激光和光纖材料

1、激光和光纖材料第1頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五2光纖材料2激光材料31第2頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五第一節(jié) 激光材料第3頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五4一、激光與激光器第4頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五第5頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五6一、激光及激光器概述20世紀(jì)四大發(fā)明： 原子能 計(jì)算機(jī) 半導(dǎo)體 激光器激光應(yīng)用通信：激光武器醫(yī)學(xué)第6頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五7英文名：LASER(Light Amplificatio

2、n by Stimulated Emission of Radiation) “鐳射”、“萊塞”中文名：1964年按照我國(guó)著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森建議將“光受激發(fā)射”改稱(chēng)“激光”“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”“最亮的光”奇異的激光小學(xué)五年級(jí)語(yǔ)文課文第7頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五激光器的誕生19世紀(jì)的科學(xué)家們進(jìn)行了關(guān)于電磁波的研究1905年愛(ài)因斯坦提出了光量子和光電效應(yīng)的概念，揭示了輻射的波粒二象性 1916年愛(ài)因斯坦提出了受激輻射的概念1900年普朗克引入的能量量子化的概念 基礎(chǔ)性、探索性研究第8頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五激光走向新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和

3、工程應(yīng)用階段1954年研制成第一臺(tái)微波激射器 1958年美國(guó)的Charles H.Townes和蘇聯(lián)的Nikolay G.Basov及Aleksandr M.Prokhorow等人提出了激光的概念和理論設(shè)計(jì)（1964年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）1960年美國(guó)的梅曼研制成功第一臺(tái)紅寶石激光器；賈萬(wàn)等人研制成氦氖激光器。我國(guó)的第一臺(tái)激光器于1961年在長(zhǎng)春光機(jī)所創(chuàng)制成功 第9頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五1965年，第一臺(tái)可產(chǎn)生大功率激光的器件-二氧化碳激光器誕生。 1967年，第一臺(tái)射線激光器研制成功。 第10頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五11二、激

4、光的特點(diǎn)及應(yīng)用1.方向性好：發(fā)散角?。杭す馄靼l(fā)射的激光，天生就是朝一個(gè)方向射出，光束的發(fā)散角極小，大約為0.001rad，接近平行。1962年，人類(lèi)第一次用激光照射月球，地球距離月球的距離大約為38萬(wàn)公里，但激光在月球表面的光斑不到兩公里；第11頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五12亮度高：由于激光的發(fā)射能力強(qiáng)和能量的高度集中，所以亮度很高，它比普通光源高億萬(wàn)倍，比太陽(yáng)表面的亮度高幾百億倍。亮度是衡量一個(gè)光源質(zhì)量的重要指標(biāo)，若將中等強(qiáng)度的激光束經(jīng)過(guò)會(huì)聚，可在焦點(diǎn)出產(chǎn)生幾千到幾萬(wàn)度的高溫。 激光能量在時(shí)間和空間上高度集中，能在極 小區(qū)域產(chǎn)生幾百萬(wàn)度的高溫。激光加工、激光手

5、術(shù)、激光武器等就利用了高亮度的特點(diǎn)。激光切割第12頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五132.單色性好：?jiǎn)紊院?：光的顏色由光的不同波長(zhǎng)決定，不同的顏色，是不同波長(zhǎng)的光作用于人的視覺(jué)的不同而反映出來(lái)。激光的波長(zhǎng)基本一致，譜線寬度很窄，顏色很純，單色性很好。由于這個(gè)特性，激光傳遞信息的容量大，實(shí)現(xiàn)光通信。第13頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五 計(jì)量工作的標(biāo)準(zhǔn)光源、激光通訊等利用了單色性好的特點(diǎn)。光纜第14頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五153.相干性好：相干性是所有波的共性，但由于各種光波的品質(zhì)不同，導(dǎo)致它們的相干性也有

6、高低之分。普通光是自發(fā)輻射光，不會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。激光不同于普通光源，它是受激輻射光，具有極強(qiáng)的相干性，所以稱(chēng)為相干光。相干條件（Coherent Condition）：振動(dòng)方向相同；振動(dòng)頻率相同；相位相同或相位差保持恒定那么在兩束光相遇的區(qū)域內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。第15頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五激光在信息領(lǐng)域的應(yīng)用激光在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用激光在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用激光在國(guó)防科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用激光的應(yīng)用第16頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五激光存儲(chǔ)激光通信激光計(jì)算機(jī)激光打印機(jī)激光在信息領(lǐng)域的應(yīng)用第17頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分

7、，星期五 上世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了一種新的存儲(chǔ)介質(zhì)光盤(pán)，由于它存儲(chǔ)密度高而被廣泛應(yīng)用于音響影視及計(jì)算機(jī)設(shè)備等領(lǐng)域，并逐漸取代磁帶、磁盤(pán)等存儲(chǔ)介質(zhì)。 光盤(pán)存儲(chǔ)第18頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五目前比較普及的直徑為12cm 的混合數(shù)據(jù) CDR 盤(pán)片，已可記錄700MB以上的用戶數(shù)據(jù)，激光束燒結(jié)的最小凹坑長(zhǎng)度小于l mm，采用波長(zhǎng)為 780790 nm 的紅外激光讀取數(shù)據(jù)。 光盤(pán)系統(tǒng)技術(shù)的研發(fā)始于20世紀(jì)50年代末期, 70 年代末期逐漸實(shí)現(xiàn)商品化. 在光盤(pán)記錄讀取設(shè)備中，光學(xué)系統(tǒng)可將激光會(huì)聚成比針尖還小的光束, 用這樣的光束在介質(zhì)上記錄的信息點(diǎn)的空間尺寸非常小.第19頁(yè)

