光導(dǎo)纖維玻璃

1、光導(dǎo)纖維玻璃趙靜 127217521光導(dǎo)纖維簡介定義：光導(dǎo)纖維又稱導(dǎo)光纖維、光學(xué)纖維，是一種把光能閉合在纖維中而產(chǎn)生導(dǎo)光作用的纖維。由兩種或兩種以上折射率不同的透明材料通過特殊復(fù)合技術(shù)制成的復(fù)合纖維直徑只有1100m左右。 組成：由實際起著導(dǎo)光作用的芯材和能將光能閉合于芯材之中的皮層構(gòu)成。即纖芯、包層和涂覆層三部分。原料：纖芯由高透明固體材料（高純二氧化硅玻璃、多組分玻璃、塑料等）制成，包層由折射率相對纖芯低的石英玻璃、多組分玻璃、塑料制成。 2纖芯：纖芯位于光纖的中心部位（直徑d1約為9-50nm），其成份是高純度的二氧化硅。包層：包層位于纖芯的周圍（直徑d2約125nm），其成份也是含有極

2、少量摻雜劑的高純度二氧化硅。涂覆層：光纖的最外層是由丙烯酸酯、硅橡膠和尼龍組成的涂覆層，其作用是增加光纖的機械強度與可彎曲性。3光導(dǎo)纖維的發(fā)展發(fā)明和使用1870年英國物理學(xué)家丁達(dá)爾到皇家學(xué)會的演講廳講光的全反射原理，利用實驗：在裝滿水的木桶上鉆個孔，然后用燈從桶上邊把水照亮。結(jié)果是放光的水從水桶的小孔里流了出來，水流彎曲，光線也跟著彎曲，光居然被彎彎曲曲的水俘獲了。之后人們造出一種透明度很高、粗細(xì)像蜘蛛絲一樣的玻璃絲-玻璃纖維，由于這種纖維能夠用來傳輸光線，所以稱它為光導(dǎo)纖維。光纖的歷史1880年 Alexandra Graham Bell發(fā)明光束通話傳1960年 電射及光纖之發(fā)明1977年

3、首次實際安裝電話光纖網(wǎng)路1978年 FORT在法國首次安裝其生產(chǎn)之光纖電1990年 區(qū)域網(wǎng)路及其他短距離傳輸應(yīng)用之光纖2000年 到屋邊光纖=到桌邊光纖2005年 FTTH (Fiber To The Home)光纖直接到家庭4光導(dǎo)纖維的類型按傳輸模式分：多模光纖和單模光纖。按傳播波長的長短分:短波長光纖(傳輸波長為0.8-0.9m）、長波長光纖(傳輸波長為1.3-1.6m）。按纖芯材料組成分：石英光線、多組分玻璃光纖和塑料光纖。此外還有些特種光纖，如摻稀土光纖、紅外光纖、發(fā)光光纖等。按折射率分：階躍型（SI）和漸變型（GI）光纖。5SI光纖的纖芯和包層部分折射率均保持不變，而在纖芯與包層的界

4、面處折射率發(fā)生突變。GI光纖包層折射率不變，纖芯部分折射率沿徑向逐漸變小。其中SI只適用于短距離、小容量的通訊系統(tǒng)。GI適用于遠(yuǎn)程距離，但成本較高，現(xiàn)在多模光纖多為GI光纖。多模光纖：光纖芯徑大（50-100m）或數(shù)值孔徑大的光纖中，允許多個具有不同入射角的光線進(jìn)入光纖傳播，即光纖中有多個傳輸模式。單模光纖：當(dāng)光纖芯徑較小（8-10m）或數(shù)值孔徑小時，將只允許與光纖軸一致的光纖進(jìn)入光纖傳播。其中多模光纖傳輸?shù)木嚯x較近，單模光纖適用于遠(yuǎn)程通訊。6光導(dǎo)纖維對玻璃材料的要求 光導(dǎo)纖維是由玻璃材料經(jīng)加熱拉伸并迅速冷卻制成的。這種方式所形成的玻璃纖維與同成分的塊狀玻璃在光學(xué)和熱學(xué)性能上常會發(fā)生較大的差異

5、:由于在玻璃纖維中要求包皮玻璃和芯玻璃有大面積的粘結(jié)，而且在拉制纖維的高溫下，包皮玻璃和芯玻璃還會相互作用，因而，所用玻璃的熱學(xué)性質(zhì)和機械性質(zhì)的差別都將影響纖維制品的強度。 7(1)折射率芯和皮玻璃的折射率要滿足數(shù)值孔徑的要求，如通訊纖維、激光纖維和光電儀器等，對光導(dǎo)纖維要求數(shù)值孔徑位于0.01 3.0之間。 (2)光透過率對制造纖維的芯、皮玻璃的透明性有特別高的要求，其光吸收系數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于0.001 cm-1。(3)玻璃缺陷 不允許有氣泡、條紋和任何夾雜物等存在。8(1)粘度有適宜的溫度粘度曲線，能夠拉制纖維制品。在工作溫度區(qū)范圍內(nèi)，芯、皮玻璃的粘度相近。(2)軟化點有較高的軟化點，能燒去粘附

