,4.,5,米,,,,,,,人均敷設(shè)光纖,,80,米,,,,,,,至,199,9,年底,,,中國人均光纖擁有量,2,0,米,,,,,,,,,,,,,,,美國人均光纖擁有量,300,米,,,全球光纖正以1000m/s鋪設(shè),人均光纖擁有量，正成為判斷一個國家信息化程度的標志,1999年,49,100M,單信道傳輸速率向40G更高發(fā)展,50,光纖波分復(fù)用技術(shù)已成為拓寬信息高速公路

17、的有效途徑,51,傳輸速率與傳輸容量向更高更遠發(fā)展,52,超長距離傳輸?shù)年P(guān)鍵因素,信道間拉曼效應(yīng)的影響　　FRA增益控制與動態(tài)均衡技術(shù)　超強糾錯EFEC技術(shù)　RZ編碼調(diào)制技術(shù)非線性效應(yīng)色散精確補償,53,建設(shè)高速率、大容量、長距離光纖傳輸干線ETDM+DWDM+EDFA光纖傳輸干線單信道傳輸速率從10Gbit/s 向40Gbit/s 發(fā)展信道數(shù)大于32，傳輸距離大于2000km,光纖通信技術(shù)發(fā)展方向（傳輸網(wǎng)絡(luò)）,54