8、，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五對(duì)直徑為12 cm 單面單層的 DVD盤(pán)片, 記錄數(shù)據(jù)量達(dá)到4.7 GB，激光束燒結(jié)的最小凹坑長(zhǎng)度小于0.5mm，采用波長(zhǎng)為635650 nm 的紅色激光讀取數(shù)據(jù)。光盤(pán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不僅數(shù)據(jù)記錄密度特別大，而且從光盤(pán)檢索和讀取數(shù)據(jù)的速度非?？?。 如讀取音樂(lè)或影像數(shù)據(jù)，每秒需讀取的信息點(diǎn)為 100萬(wàn)個(gè)到1 000萬(wàn)個(gè)。 此外, 光盤(pán)的實(shí)際使用壽命可以10年為單位計(jì)算。第20頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五DVD之后，光盤(pán)的主流向縮短激光器波長(zhǎng)和增大光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑的方向發(fā)展。如激光波長(zhǎng)短至400 nm左右（藍(lán)光段），數(shù)值

9、孔徑增至0 .8 0. 9，使用12 cm 光盤(pán)，單面單層容量可達(dá)到20G左右，這種光盤(pán)通常被統(tǒng)稱(chēng)為高密度DVD ( HDDVD)。 當(dāng)然，用更短波長(zhǎng)的激光和更大的數(shù)值孔徑來(lái)增加光盤(pán)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度是有限度的。目前普遍使用的聚碳酸酯盤(pán)基會(huì)對(duì)紫外光的傳輸產(chǎn)生損耗；在遠(yuǎn)場(chǎng)記錄的情況下，數(shù)值孔徑的理論極限值最大為1。 第21頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五激光全息存儲(chǔ)是20世紀(jì)60年代隨著激光全息技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種大容量高存儲(chǔ)密度的存儲(chǔ)方式。將全息技術(shù)運(yùn)用在存儲(chǔ)上面，理論上可以達(dá)到1000GB（1TB）以上的數(shù)據(jù)，目前的全息存儲(chǔ)產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了300GB的容量，是下一代DV

10、D存儲(chǔ)容量的6倍。特點(diǎn) 1.存儲(chǔ)容量大,可達(dá)TB級(jí)存儲(chǔ) 2.記錄速度快 3.信息不易丟失 4.可長(zhǎng)期保存 5.便于復(fù)制 6.可記錄立體影像激光全息存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)原理第22頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五激光全息圖第23頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五24激光全息防偽人民幣（建國(guó)50周年紀(jì)念幣）第24頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五現(xiàn)有的電子計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)不能滿足信息時(shí)代不斷發(fā)展的要求，于是人們將注意力轉(zhuǎn)移到光子計(jì)算機(jī)的研制上。所謂光子計(jì)算機(jī)，就是以光子作為主要信息載體，以光學(xué)系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)主體的一種新型計(jì)算機(jī)，光子計(jì)算機(jī)中的光

11、源是激光。理論上，光子計(jì)算機(jī)每秒可運(yùn)算1022（100萬(wàn)億）次，比當(dāng)今最好的電子計(jì)算機(jī)還要快1000倍以上。激光打印機(jī)是一種將激光掃描技術(shù)和電子顯像技術(shù)相結(jié)合的非擊打輸出設(shè)備。第25頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五以激光作為載體傳遞信息的一種通信方式。（1） 大氣激光通信構(gòu)造：調(diào)制器Laser放大器光電轉(zhuǎn)換器解調(diào)器放大器發(fā)射機(jī)接收機(jī)發(fā)話器受話器發(fā)射望遠(yuǎn)鏡接收望遠(yuǎn)鏡大氣傳輸?shù)?6頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通信輕便。保密性好，抗干擾 能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：在大氣中傳輸，激光衰減嚴(yán)重，天氣影響 大，且只能直線傳播，通信受到限制。第27

12、頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五（2）空間激光通信衛(wèi)星間的通信。在接近真空的環(huán)境下進(jìn)行的激光通信，如衛(wèi)星與激光在真空中傳播衰減小，可用小功率激光器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。 優(yōu)點(diǎn)：Laser第28頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五（3）水下（對(duì)潛）通信利用波長(zhǎng)為0.460.53m的蘭綠色激光（能穿透幾百到幾千米海水）在海水中進(jìn)行通信。美國(guó)于1981年在圣地亞哥附近海域上空1200米與水下300米處潛艇用蘭綠色激光通信并獲成功第29頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五（4） 激光光纖通信光導(dǎo)纖維光纜光放大器光纜武漢傳導(dǎo)原理：全反射讓載

13、有信號(hào)的激光束通過(guò)光導(dǎo)纖維傳輸至對(duì)方以實(shí)現(xiàn)通信的方法。第30頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五激光光纖通訊由于光波的頻率比電波的頻率高好幾個(gè)數(shù)量級(jí), 一根極細(xì)的光纖能承載的信息量，相當(dāng)于圖片中這么粗的電纜所能承載的信息量.第31頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五主要分三類(lèi)：激光生命科學(xué)研究激光診斷激光治療醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用利用高亮度激光束產(chǎn)生的熱效應(yīng)，以及單色性好的激光束產(chǎn)生的生物效應(yīng)可以治療疾病?，F(xiàn)在，激光技術(shù)已成為醫(yī)學(xué)中的新技術(shù)，并且開(kāi)始形成一個(gè)新醫(yī)學(xué)分支激光醫(yī)學(xué)。它可以醫(yī)治包括眼科、婦科、皮膚科、內(nèi)科、腫瘤科在內(nèi)200多種疾病第32頁(yè)，共136

14、頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五激光醫(yī)療機(jī)第33頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五聚焦起來(lái)的激光束內(nèi)光功率密度可以極高。如一臺(tái)普通激光器，它在1ms 內(nèi)發(fā)射100 J光能量，光束發(fā)散角 。用焦距1cm的透鏡聚焦，在焦點(diǎn)上的光功率密度約為材料對(duì)激光的反射率視波長(zhǎng)的不同而不同，數(shù)值在 0.50 0. 98。激光在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用激光機(jī)械加工用透鏡聚集太陽(yáng)光可以點(diǎn)燃火柴和紙片。激光的亮度比照射到地球表面的太陽(yáng)光高千萬(wàn)億倍，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚集，能使材料瞬間熔化，可用做多種機(jī)械加工。激光的相干性極好，用光學(xué)系統(tǒng)可以聚焦成很小的光點(diǎn)，能做精密光刻，制造納米材料等。 第34頁(yè)