6、在纖維上的有機雜質(zhì)，而且在加熱操作中，光學(xué)參數(shù)不易變化。(3)熱膨脹系數(shù)芯玻璃的線膨脹系數(shù)稍大于皮玻璃時，可制“結(jié)實”的纖維制品。當(dāng) 45 10 -7 K -1時，能制得最“結(jié)實”的纖維元件。(4)玻璃組成芯玻璃和皮玻璃要有相同的基本成分；對于激光纖維則應(yīng)引入釹、鈥和鐿等氧化物；對于熒光纖維(用紫外、X射線、高能粒子激發(fā)后能發(fā)射熒光)要引入熒光活化劑。(5)光纖玻璃的相容性在制造光纖元件時，芯皮邊界在各制造工序中均不產(chǎn)生析晶、乳化、發(fā)泡、生色等干擾傳光的現(xiàn)象。粘度 軟化點 熱膨脹系數(shù) 玻璃組成 光纖玻璃的相容性 光纖對玻璃物化性能要求9光纖的導(dǎo)光原理光纖是利用光的全反射特性來導(dǎo)光的。在物理中當(dāng)

7、光從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播，由于它們在不同介質(zhì)中傳輸速率不一樣，因此，當(dāng)通過兩個不同的介質(zhì)交界面就會發(fā)生折射。10若有兩種不同介質(zhì)，其折射率分別為n0,n1，而且n1n0,折射率小的稱光疏煤質(zhì)，折射率大的稱光密煤質(zhì)；假定光線從光疏煤質(zhì)射向光密煤質(zhì)，其折射情況如圖所示。圖中，入射角為i,為入射光線與法線NN夾角，折射角為r,為折射光線與NN夾角：由圖可見，ri11若使光束從光密煤質(zhì)射向光疏煤質(zhì)時，則折射角大于入射角，如圖所示。如果不斷增加可使折射角r達(dá)到90,這時的r稱為臨界角。當(dāng)光線從光密煤質(zhì)射向光疏煤質(zhì)，且入射角大于臨界角時，就會產(chǎn)生全反射現(xiàn)象。光纖就是利用這種全反射來傳輸光信號的。臨界角

8、和光線的全反射12光在階躍光纖中的傳播軌跡，即按“之”的形狀傳播及沿纖芯與包層的分界面掠過，如下圖所示：在制造光纖時，使光纖纖芯的折射率高，在外面涂上一包屏層，可使折射率降低；當(dāng)選擇一定的角度時，射入纖芯的光束將會全部返回纖芯中。13工業(yè)宇航交通其它14 通信領(lǐng)域 光導(dǎo)纖維最廣泛的應(yīng)用在通信領(lǐng)域，即光導(dǎo)纖維通信。作為光源的激光方向性強頻率高，是進(jìn)行光通信的理想光源；光波頻帶寬，與電波通信相比，能提供更多的通信通路，可滿足大容量通信系統(tǒng)的要求。因此，光纖通信與衛(wèi)星通信一并成為通信領(lǐng)域里最活躍的兩種通信方式。 15照明和光能傳送領(lǐng)域在照明和光能傳送方面，利用光導(dǎo)纖維短距離可以實現(xiàn)一個光源多點照明，

9、光纜照明。由于光導(dǎo)纖維柔軟易彎曲變形，可做成任何形狀，以及耗電少光質(zhì)穩(wěn)定光澤柔和色彩廣泛，是未來的最佳燈具。 此外，還可用于易燃易爆潮濕和腐、蝕性強的環(huán)境中不宜架設(shè)輸電線及電氣照明的地方作為安全光源。16軍事領(lǐng)域在國防軍事上，光導(dǎo)纖維也有廣泛的應(yīng)用，可以用光導(dǎo)纖維來制成纖維光學(xué)潛望鏡，裝備在潛艇坦克和飛機上。光纖通訊的另一特點是其保密性好、不受干擾且無法竊聽，這一優(yōu)點使其廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。 17醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 在醫(yī)學(xué)上，光導(dǎo)纖、維可以用于食道直腸膀胱子宮胃等深部探查內(nèi)窺鏡（胃鏡血管鏡等）的光學(xué)組件和不必切開皮肉直接插入身體內(nèi)部，切除癌瘤組織的外科手術(shù)激光刀，即由光導(dǎo)纖維將激光傳遞至手術(shù)部位。宇航飛秒激光 18工業(yè)領(lǐng)域 在工業(yè)上，可傳輸激光進(jìn)行機械加工；制成各種傳感器用于測量壓力、溫度、流量、等，也可用于工廠、辦公自動化、機器內(nèi)及機器間的信號傳送、光電開關(guān)、光敏組件等。此外，光纜可不受雷電的侵?jǐn)_而正常工作，從而保護(hù)與之聯(lián)結(jié)的家電和精密儀器免遭雷擊損壞。