光纖技術(shù) 2章教材

1、光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù) 2.1 2.1 光纖分類光纖分類光纖的基本構(gòu)成光纖的基本構(gòu)成光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)n光纖的芯徑、折射率差（光纖的芯徑、折射率差（ ）、所使用波長）、所使用波長可傳播的模的數(shù)量不同可傳播的模的數(shù)量不同n多模光纖多模光纖 n 2a=50 mn單模光纖單模光纖 n 2a=810 m光纖的種類光纖的種類按傳輸模式數(shù)量劃分：按傳輸模式數(shù)量劃分：光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)abab光纖的種類按纖芯折射率分布劃分：n階躍多模光纖階躍多模光纖n漸變多模光纖漸變多模光纖光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖的種類階躍光纖、漸變光纖n階

2、躍多模光纖：階躍多模光纖： 大的纖芯和數(shù)值孔徑大的纖芯和數(shù)值孔徑有利于光的收集，用于圖像傳輸和照明有利于光的收集，用于圖像傳輸和照明n漸變多模光纖：相對小的纖芯、漸變多模光纖：相對小的纖芯、 低的色散和衰減低的色散和衰減 n單模光纖：單模光纖： 損耗低、頻帶寬、容量大，長距離通訊的主要損耗低、頻帶寬、容量大，長距離通訊的主要光纖光纖光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)漸變折射率多模光纖n漸變折射率分布光纖的纖芯中漸變折射率分布光纖的纖芯中,折射率折射率n(r)是徑向距是徑向距離離r的函數(shù)；的函數(shù)； ng=1: 三角分布三角分布ng=2: 平方率分布平方率分布 ng= ： 階躍分布階躍分布 arna

3、rarnrng22212)/(21)(光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)n石英光纖石英光纖n多組分玻璃光纖多組分玻璃光纖n液芯光纖液芯光纖n塑料光纖塑料光纖n氟化物光纖氟化物光纖n硫硒碲化合物光纖等硫硒碲化合物光纖等光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù) 2.2 2.2 光纖材料光纖材料1 1 材料選擇的主要因素材料選擇的主要因素光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)2 2 光纖材料的提純光纖材料的提純光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)2 2 光纖材料的提純光纖材料的提純光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)3 3 光纖材料的折射率的控制光纖材料的折射率的控制光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)

4、及其技術(shù)3 3 光纖材料的折射率的控制光纖材料的折射率的控制光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)2.3 2.3 光纖的拉制光纖的拉制光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)1 1 制棒制棒光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)制造光纖預(yù)制棒：光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖拉制工藝光纖拉制工藝光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)2.4 光纖成纜技術(shù)光纖成纜技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)2.4 光纖成纜技術(shù)光纖成纜技術(shù)

5、光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)2.4 光纖成纜技術(shù)光纖成纜技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)光纖通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)光發(fā)送 端機光中繼 放大光接收 端機電發(fā)送 端機

6、電接收 端機光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展n7676年，美國在亞特蘭大開通了世界上第一個實用化光纖通信年，美國在亞特蘭大開通了世界上第一個實用化光纖通信系統(tǒng)。碼率為系統(tǒng)。碼率為45Mb/s45Mb/s，中繼距離為，中繼距離為10km10km。8080年，多模光纖通年，多模光纖通信系統(tǒng)商用化（信系統(tǒng)商用化（140Mb/s140Mb/s），并著手單模光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場），并著手單模光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗工作。試驗工作。9090年，單模光纖通信系統(tǒng)進入商用化階段（年，單模光纖通信系統(tǒng)進入商用化階段（565Mb/s565Mb/s），并著），并著手進行零色散位移光纖