15、，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五即使材料表面對(duì)光的吸收率為l %，它吸收的激光功率密度也有 ，這個(gè)數(shù)值足可以把大多數(shù)金屬瞬間加熱融化、氣化。 因此，用激光束可以在材料上打孔，可以對(duì)材料切割、焊接、劃片、雕刻、去重和表面淬火處理。用激光作這樣的機(jī)械加工，比用普通工具加工優(yōu)越： 與材料無(wú)實(shí)體機(jī)械接觸。避免出現(xiàn)工具磨損、斷裂等損耗以及造成的損耗和誤工，簡(jiǎn)化了裝夾和固定零件的問(wèn)題，還能在特殊條件下進(jìn)行加工以及自動(dòng)化操作加工。 引起零件發(fā)生的畸變量小。第35頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五 加工精度高。比如打孔，采用機(jī)械鉆孔技術(shù)，能夠加工的孔徑有限，不能

16、打出很小的孔。對(duì)于鋼材，鉆孔不能小于 0 . 1 mm；對(duì)陶瓷材料，鉆孔不能小于 0 . 5 mm。采用激光束打孔可以突破這些限制，在孔徑比為10左右時(shí)，可以加工直徑大約為 30mm 的孔。 節(jié)能。尤其是表面淬火處理，效果更為顯著。早期主要用激光做精細(xì)加工，后來(lái)出現(xiàn)工業(yè)型高功率CO2 激光器和 Nd : YAG 激光器，開(kāi)展了大型機(jī)械加工，比如汽車(chē)工業(yè)中的底盤(pán)切割和焊接、齒輪焊接、發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸熱處理；石油工業(yè)中的鉆頭和抽油管的熱處理等，生產(chǎn)實(shí)踐表明收到了相當(dāng)好的經(jīng)濟(jì)效益.第36頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五激光表面質(zhì)量檢測(cè) 質(zhì)量檢測(cè)是保證產(chǎn)品質(zhì)量合格率的重要手段。以往

17、磁帶、玻璃、紡織品、電子線路元件等表面的疵點(diǎn)、壓痕、裂紋、氣泡、針孔等缺陷,主要靠眼力檢測(cè)。以激光的相干性和單色性為基礎(chǔ)的檢查技術(shù)，檢查速度快，漏檢率低，還可以在生產(chǎn)線上進(jìn)行檢查和分類(lèi)。利用激光全息技術(shù)可以不用解剖樣品而直接探出零件內(nèi)部是否存在缺陷，以及缺陷的位置、大小，這就是所謂激光無(wú)損檢測(cè)。芯片焊接無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng) 第37頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五飛機(jī)用的輪胎由這種方法檢測(cè),能夠可靠地保證輪胎質(zhì)量.做法是,先拍輪胎未打足氣時(shí)的激光全息片,然后再拍打足氣時(shí)的全息照片.如果輪胎內(nèi)部沒(méi)有缺陷,兩張全息照片再現(xiàn)光波形成的干涉條紋分布均勻;如果存在缺陷,在相應(yīng)部位的干涉條

18、紋發(fā)生畸變.利用激光全息技術(shù)也能方便地檢測(cè)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)形度，幫助設(shè)計(jì)人員了解產(chǎn)品中的薄弱環(huán)節(jié)，改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 第38頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五激光偵測(cè)激光制導(dǎo)激光武器 激光在國(guó)防科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第39頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五LaserA 激光警衛(wèi)光電探測(cè)器夜色降臨，海面上有一無(wú)形的，視而不見(jiàn)，觸而不覺(jué)的哨兵-紅外激光探測(cè)器監(jiān)視著海面，當(dāng)有不速之客到來(lái)，光線擋斷，光電探測(cè)器探測(cè)不到激光而進(jìn)行聲光報(bào)警。Laser第40頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五B 激光測(cè)距原理：主要構(gòu)造：激光發(fā)射器；電源和顯

19、示裝置。激光接收器；記時(shí)器電源放大器光電轉(zhuǎn)換 器距離顯示器Laser激光發(fā)射器；激光接收器；射向目標(biāo)來(lái)自目標(biāo)參考光第41頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五C 激光偵察“室內(nèi)講話，墻外有耳”第42頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五 利用激光控制炸彈、炮彈、導(dǎo)彈，使這之“長(zhǎng)上眼睛”，盯住目標(biāo)，窮追不舍，直到將它消滅。裝置：A-激光照射器；B-導(dǎo)彈發(fā)射器；C-尾部帶有激光接 收器的制導(dǎo)導(dǎo)彈。ACBC第43頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五伊朗重磅激光制導(dǎo)炸彈“使者” 第44頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期

20、五我國(guó)“雷霆”-2型500公斤級(jí)激光制導(dǎo)炸彈第45頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五Laser直接利用高度集中的激光能量對(duì)敵人和敵人的武器進(jìn)行殺傷、破壞的武器。特點(diǎn)：1）不需計(jì)算彈導(dǎo)，“指哪打哪”。2）不需計(jì)算提前量，“說(shuō)時(shí)遲，那時(shí)快”。特 別適合攻擊高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)。3）無(wú)反沖之?dāng)_；4）不受電子干擾。受天氣影響，云霧、雨雪都有是激光難以逾越的障礙。局限：第46頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五美國(guó)勞倫斯利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行固態(tài)激光實(shí)驗(yàn)，10千瓦的激光束用1/4秒的時(shí)間將鋁板燒成這樣，足夠摧毀迫擊炮彈 第47頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2

21、點(diǎn)25分，星期五A 低能激光武器（激光輕武器、單兵激光武器）第一支激光槍是用紅寶石激光器制成的可在近距離內(nèi)燒毀衣服、皮膚，也可使人在不知不覺(jué)中致盲，破壞敵方夜視儀、測(cè)距儀等光電傳感器且無(wú)聲響。用途：第48頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五97-3式激光槍 （部分）第49頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五第50頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五第51頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五現(xiàn)狀：1978年就制造出來(lái)了第一支激光槍。美國(guó)研制的AN/PLQ-5激光對(duì)抗裝置，安裝在M16A2步槍上，總重11.6k

