石英光導(dǎo)纖維

1、石英光導(dǎo)纖維應(yīng)用化學(xué)4110043010孫紅主要內(nèi)容石英光纖的基本簡介石英光纖制造方法石英光纖的優(yōu)點(diǎn)石英光纖的應(yīng)用石英光纖的基本簡介 光導(dǎo)纖維是一種傳輸光能的波導(dǎo)介質(zhì)，一般由纖芯和包層光導(dǎo)纖維是一種傳輸光能的波導(dǎo)介質(zhì)，一般由纖芯和包層組成。組成。 光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的的纖維中的全反射全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。前原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。前香港中香港中文大學(xué)文大學(xué)校長高錕和校長高錕和George A. Hockham首先提出光纖可首先提出光纖可以用于通訊傳輸?shù)脑O(shè)想，高錕因此獲得以用于通訊傳輸?shù)脑O(shè)想，高錕因

2、此獲得2009年諾貝爾年諾貝爾物理學(xué)獎物理學(xué)獎。 石英光纖（石英光纖（Silica Fiber）是以）是以二氧化硅二氧化硅（SiO2）為主）為主要原料，并按不同的摻雜量，來控制纖芯和包層的折射率要原料，并按不同的摻雜量，來控制纖芯和包層的折射率分布的光纖。石英（玻璃）系列光纖，具有低耗、寬帶的分布的光纖。石英（玻璃）系列光纖，具有低耗、寬帶的特點(diǎn)，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于有線電視和通信系統(tǒng)。特點(diǎn)，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于有線電視和通信系統(tǒng)。 石英纖維的制造方法 管棒法管棒法將內(nèi)芯玻璃棒插入外層玻璃管中（盡量緊密），熔融拉絲； 雙坩堝法雙坩堝法在兩個(gè)同心鉑坩堝內(nèi)，將內(nèi)芯和外層玻璃料分別放入內(nèi)、外坩堝中； 融拉法

3、融拉法將光纖的拉絲裝置放到太空的微重力環(huán)境下去拉制，可以獲得地球上無法得到的超長的高質(zhì)量導(dǎo)光纖維 分子填充法分子填充法將微孔石英玻璃棒浸入高折射率的添加劑溶液中，得所需折射率分布的斷面結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行拉絲操作，它的工藝比較復(fù)雜。在光導(dǎo)纖維通信中還可用內(nèi)外氣相沉積法氣相沉積法等，以保證能制造出光損耗率低的光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維應(yīng)用時(shí)還要做成光纜，它是由數(shù)根光導(dǎo)纖維合并先組成光導(dǎo)纖維芯線，外面被覆塑料皮，再把光導(dǎo)纖維芯線組合成光纜，其中光導(dǎo)纖維的數(shù)目可以從幾十到幾百根，最大的達(dá)到4000根 太空太空光纖傳輸優(yōu)點(diǎn)光纖傳輸優(yōu)點(diǎn) 直到1960年，美國科學(xué)家Maiman發(fā)明了世界上第一臺激光器后，為光通訊提供了良

4、好的光源。隨后二十多年，人們對光傳輸介質(zhì)進(jìn)行了攻關(guān)，終于制成了低損耗光纖，從而奠定了光通訊的基石。從此，光通訊進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段。 光纖傳輸有許多突出的優(yōu)點(diǎn) 1、頻帶寬、頻帶寬 頻帶的寬窄代表傳輸容量的大小。載波的頻率越高，可以傳輸信號的頻帶寬度就越大。在VHF頻段，載波頻率為485MHz300Mhz。帶寬約250MHz，只能傳輸27套電視和幾十套調(diào)頻廣播?？梢姽獾念l率達(dá)100000GHz，比VHF頻段高出一百多萬倍。盡管由于光纖對不同頻率的光有不同的損耗，使頻帶寬度受到影響，但在最低損耗區(qū)的頻帶寬度也可達(dá)30000GHz。目前單個(gè)光源的帶寬只占了其中很小的一部分(多模光纖的頻帶約幾百兆赫，

5、好的單模光纖可達(dá)10GHz以上)，采用先進(jìn)的相干光通信可以在30000GHz范圍內(nèi)安排2000個(gè)光載波，進(jìn)行波分復(fù)用，可以容納上百萬個(gè)頻道。 2損耗低損耗低 在同軸電纜組成的系統(tǒng)中，最好的電纜在傳輸800MHz信號時(shí)，每公里的損耗都在40dB以上。相比之下，光導(dǎo)纖維的損耗則要小得多，傳輸1.31um的光，每公里損耗在035dB以下若傳輸1.55um的光，每公里損耗更小，可達(dá)02dB以下。這就比同軸電纜的功率損耗要小一億倍，使其能傳輸?shù)木嚯x要遠(yuǎn)得多。此外，光纖傳輸損耗還有兩個(gè)特點(diǎn)，一是在全部有線電視頻道內(nèi)具有相同的損耗，不需要像電纜干線那樣必須引入均衡器進(jìn)行均衡；二是其損耗幾乎不隨溫度而變，不用