7、和波分復(fù)用及相干通信的現(xiàn)場試驗，手進行零色散位移光纖和波分復(fù)用及相干通信的現(xiàn)場試驗，而且陸續(xù)制定同步數(shù)字體系（而且陸續(xù)制定同步數(shù)字體系（SDHSDH）的技術(shù)標準。）的技術(shù)標準。9393年，年，SDHSDH產(chǎn)品開始商用化（產(chǎn)品開始商用化（622Mb/s 622Mb/s 以下）。以下）。9595年，年，2.5Gb/s 2.5Gb/s 的的SDHSDH產(chǎn)品進入商用化階段。產(chǎn)品進入商用化階段。9696年，年，10Gb/s 10Gb/s 的的SDHSDH產(chǎn)品進入商用化階段。產(chǎn)品進入商用化階段。9797年，采用波分復(fù)用技術(shù)（年，采用波分復(fù)用技術(shù)（WDMWDM）的）的20Gb/s 20Gb/s 和和40Gb

8、/s 40Gb/s 的的SDHSDH產(chǎn)品試驗取得重大突破。產(chǎn)品試驗取得重大突破。此外，在光孤子通信、超長波長通信和相干光通信方面也正此外，在光孤子通信、超長波長通信和相干光通信方面也正在取得巨大進展在取得巨大進展 光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖通信：光纖通信：2121世紀的世紀的“信息高速公路信息高速公路”光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)信息傳輸速率與媒介的容量信息傳輸速率與媒介的容量光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光通信速率的不斷提升光通信速率的不斷提升光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)n光纖傳感器光波的強度、相位、偏振特性以及光纖散射、彎曲損耗和其它傳輸特性對外界物理參數(shù)的變化已經(jīng)多種

9、實用的光纖傳感器。光纖光學(xué)信息處理、照明與顯示光纖、內(nèi)窺光纖、光纖面板、激光光纖、激光手術(shù)光纖、電力輸送光纖即其它應(yīng)用方面光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域光纖技術(shù)有源無源器件光纖通信干線光交換接入網(wǎng) DWDM OADM OTDM FTTC,B,O,H 位移、振動 溫度、壓力 應(yīng)變、應(yīng)力 電流、電壓 電場、磁場 流量、濃度可以測量70 多個物理化學(xué)量 廣告顯示牌 激光手術(shù)刀 儀表照明 工藝裝飾 電力輸送 光纖面板 醫(yī)用內(nèi)窺鏡 潛望鏡 光子集成 光電子集成 集成光路 光收發(fā)模塊 光接入模塊 光開關(guān)模塊 光放大模塊信息獲取信息傳輸信息處理其它應(yīng)用光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖

10、光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)1.2 1.2 光纖技術(shù)基礎(chǔ)光纖技術(shù)基礎(chǔ)n光纖的結(jié)構(gòu)1.涂覆層 195250m2.包層 125 m3.纖芯 單模光纖810 m基本結(jié)構(gòu)導(dǎo)光的纖芯和折射率低的包層纖芯的折射率：可以是均勻的或變化的光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)n光纖材料 石英 通信低純度玻璃 導(dǎo)光和醫(yī)用傳輸圖像塑料 機械性能好，導(dǎo)光、通信、實驗、傳感等等光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)n光纖特性1. 損耗：2.色散：n圖像傳輸與成束光纖傳輸圖像，則光纖頭的排列相同光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖與通信網(wǎng)絡(luò)光纖與通信網(wǎng)絡(luò)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)衛(wèi)星系統(tǒng)與光纖網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星系統(tǒng)與光纖網(wǎng)絡(luò)光纖到戶光

11、纖到戶光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)1.4 1.4 光纖與傳感技術(shù)光纖與傳感技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)1 1光纖光柵傳感光纖光柵傳感光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)2 2光纖法布里珀羅傳感器光纖法布里珀羅傳感器光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)3 3光纖白光干涉?zhèn)鞲衅鞴饫w白光干涉?zhèn)鞲衅鞴饫w光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)5 5光纖陀螺傳感技術(shù)光纖陀螺傳感技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)6 6其它光纖傳感技術(shù)其它光纖傳感技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)1.5 1.5 光纖技術(shù)的發(fā)展光纖技術(shù)的發(fā)展光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)1.5 1.5 光纖技術(shù)的發(fā)展光纖技術(shù)的發(fā)展光纖光學(xué)及其