22、g，電池包重7.6kg，可提供發(fā)射3000次的電力。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中已將其布置在戰(zhàn)場(chǎng)上。據(jù)稱(chēng)可破壞2km外敵方光學(xué)傳感器，對(duì)人當(dāng)然可起到致盲作用。美國(guó)洛克希德.桑德斯公司開(kāi)發(fā)的AN/PLQ-5激光對(duì)抗裝置。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中亮相。第52頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五“魟魚(yú)”激光致盲武器1982年開(kāi)始研制，1990年1-3月在野外試驗(yàn)成功，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中裝配在美軍第七步兵師，參加了“沙漠盾牌”和“沙漠風(fēng)暴”作戰(zhàn)。激光眩目瞄準(zhǔn)具（英國(guó)） 是一種激光致盲瞄準(zhǔn)具，1982年馬島戰(zhàn)爭(zhēng)期間安裝在“競(jìng)技神”號(hào)戰(zhàn)艦上，不料實(shí)戰(zhàn)中效果良好，造成3架阿根廷飛機(jī)失事。所有這一切均是保密的。直至1989年

23、英軍艦“考文垂”號(hào)上因帆布未蓋好才被記者拍下照片，1990年公布于世。第53頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五第54頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五B 高能激光武器（激光炮）利用高功能激光摧毀敵方衛(wèi)星、導(dǎo)彈、飛機(jī)、坦克等大型目標(biāo)的武器。（現(xiàn)仍在研制階段）第55頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五美國(guó)和以色列兩國(guó)研制的移動(dòng)戰(zhàn)術(shù)高能激光武器 第56頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五 激光農(nóng)業(yè)1 育種生物組織吸收激光能量后, 將引起生物體發(fā)生光-生物熱效應(yīng)、生物光壓效應(yīng)、生物光化學(xué)效應(yīng)、生物電磁效應(yīng)和生物

24、刺激效應(yīng), 由此會(huì)引起生物遺傳異變. 基于這個(gè)道理, 現(xiàn)在激光在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上已取得了相當(dāng)好的效果.水稻、小麥等種子在播種前用激光照射, 會(huì)使之提早發(fā)芽、秧苗粗壯且生長(zhǎng)加快，種植后分孽增多、抗病害能力增強(qiáng)、提早成熟、稻穗粒數(shù)增多，亦即收成增加. 第57頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五2 改良水果用激光照射蔬菜、果樹(shù)等, 可提高產(chǎn)量和改善品質(zhì).一種稱(chēng)為沙子早生的桃樹(shù)，果子肉厚甜嫩但它的雄花蕊發(fā)育不完全，不能很好地自身授粉，因此產(chǎn)量不高?，F(xiàn)在采用激光技術(shù)已把它改造了過(guò)來(lái)，育出稱(chēng)為沙激1號(hào)和沙激2號(hào)新品種，其座果率達(dá)85 %，產(chǎn)量提高4 倍。而且果肉更厚更甜，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)天門(mén)冬氨酸

25、的含量也提高1535%。 沙田柚也是一種佳果，果肉嫩而蜜甜，但它有一個(gè)缺點(diǎn), 果實(shí)內(nèi)的籽太多, 每個(gè)果內(nèi)平均有140150粒.第58頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五現(xiàn)在用激光技術(shù)對(duì)它進(jìn)行了改造, 果內(nèi)的籽大大減少，還有約10 的果內(nèi)沒(méi)有籽, 產(chǎn)量也獲得提高, 平均一棵樹(shù)多收1倍的柚子。激光技術(shù)也能提高畜牧、漁業(yè)生產(chǎn)能力。孵化前用激光照射蛋種, 可以提高孵化率。用激光照射過(guò)的牲畜精子，活力增強(qiáng)，有效保存期加長(zhǎng)，提高了人工授精繁殖牲畜的能力。 激光照射可以改善魚(yú)的生活習(xí)性，提高它對(duì)生活環(huán)境的適應(yīng)能力及抗病害的能力。第59頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，

26、星期五二.激光原理電光是如何轉(zhuǎn)換的？60(a)：自發(fā)輻射 處于高能級(jí)態(tài)的原子自發(fā)躍遷到低能級(jí)態(tài)，并同時(shí)向外輻射出一個(gè)光子；宏觀表現(xiàn)：發(fā)光光子能量：第60頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五61(b)：受激吸收 處于低能級(jí)態(tài)的原子在一定條件下的輻射場(chǎng)作用下，吸收一個(gè)光子， 躍遷到高能級(jí)態(tài)；宏觀表現(xiàn)：光被吸收第61頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五62(c)：受激輻射 處于高能級(jí)態(tài)的原子在一定條件下的輻射場(chǎng)作用下，躍遷到低能級(jí)態(tài)，并同時(shí)輻射出一個(gè)與入射光子完全一樣的光子。宏觀表現(xiàn)：光被放大第62頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五

27、自發(fā)輻射與受激輻射的區(qū)別自發(fā)輻射：完全是一種隨機(jī)過(guò)程，各發(fā)光原子的發(fā)光過(guò)程各自獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)，即所輻射的光在發(fā)射方向上是無(wú)規(guī)則的射向四面八方，另外位相、偏振狀態(tài)也各不相同。由于激發(fā)能級(jí)有一個(gè)寬度，所以發(fā)射光的頻率也不是單一的，而有一個(gè)范圍。受激輻射： 原子可發(fā)出與誘發(fā)光子全同的光子，不僅頻率（能量）相同，而且發(fā)射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一樣。63第63頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五結(jié)論：受激輻射是產(chǎn)生激光的唯一渠道。64受激輻射占主導(dǎo)之必要條件；受激輻射受激吸收第64頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五實(shí)現(xiàn)受激輻射受激吸收的方法：65

28、使處在高能級(jí)的原子數(shù)目比處在低能級(jí)的多粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；如何從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？第65頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五泵浦源：用外界能量來(lái)激勵(lì)工作物質(zhì)，建立粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)、使粒子從低能級(jí)抽運(yùn)到高能級(jí)態(tài)的裝置泵浦方式：光激勵(lì)方式，氣體輝光放電或高頻放電方式，直接注入電子方式， 化學(xué)反應(yīng)方式還有熱激勵(lì)、沖擊波、電子束、核能等方式。第66頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五形成激光的三個(gè)條件 產(chǎn)生激光必要條件1. 實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) .使原子被激發(fā) .要實(shí)現(xiàn)光放大 工作物質(zhì) 光學(xué)諧振腔激勵(lì)能源 部分反射鏡 激勵(lì)能源 全反射鏡 激光輸出 工作物質(zhì) 光學(xué)諧振