6、擔(dān)心因環(huán)境溫度變化而造成干線電平的波動。 3重量輕重量輕 因?yàn)楣饫w非常細(xì)，單模光纖芯線直徑一般為4um10um，外徑也只有125um，加上防水層、加強(qiáng)筋、護(hù)套等，用448根光纖組成的光纜直徑還不到13mm，比標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜的直徑47mm要小得多，加上光纖是玻璃纖維，比重小，使它具有直徑小、重量輕的特點(diǎn)，安裝十分方便。 4抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng) 因?yàn)楣饫w的基本成分是石英，只傳光，不導(dǎo)電，不受電磁場的作用，在其中傳輸?shù)墓庑盘柌皇茈姶艌龅挠绊?，故光纖傳輸對電磁干擾、工業(yè)干擾有很強(qiáng)的抵御能力。也正因?yàn)槿绱?，在光纖中傳輸?shù)男盘柌灰妆桓`聽，因而利于保密。 5保真度高保真度高 因?yàn)楣饫w傳輸一般不需要中繼放大

7、，不會因?yàn)榉糯笠诵碌姆蔷€性失真。只要激光器的線性好，就可高保真地傳輸電視信號。實(shí)際測試表明，好的調(diào)幅光纖系統(tǒng)的載波組合三次差拍比C/CTB在70dB以上，交調(diào)指標(biāo)cM也在60dB以上，遠(yuǎn)高于一般電纜干線系統(tǒng)的非線性失真指標(biāo)。 6工作性能可靠工作性能可靠 我們知道，一個(gè)系統(tǒng)的可靠性與組成該系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量有關(guān)。設(shè)備越多，發(fā)生故障的機(jī)會越大。因?yàn)楣饫w系統(tǒng)包含的設(shè)備數(shù)量少(不像電纜系統(tǒng)那樣需要幾十個(gè)放大器)，可靠性自然也就高，加上光纖設(shè)備的壽命都很長，無故障工作時(shí)間達(dá)50萬75萬小時(shí)，其中壽命最短的是光發(fā)射機(jī)中的激光器，最低壽命也在10萬小時(shí)以上。故一個(gè)設(shè)計(jì)良好、正確安裝調(diào)試的光纖系統(tǒng)的工作性能是非

8、?？煽康?。石英光纖的用途 通信應(yīng)用通信應(yīng)用 光導(dǎo)纖維可以用在通信技術(shù)里。1979年9月，一條33公里的120路光纜通信系統(tǒng)在北京建成，幾年后上海、天津、武漢地也相繼鋪設(shè)了光纜線路，利用光導(dǎo)纖維進(jìn)行通信。 多股光導(dǎo)纖維做成的光纜可用于通信，它的傳導(dǎo)性能良好，傳輸信息容量大，一條通路可同時(shí)容納數(shù)十人通話?？梢酝瑫r(shí)傳送數(shù)十套電視節(jié)目，供自由選看。 利用光導(dǎo)纖維進(jìn)行的通信叫光纖通信。一對金屬電話線至多只能同時(shí)傳送一千多路電話，而根據(jù)理論計(jì)算，一對細(xì)如蛛絲的光導(dǎo)纖維可以同時(shí)通一百億路電話！鋪設(shè)1000公里的同軸電纜大約需要500噸銅，改用光纖通信只需幾公斤石英就可以了。 醫(yī)學(xué)應(yīng)用醫(yī)學(xué)應(yīng)用 光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡

9、可導(dǎo)入心臟和腦室，測量心臟中的血壓、血液中氧的飽和度、體溫等。用光導(dǎo)纖維連接的激光手術(shù)刀已在臨床應(yīng)用，并可用作光敏法治癌。 另外，利用光導(dǎo)纖維制成的內(nèi)窺鏡，可以幫助醫(yī)生檢查胃、食道、十二指腸等的疾病。光導(dǎo)纖維胃鏡是由上千根玻璃纖維組成的軟管，它有輸送光線、傳導(dǎo)圖像的本領(lǐng)，又有柔軟、靈活，可以任意彎曲等優(yōu)點(diǎn)，可以通過食道插入胃里。光導(dǎo)纖維把胃里的圖像傳出來，醫(yī)生就可以窺見胃里的情形，然后根據(jù)情況進(jìn) 行診斷和治療。 傳感器應(yīng)用傳感器應(yīng)用 光導(dǎo)纖維可以把陽光送到各個(gè)角落，還可以進(jìn)行機(jī)械加工。計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、汽車配電盤等也已成功地用光導(dǎo)纖維傳輸光源或圖像。如與敏感元件組合或利用本身的特性,則可以做成各種傳感器,測量壓力、流量、溫度、位移、光澤和顏色等。在能量傳輸和信息傳輸方面也獲得廣泛的應(yīng)用。 光纖藝術(shù)應(yīng)用光纖藝術(shù)應(yīng)用 由于光纖的良好的物理特性，光纖照明和LED照明已越來越成為藝術(shù)裝修美化的用途。應(yīng)用如下： 門