12、技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)1.5 1.5 光纖技術(shù)的發(fā)展光纖技術(shù)的發(fā)展光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)2 2 光纖通訊技術(shù)的發(fā)展光纖通訊技術(shù)的發(fā)展光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)3 3 光纖傳感技術(shù)的發(fā)展光纖傳感技術(shù)的發(fā)展光纖傳感器的研究動向：光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)n通信光纖通信光纖n非通信光纖非通信光纖光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖的進一步分類光纖的進一步分類光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖的進一步分類光纖的進一步分類 按材料分：石英 純度高, 通信塑料 成本低,損耗大，導(dǎo)彈制導(dǎo)，宇宙航行等紅外光纖 極低理論損耗,用于跨洋通信等 特種光纖：保偏(

13、單偏振)光纖；有源光纖；晶體光纖、發(fā)光光纖、增敏光纖零/非零色散位移光纖；負色散光纖；特殊涂層光纖；雙或多包層光纖、耐輻射光纖；光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)改進的化學(xué)汽相沉積法改進的化學(xué)汽相沉積法光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù) 光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)n美國美國Co rn ing 公司公司開發(fā)的。開發(fā)的。其其后后OVD 工藝工藝又有又有不斷改進不斷改進. 目前目前已已開發(fā)開發(fā)出出第七第七代代工藝工藝, 使生產(chǎn)效率使生產(chǎn)效率提高和降低了生產(chǎn)成本大幅度提高和降低了生產(chǎn)成本大幅度;光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)nVAD（軸向氣相沉積法）（軸向氣相沉積法）是由日本開發(fā)出來的是由日本開發(fā)

14、出來的, 其工其工作原理與作原理與OVD 相同相同, 不同之不同之處預(yù)制棒的生長方向是由下處預(yù)制棒的生長方向是由下向上垂直軸向生長的。向上垂直軸向生長的。VAD 的重要特點是可以連續(xù)生產(chǎn)的重要特點是可以連續(xù)生產(chǎn), 適合制造大型預(yù)制棒適合制造大型預(yù)制棒, 從而從而可以拉制較長的連續(xù)光纖?？梢岳戚^長的連續(xù)光纖。光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)n預(yù)制棒的直徑為預(yù)制棒的直徑為1到到2.5cm。n預(yù)制棒被電加熱爐加熱到預(yù)制棒被電加熱爐加熱到1850 2000Cn進行拉絲進行拉絲n同時檢測光纖的直徑和控制拉絲同時檢測光纖的直徑和控制拉絲速度速度n光纖外徑光纖外徑(1251

15、25m) 進行涂敷進行涂敷 (250 m)，材料為丙烯酸酯。，材料為丙烯酸酯。 n制成的光纖纏繞在直徑為制成的光纖纏繞在直徑為20cm左左右的轉(zhuǎn)盤上。右的轉(zhuǎn)盤上。光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光纖(光纜光纜)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光纖( (光纜光纜) )纖芯包層涂覆層護套層強度元件內(nèi)護層光纖纜芯外護層單模：8 10m多模：50m125m光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)課程內(nèi)容課程內(nèi)容l光波如何進入光纖？（模式的激勵）光波如何進入光纖？（模式的激勵）l光波在光纖中如何傳播？光波在光纖中如何傳播？( (模式分布模式分布) )l光纖的基本特征參數(shù)及測試技術(shù)光纖的基本特征參數(shù)及測試

16、技術(shù)l光纖有源與無源器件光纖有源與無源器件l光纖的連接與耦合光纖的連接與耦合l光子晶體光纖光子晶體光纖l特種光纖特種光纖l光纖應(yīng)用技術(shù)光纖應(yīng)用技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù) 世界電話業(yè)世界電話業(yè) 務(wù)年增長務(wù)年增長 率為率為 %，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)年增長，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)年增長 % 中國中國 話音業(yè)務(wù)話音業(yè)務(wù) % 的增長率，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長率，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) % 增長增長光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)YearInternet backboneT3E1STM1STM4STM16STM64cTransport capacity140Mb/s565Mb/s