29、腔L2：形成激光的三個(gè)條件第67頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五68三、激光器的基本結(jié)構(gòu)第68頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五常用激光器由三部分組成： 工作物質(zhì) 泵浦源 光學(xué)諧振腔激光工作物質(zhì)激勵(lì)能源諧振腔激光器結(jié)構(gòu)示意圖第69頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五70四、固體激光材料第70頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五常見(jiàn)激光器的種類(lèi)固體激光器（晶體、玻璃）氣體激光器（原子、分子、離子）液體激光器（用在液體中能發(fā)出熒光的有機(jī)染料分子作為激活劑）半導(dǎo)體激光器紅寶石激光器半導(dǎo)體激光器第71頁(yè)，共1

30、36頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五721、固體激光工作物質(zhì) 固體激光工作物質(zhì)由基質(zhì)材料和激活離子兩部分組成?；|(zhì)材料：其作用主要是為激活離子提供一個(gè)適當(dāng)?shù)木Ц駡?chǎng)。決定工作物質(zhì)的各種物理化學(xué)性質(zhì)；激活離子：發(fā)光中心，實(shí)際上是少量摻雜離子，稱(chēng)為激活離子。激光的波長(zhǎng)主要取決于激活離子的內(nèi)部能級(jí)結(jié)構(gòu)。第72頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五1-1、基質(zhì)材料基質(zhì)晶體優(yōu)點(diǎn)：熱導(dǎo)率高、硬度高、熒光譜線較窄。缺點(diǎn)：光學(xué)質(zhì)量和摻雜的均勻性較差。第73頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五741-1、基質(zhì)材料第74頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，

31、2點(diǎn)25分，星期五751-2、激活離子第75頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五2、紅寶石激光器紅寶石是在晶體氧化鋁(Al2O3)中摻入少量的Cr2O3，由Cr3+部分取代Al3+而成，激活離子Cr3+。晶體顏色為淡紅色，它是剛玉的一種。能級(jí)結(jié)構(gòu)：鉻失去的三個(gè)電子躍遷形成高能級(jí)電子，在光的激發(fā)下可受激發(fā)射而發(fā)光。76第76頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五2、紅寶石激光器第77頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五紅寶石激光器的工作過(guò)程紅寶石棒兩個(gè)端面精磨拋光，平行度在1（弧分）以內(nèi)，其中一個(gè)端面鍍銀，成為全反射面，另一個(gè)端面平

32、鍍銀，成為透射率10% 的部分反射面。激勵(lì)能源是光源螺旋形脈沖氙燈（現(xiàn)經(jīng)常采用直管氙燈），氙燈在綠色和藍(lán)色的光譜段有較強(qiáng)有光輸出，這正好同紅寶石的吸收光譜對(duì)應(yīng)起來(lái)。由氙閃光燈發(fā)出的光照射到紅寶石的側(cè)面，外有聚光器加強(qiáng)照射效果，閃光燈通常一次工作幾毫秒，輸入能量1000-2000J，閃光燈的大部分輸入能量耗散為熱，只有一部分變成光能為紅寶石所吸收，并轉(zhuǎn)移到其中Cr3+的相應(yīng)能級(jí)上。當(dāng)由氙燈輸入的能量超過(guò)激光器的閾值時(shí)，則每激勵(lì)一次，就有一束相干光從紅寶石的半鍍銀面射出，其波長(zhǎng)為 6943 A（紅光），譜線寬度小于0.1 A. 第78頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五紅寶石

33、激光器特點(diǎn)輸出694.3nm波長(zhǎng)的可見(jiàn)激光。光譜線寬0.010.1nm，光斑直徑為36mm。易于接收和檢測(cè)；晶體升溫時(shí)(大于50）時(shí)，熒光量子效率顯著下降，譜線寬度增大，使激光輸出水平下降甚至停振，故一般應(yīng)采取冷卻措施；激發(fā)效率較低，不適合連續(xù)工作；輸出發(fā)散角較大，一般約為310mrad第79頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五中國(guó)第一臺(tái)激光器-“小球照明紅寶石”激光器在當(dāng)時(shí)激發(fā)方式上，比國(guó)外激光器具有更好的激發(fā)效率第80頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五紅寶石激光器的應(yīng)用眼科：用于視網(wǎng)膜的焊接，治療青光眼，虹膜的切除等； 激光的首次在醫(yī)學(xué)上的成功

34、應(yīng)用是進(jìn)行眼內(nèi)手術(shù)，無(wú)需要切開(kāi)眼球。早在1962年，一臺(tái)紅寶石激光器將病人脫落的視網(wǎng)膜與眼球重新連接，使他恢復(fù)了視力。第81頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五紅寶石激光器醫(yī)學(xué)應(yīng)用皮膚科：用于照射治療； 激光去痣和激光美白：紅寶石激光器波長(zhǎng)為694.3nm的可見(jiàn)紅光，這種波長(zhǎng)的激光最不易被氧合血紅蛋白吸收，而黑色素對(duì)其吸收率較高。激光脫毛：臨床常用其長(zhǎng)脈沖模式，深入皮膚真皮層，破壞毛囊，永久性去除身體多余毛發(fā)；第82頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五全息術(shù)實(shí)驗(yàn)用紅寶石脈沖激光器拍攝的剛出殼的小雞的反射全息圖。 第83頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月

35、20日，2點(diǎn)25分，星期五第二節(jié) 光纖技術(shù)第84頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五古代通信(烽火臺(tái)的狼煙)、海上通信(手旗)一.光纖技術(shù)的歷史發(fā)展第85頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五對(duì)通信的迫切需求推動(dòng)了光纖的出現(xiàn)第86頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五從1876年發(fā)明電話到20世紀(jì)的60年代末，通信線路是銅制導(dǎo)線。我國(guó)采用的8管同軸電纜加上金屬護(hù)套，質(zhì)量達(dá)4噸/公里，有色金屬的消耗實(shí)在是太大。1929年和1930年，美國(guó)的哈納爾和德國(guó)的拉姆先后拉制出石英光纖且用于光線和圖像的短距離傳輸； 此時(shí)的光纖波導(dǎo)的理論和應(yīng)用技