17、STM161.7Gb/sSTM64, 4l lSTM64, 2l lSTM64, 8l lSTM64, 16l lSTM64, 32l lSystem capacity (Mbps) 101010101010123456198519901995200010 Gb/s Ethernet光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)n世界光纖產(chǎn)值從96年92億美元, 到2002年198億美元，每6年翻一番.n現(xiàn)在世界上光纖生產(chǎn)速度為3200km/小時，即每天生產(chǎn)的光纖可繞地球兩周n目前光纖產(chǎn)量每年遞增20-25%n目前光纜產(chǎn)值按應(yīng)用分類為：本地通信51.25%，LAN等20.82

18、%，干線15.81%，CATV 8.6%，其它3.5%光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)n3G的即將啟動。運營商暗自布局，為即將的即將啟動。運營商暗自布局，為即將到來的到來的3G運營做準備。運營做準備。n村通工程的全面鋪開也需要大量的光纖光村通工程的全面鋪開也需要大量的光纖光纜及相關(guān)通信用產(chǎn)品。纜及相關(guān)通信用產(chǎn)品。n隨著用戶對帶寬需求的提高隨著用戶對帶寬需求的提高,技術(shù)的突破和技術(shù)的突破和新標準的確定以及光纖光纜及相關(guān)元器件價新標準的確定以及光纖光纜及相關(guān)元器件價格的大幅度下降格的大幅度下降,FTTH 出現(xiàn)迅速發(fā)展的勢頭。出現(xiàn)迅速發(fā)展的勢頭。n銅價的迅速飆升進一步

19、加速了銅價的迅速飆升進一步加速了“光進銅退光進銅退”的步伐和的步伐和F T T x接入的浪潮洶涌。接入的浪潮洶涌。光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)FTTH2 layerIn house19 layerDist.ONUFiberVDSL modemVDSL modemVDSLPersonal UserGovernmentONUOLTVoIPIP TVVLANAdvance ControllIGMPPON10/100/1000Base-T/SX/LXUNIIn house光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)householdOnline shoppingNetwork gameOnline libra

20、ryTele-educationE-commerceE-governmentVideo telephoneHDTVBrowse/downloadVideo conferenceTele-medicine FTTH is not only just a broadband access solution but also means to enhance our quality of life! 光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)n2009 年包括設(shè)備儀器和光纜一起的美國年包括設(shè)備儀器和光纜一起的美國FTTH市場總額可以達到市場總額可以達到32 億美元億美元,期間的年期間的年復(fù)合增長率為復(fù)合增長率

21、為54%。n日本政府將日本政府將FTTH的普及程度視為國家信息化的普及程度視為國家信息化先進程度的標志。預(yù)計先進程度的標志。預(yù)計2007 年將達年將達773 萬戶。萬戶。市場占有率約為市場占有率約為40%。n目前韓國的寬帶普及率已達目前韓國的寬帶普及率已達20%，位于國際，位于國際前列，預(yù)計前列，預(yù)計2007 年底將實現(xiàn)年底將實現(xiàn)100%的家庭寬帶的家庭寬帶接入。接入。光纖光學(xué)及其技術(shù)光纖光學(xué)及其技術(shù)中國已有運營商中國已有運營商- 制造廠和政府在推動制造廠和政府在推動FTTH商用試商用試驗。例如：驗。例如：n武漢光谷工作小組實施武漢長飛公寓試點實現(xiàn)了武漢光谷工作小組實施武漢長飛公寓試點實現(xiàn)了158 戶的戶的三網(wǎng)融合。三網(wǎng)融合。n武漢電信紫菘小區(qū)武漢電信紫菘小區(qū)FTTH工程，該工程首期容量為工程，該工程首期容量為400余戶。余戶。北京網(wǎng)通的北京網(wǎng)通的EP