36、術(shù)進(jìn)展相當(dāng)緩慢，主要原因是當(dāng)時(shí)光纖損耗太大，達(dá)到幾百甚至一千多分貝/公里，這種光纖對(duì)通信是毫無(wú)用處的。87第87頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五世界光纖之父：高錕 1966年，高錕博士發(fā)表了著名的論文“光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)”，明確提出通過(guò)改進(jìn)制備工藝，減少原材料雜質(zhì)，可使石英光纖的損耗大大下降，并有可能拉制出損耗低于20dB/km的光纖。高錕的工作是光纖通信領(lǐng)域的一個(gè)真正突破，具有里程碑意義。他明確了要解決的技術(shù)問(wèn)題及其方法。88第88頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五1970年，美國(guó)的康寧玻璃公司（Corning Glass Co.）率先將高

37、錕博士的科學(xué)預(yù)言變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，研制出在0.6328um波長(zhǎng)下?lián)p耗為20dB/km的石英光纖，取得了重要的技術(shù)突破。在短短幾十年時(shí)間里，光纖的損耗已由1000dB/km下降到0.16dB/km，致使光纖通信在世界范圍內(nèi)形成一個(gè)充滿活力的新興產(chǎn)業(yè)。89第89頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五20世紀(jì)的80年代中期，全世界范圍內(nèi)的光纖通信開(kāi)始走向?qū)嵱没?。石英玻璃光纖的質(zhì)量為27克/公里。原料廉價(jià)，傳輸損耗小，不受外界電磁干擾，保密性強(qiáng)。1993年后，全球范圍信息高速公路的建設(shè)。到2000年，世界光纖的年產(chǎn)量達(dá)到6000萬(wàn)公里以上，而已經(jīng)鋪設(shè)的光纖總長(zhǎng)度到達(dá)2億公里以上。正好印證了

38、電子到光電子的跨越。光纖的出現(xiàn)帶動(dòng)了集成光學(xué)的發(fā)展。90第90頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五二.光纖材料的基本概論第91頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五光纖的結(jié)構(gòu)、材料及制造工藝 1.光纖的結(jié)構(gòu) 光纖是一種絲狀的圓柱光波導(dǎo)，它將光封閉在其內(nèi)進(jìn)行傳遞。大家知道，光是一種電磁波，其傳播規(guī)律可由麥克斯韋方程來(lái)描述。當(dāng)它所傳播的空間中介質(zhì)的物理變化尺寸遠(yuǎn)大于光的波長(zhǎng)時(shí)，光的傳播可用簡(jiǎn)化了的射線理論描述。從射線光學(xué)的角度看，光纖是一種利用全反射原理進(jìn)行光信號(hào)傳遞的導(dǎo)波介質(zhì)。下面我們從射線光學(xué)的角度簡(jiǎn)單介紹一下光在光纖中的傳輸原理。 光在兩種均勻介質(zhì)分

39、界面上的行為如圖1.1所示， 第92頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五圖1.1 光的反射與折射 第93頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五 圖1.2所示，當(dāng)光線從折射率大的介質(zhì)進(jìn)入折射率小的介質(zhì)時(shí)，根據(jù)折射定律，折射角將大于入射角，當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也隨著增大，當(dāng)入射角增大到0時(shí)，折射角等于90，0被稱(chēng)為臨界角。由式(1.1)，臨界角為(1.2) 第94頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五 圖1.2 全反射過(guò)程示意圖 第95頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五 當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，光由兩介質(zhì)的界面全

40、部反射回原介質(zhì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為全反射。在全反射情況下，光能無(wú)損失地返回原介質(zhì)。顯然，只有當(dāng)光從折射率大的介質(zhì)進(jìn)入折射率小的介質(zhì)時(shí)，才能產(chǎn)生全反射。 光纖就是依據(jù)全反射原理構(gòu)造的一種光波導(dǎo)，為了將光信號(hào)封閉在光纖中傳輸，根據(jù)全反射原理，光纖從纖芯到纖芯外部，折射率應(yīng)有某種遞減的規(guī)律，以保證全反射現(xiàn)象的出現(xiàn)。 第96頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五 圖1.3為一種最基本的光纖結(jié)構(gòu)，這種光纖稱(chēng)為階躍光纖，其纖芯折射率n1大于包層折射率n2。光纖橫截面上折射率分布如下式：(1.3) 第97頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五圖1.3 階躍光纖的結(jié)構(gòu)及折射率

41、分布示意圖 第98頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五損耗定義: 光纖的損耗特性光纖損耗是通信距離的固有限制，在很大程度上決定著傳輸系統(tǒng)的中繼距離，損耗的降低依賴于工藝的提高和對(duì)石英材料的研究。若Pin是入纖的功率，則出纖功率Pout為：這里代表光纖損耗，L是光纖長(zhǎng)度，習(xí)慣上光纖的損耗通過(guò)下式用dB/km來(lái)表示：第99頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五第100頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五第101頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五第102頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五示

42、例對(duì)于理想的光纖，不會(huì)有任何的損耗，對(duì)應(yīng)的損耗系數(shù)為0dB/km，但在實(shí)際中這是不可能的。實(shí)際的低損耗光纖在900nm波長(zhǎng)處的損耗為3dB/km，這表示傳輸1km后信號(hào)光功率將損失50，2km后損失達(dá)75(損失了6dB)。之所以可以這樣進(jìn)行運(yùn)算，是因?yàn)橛梅重惐硎镜膿p耗具有可加性。第103頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五104三、光纖材料的組成第104頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五105第105頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五光纖的構(gòu)造纖芯：高純度SiO2+摻雜劑如GeO2等，2a：950m包層：高純度SiO2+摻雜

43、劑如B2O3，2b：125 m 涂覆層：環(huán)氧樹(shù)脂、硅橡膠和尼龍纖芯和包層都用石英作為基本材料，折射率差通過(guò)在纖芯和包層進(jìn)行不同的摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)。纖芯摻入Ge和P 折射率包層摻入B 折射率第106頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五纖芯的作用是傳導(dǎo)光波，包層的作用是將光波封閉在光纖中傳播。為了達(dá)到這一目的，需保證纖芯材料的折射率n1大于包層材料的折射率n2。目前通信應(yīng)用的光纖主要是石英玻璃光纖。其纖芯由摻有折射率比石英高的雜質(zhì)的石英材料作成，而包層則往往在石英中摻入比石英折射率低的雜質(zhì)。剛拉制出來(lái)的光纖就像普通玻璃絲一樣是很脆弱的。為了保護(hù)光纖，提高其機(jī)械強(qiáng)度，作為產(chǎn)品提供的光

44、纖都在剛拉制后經(jīng)過(guò)一道套塑工序，在其外表涂覆上一層甚至幾層塑料層。通常光纖的套塑方式有松套和緊套兩種。涂覆可以提高光纖的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)改善其抗水性能。第107頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五纖芯 core：折射率較高，用來(lái)傳送光；包層 coating：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件；保護(hù)套 jacket：強(qiáng)度大，能承受較大沖擊，保護(hù)光纖。第108頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五 外徑一般為125um(一根頭發(fā)平均100um)內(nèi)徑：?jiǎn)文?um 多模50/62.5um12595012562.5125光纖的尺寸第109頁(yè)，共136頁(yè)，2022

45、年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五光纖傳輸信息具有許多優(yōu)點(diǎn)：載頻為31014Hz，約為電視通信所用超高頻的100000倍，從而使信息載帶容量或帶寬激增；傳輸損耗很小，每單位傳輸距離只需要極少的放大器或中繼站。與金屬導(dǎo)線比起來(lái)，高頻率下光纖損耗低得多，它可以傳輸幾十公里乃至上百公里不必增加中繼器，而金屬同軸電纜沒(méi)有中繼器只能傳輸幾公里。在理論上，光纖可以傳送107路電視或1010路電話，可以把一個(gè)特大圖書(shū)館儲(chǔ)藏的全部圖書(shū)信息在短時(shí)間內(nèi)全部傳送完畢，其容量比金屬同軸電纜大5個(gè)數(shù)量級(jí)。第110頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五光纖是絕緣體，不受鄰近其它系統(tǒng)和其它物體產(chǎn)生雜散電

46、場(chǎng)的影響。因此不受干擾，基本上能防范電子間諜。 尺寸小、重量輕，有利于鋪設(shè)和運(yùn)輸。光纖的芯徑僅為單管同軸電纜的百分之一。8芯光纜直徑約10mm，而標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜為47mm。這樣可以解決地下管網(wǎng)由于通信電纜太多而造成的擁擠問(wèn)題。光纖材料主要是石英(SiO2)，它在地球上非常豐富。第111頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五缺點(diǎn) 光纖的塑性差（受外力時(shí)不能一直延伸，外力過(guò)大時(shí)會(huì)折斷）。注意：雖然光纖堅(jiān)硬且彎曲靈活，強(qiáng)度大，但如果光纖表面有裂紋，光纖就易損傷（脆，塑料涂層的作用就是防止光纖表面受到損傷）。 此外，切斷與連接操作要求高。第112頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日

47、，2點(diǎn)25分，星期五光纖材料的種類(lèi)選材的準(zhǔn)則：1. 能拉長(zhǎng)、拉細(xì)、具有一定的柔韌性、可卷繞2. 在特定波長(zhǎng)損耗低3. 能使纖芯的折射率略高于包層，滿足波導(dǎo)條件按材料分類(lèi)：1. 無(wú)源玻璃纖維；2. 有源玻璃纖維；3. 塑料纖維第113頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五無(wú)源玻璃纖維玻璃纖維的主材：SiO2 - 物理和化學(xué)穩(wěn)定性好- 對(duì)通信光波段的透明性好折射率差的引入：通過(guò)在SiO2中摻入不同雜質(zhì)增加非線性效應(yīng)：通過(guò)摻入硫族元素GeO2-SiO2纖芯，SiO2包層P2O5-SiO2纖芯，SiO2包層SiO2纖芯，B2O3-SiO2包層在0.28mm具有極低損耗第114頁(yè)，共

48、136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五有源玻璃纖維有源光纖：在SiO2中摻入稀土元素 (如：鉺)- 光纖放大器 (如：摻鉺光纖放大器)第115頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五塑料光纖聚合物(塑料)光纖(POF)：用于用戶接入。盡管塑料光纖與玻璃光纖相比有更大的信號(hào)衰減，但韌性好，更為耐用直徑大1020倍，連接時(shí)允許一定的差錯(cuò)，而不致?tīng)奚詈闲柿畠r(jià)的塑料注入成形技術(shù)，可用于制造光連接器、光分路器和收發(fā)設(shè)備。第116頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五光纖制造工藝 以石英光纖為例，實(shí)用的制造方法有內(nèi)氣相氧化法(IVPO)、外氣相氧化法

49、(OVPO)、改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)、氣相軸向沉積法(VAD)及等離子化學(xué)氣相沉積法(PCVD)等。歐美及我國(guó)主要采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法MCVD法，該法提高了反應(yīng)物濃度使沉積速率，比化學(xué)氣相沉積(CVD)法快100倍以上，并且可在數(shù)小時(shí)內(nèi)將預(yù)制件拉成幾公里長(zhǎng)的多模纖維，由于簡(jiǎn)單實(shí)用，已成為常規(guī)的光纖生產(chǎn)方法。日本則開(kāi)發(fā)氣相軸向沉積法VAD工藝，除回收率高外，還可制成大型預(yù)制件(達(dá)2500g，可拉制50m芯徑的光纖580km)，可采用低純?cè)?。?17頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五許多廠家均以SiCl4為原料生產(chǎn)石英光纖，原因是Fe、Ni、Cu等氯化物易于

50、用精餾法除去。某些多晶硅生產(chǎn)廠家在用SiHCl3氫還原生產(chǎn)多晶硅的過(guò)程中產(chǎn)生大約30的副產(chǎn)物SiCl4，用這種副產(chǎn)物生產(chǎn)光纖顯著降低了成本。為了獲得纖芯與包層折射指數(shù)呈階躍變化(SI型)或梯度變化(GI型)的光纖，生產(chǎn)芯料時(shí)皆在高純SiCl4(99.9999)中加入百分之幾的GeCl4，也有摻鍺烷的。第118頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五四.光纖的應(yīng)用(一)通信(二)傳感器第119頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五光通信網(wǎng)有：(1)、全球海底網(wǎng)絡(luò)：性能要求高的網(wǎng)絡(luò)第一條國(guó)際海底光纖：連接英格蘭和比利時(shí)，1986年鋪設(shè)。第一條跨大西洋海底光纜（

51、TAT-8）：1988年鋪設(shè)，由AT&T、英國(guó)電信、法國(guó)電信等共同進(jìn)行，長(zhǎng)度5600km，載8萬(wàn)個(gè)語(yǔ)音信道，單模光纖，波長(zhǎng)1300nm，（光電光）再生中繼器1個(gè)/50km，并用能傳輸1.6A電流的單獨(dú)導(dǎo)線為中繼器供電（缺點(diǎn)）。 1996年連接美國(guó)和歐洲的TAT-12和TAT-13用波分復(fù)用(Wavelength- division Multiplexing)技術(shù)提高運(yùn)載能力，為30萬(wàn)個(gè)信道。 。通信網(wǎng)絡(luò)第120頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五全球海底光纖系統(tǒng)第121頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五(2)、陸地網(wǎng)絡(luò)陸地網(wǎng)絡(luò)比海底網(wǎng)絡(luò)的性能要求低

52、。典型例是泛歐光纖網(wǎng)絡(luò)：使用波分復(fù)用技術(shù)，覆蓋整個(gè)歐洲，已成功將1610Gbps的信號(hào)傳輸500km(16是波長(zhǎng)數(shù)，10Gbps是單波長(zhǎng)信道能力)?，F(xiàn)在，信息傳輸容量已達(dá)到數(shù)Tbps，如2001年達(dá)到1Tbps，2003年1.52Tb/s（距離8000km9000km），至2010年可達(dá)10Tb/s（當(dāng)然需要相應(yīng)性能的器件和光纖傳輸系統(tǒng)）。 ;(3)、衛(wèi)星系統(tǒng)與光纖網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星通信可連接地球上的任何點(diǎn)，其不足是：傳輸能力不如光纖（光纖達(dá)50Tbps）；衛(wèi)星信號(hào)延遲大（信號(hào)從地面到衛(wèi)星，再?gòu)男l(wèi)星回地面，距離遠(yuǎn)大于光纖傳輸）；受大氣條件影響大（光纖受影響小）。光纖網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星系統(tǒng)結(jié)合，可取長(zhǎng)補(bǔ)短。第12

53、2頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五我國(guó)主干光纖網(wǎng)第123頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五2004.4，武漢電信與烽火公司聯(lián)合開(kāi)通“光纖到戶數(shù)字家庭”試點(diǎn)，家庭數(shù)字化進(jìn)程加快。2005.8，美國(guó)開(kāi)始大范圍部署光纖到戶。2014年全球FTTH用戶規(guī)模有望達(dá)到1.144億 溫州電信開(kāi)通“光纖到戶”3年將完成7成用戶端改造 新加坡2009年9月起啟動(dòng)全國(guó)FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè) 國(guó)內(nèi)光纖到戶的建設(shè)成本也已經(jīng)低于銅纜，現(xiàn)在分?jǐn)偟矫繎舻木€路成本已經(jīng)低于1000元，在武漢試點(diǎn)的費(fèi)用則是按包月收費(fèi)150元。 第124頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分

54、，星期五光纖到戶（FTTH）目前FTTH（還有FTTC、FTTD）的優(yōu)勢(shì)：一是無(wú)源網(wǎng)絡(luò)(不供電)；二是高帶寬、長(zhǎng)距離；三是承載業(yè)務(wù)的種類(lèi)多；四是支持的協(xié)議靈活。目前，世界數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，帶寬成為了瓶頸，而FTTH能解決該問(wèn)題。第125頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五 光纖傳感技術(shù)經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，已形成了一個(gè)巨大的傳感器家族，光纖傳感器有很多優(yōu)點(diǎn)： 抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本質(zhì)安全。 靈敏度高。 重量輕、體積小、可彎曲。 測(cè)量對(duì)象廣泛(雙刃劍:有竄擾)。 對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小，有利于在醫(yī)藥衛(wèi)生等具有復(fù)雜環(huán)境的領(lǐng)域中應(yīng)用。 便于復(fù)用，便于成網(wǎng)，可埋入結(jié)構(gòu)體內(nèi)。 成本低(器

55、件平均成本低,但系統(tǒng)成本較高)(二)光纖傳感器第126頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五127光纖傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為可測(cè)的光信號(hào)的裝置，由光發(fā)送器、敏感元件（光纖或非光纖的）、光接收器、信號(hào)處理系統(tǒng)及光纖構(gòu)成；第127頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五光纖計(jì)數(shù)器 被記數(shù)工件隨傳送帶移動(dòng)，一個(gè)工件從光纖斷開(kāi)處通過(guò)時(shí)，擋光一次，在光纖輸出端得到一個(gè)光脈沖，用記數(shù)電路和顯示裝置將通過(guò)光纖的工件數(shù)顯示出來(lái)。128第128頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)25分，星期五光纖法珀傳感器 光纖法珀傳感器（Fabry-Perot Sensor）是目前成熟、應(yīng)用廣泛的一種光纖傳感器。結(jié)構(gòu)：在光纖內(nèi)制造出兩個(gè)反射面，形成一個(gè)腔長(zhǎng)為L(zhǎng)的微腔。傳感原理：1當(dāng)相干光沿光纖入射到微腔時(shí)，在微腔的兩端面反射后沿原路返回，并產(chǎn)生干涉，其干涉信號(hào)與微腔的長(zhǎng)度相關(guān)；2當(dāng)外界量（力、變形、位移、溫度、電壓、電流、磁