光电子技术光纤与光纤技术简介

1光纤与光纤制造工艺21.光纤简介2.光纤制造工艺3.主要光纤产品介绍4.光纤技术发展概况内容31.光纤简介41.光纤简介•什么是光纤（opticalfiber)？光纤是光导纤维的简称。光纤是以光脉冲的形式来传输信号，材质以玻璃或有机玻璃为主的网络传输介质。电信号光发送机光接受机电信号光纤5•光纤结构光纤由三部分组成：◆芯层（core）◆包层（cladding）◆涂覆层（coating）－内层（bufferlayer）－外层（toplayer）芯层:SiO2+Ge+F包层:SiO2+F内涂覆层:丙烯酸树脂外涂敷层:丙烯酸树脂1.光纤简介6•光纤分类光纤信号处理光纤通信用光纤非通信用光纤单模光纤（SM）多模光纤（MM）特种光纤光纤传感光纤测量其它光学系统1.光纤简介71.光纤简介•模式（mode）概念模式是指光的在光纤中的传输方式（电磁场分布形式）。光纤中能够传导的模式是由光纤结构参数所决定的。外界激励只能激励起光纤中允许存在的模式而不会改变模式的固有性质。模式是光波动方程的解。它对应于波动方程某一本征值并满足全部边界条件。每一个模式对应于沿光纤轴向传播的一种电磁波。8•单模与多模光纤阶跃型多模单模光纤1.光纤简介9•光纤几何尺寸★芯径单模光纤：10um;多模光纤：50um/62.5um★包层直径普通光纤：125um★涂覆层直径普通光纤内层－170～200um外层－245um1.光纤简介125um245um10•光纤工作原理光纤利用光在界面上的全反射原理进行工作。1.光纤简介11•光纤剖面折射率示意图多模芯层包层芯层包层G.652G.6551.光纤简介12•光纤通信原理光纤通信采用数字通信原理。010011010模拟信号数字信号模拟信号编码解码1.光纤简介13•光纤通信网络单信道全光中继数字通信光--电--光中继的数字通信1.光纤简介14•光纤通信特点1.光纤简介优点：信号损耗小，中继距离长；光纤为绝缘体不受电磁干扰；玻璃光纤不产生电磁场，保密性高；重量轻，易于施工和运输；缺点：光纤制造工艺复杂，生产成本较高；光纤连接复杂；配套光器件价格较高152.光纤制造工艺162.光纤制造工艺•光纤制造基本过程制棒拉丝性能测试玻璃加工清洗包装入库172.光纤制造工艺•预制棒介绍预制棒尺寸：－直径：φ60mm，φ80mm，φ150mm－长度：1m～2m制棒方法：－玻璃分相法－溶胶－凝胶法－气相沉积法预制棒要求：－高纯度；－准确的折射率分布182.光纤制造工艺•预制棒制造工艺气相沉积法管外法管内法管外汽相沉积法（OVD）汽相轴向沉积法（VAD）改进的管内化学气相沉积法（MCVD）等离子体管内化学气相沉积法（PCVD）192.光纤制造工艺•四种工艺在全球的大体市场份额10%28%32%30%VADOVDMCVDPCVD20•管外汽相沉积法（OVD）优点：沉积速率高、预制棒体积大、原料纯度要求较低、生产率高不足：折射率剖面粗糙、原料利用率低结论：擅长制造包层2.光纤制造工艺21•汽相轴向沉积法（VAD）优点：沉积速率高、预制棒体积大、原料纯度要求较低、生产率高不足：折射率剖面粗糙、原料利用率低结论：擅长制造包层2.光纤制造工艺22•改进的管内化学气相沉积法（MCVD）优点：投资少、操作运行较容易、工艺控制性好不足：原料利用率低、折射率剖面不够精确结论：擅长制造包层、纤芯制造仅次于PCVD2.光纤制造工艺23•等离子体管内化学气相沉积法（PCVD）优点：沉积层薄、工艺控制性强、折射率剖面精确原材料利用率高不足：原料要求纯度高、沉积速率低结论：擅长制造纤芯2.光纤制造工艺24•PCVD工艺的优势★原材料利用率高四氯化硅SiCl4～100%四氯化锗GeCl4～85％氟C2F6～90%----节约原材料，降低成本，有利环保★沉积层数高达3000层，可精确控制折射率的分布，可良好地对各类光纤的色散进行控制生产出世界一流水平的高带宽多模光纤以及复杂结构的单模光纤★不需P2O5掺杂，有利于1550nm的衰减★对氢损的影响不敏感2.光纤制造工艺25涂覆层石英套管石英衬管芯层包层包层沉积层石英管•PCVD工艺流程PCVD沉积芯棒测试套棒筛选成品包装光纤测试拉丝熔缩2.光纤制造工艺26•PCVD沉积反应机理SiCl4+O2→SiO2+2Cl2GeCl4+O2→GeO2+2Cl2优点*沉积层非常薄*工艺控制性强*折射率剖面精确*原材料利用率高2.光纤制造工艺谐振腔等离子体SiCl4+GeCl4+C2F6+O2石英管真空泵磁控管PCVD炉体27•熔缩设备经PCVD沉积好的管子在熔缩车床上熔缩成一实心预制棒。2.光纤制造工艺28•芯棒测试•套棒熔缩好的芯棒经设备测试确定芯棒质量2.光纤制造工艺29Fusiongroup1Fusiongroup2Furnace2.光纤制造工艺RITCoating1stCoating2ndFeederCapstanTake-upunitMeasurement1Measurement2PLC302.光纤制造工艺•拉丝31为保证成品光纤有足够的强度，光纤在筛选机上被施以一定的张力进行强度筛选。2.光纤制造工艺•筛选32经过强度试验后，合格光纤将进行传输性能和几何性能的测试。2.光纤制造工艺•测试与包装333.主要光纤产品343.主要光纤产品DCF光纤光纤普通光纤特种光纤单模光纤多模光纤保偏光纤大芯径光纤光子晶体光纤•产品分类353.主要光纤产品•普通单模光纤(G652A/B)特点：光纤中只传导基模；芯径小，传输带宽高；熔接和耦合困难，对光源要求高；制造工艺简单。单模光纤LP00CladdingCore363.主要光纤产品•多模光纤(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抛物线型分布；g＝∞阶跃型分布corecladding37多模光纤12CladdingCore3.主要光纤产品•渐变型多模光纤（GIMM）特点：光纤中传导多个模式；芯径大，模间色散大；易于耦合，对光源要求低；制造工艺复杂。38•精确的折射率剖面控制•消除中心凹陷•消除芯层/包层界面缺陷3.主要光纤产品•PCVD工艺在制造多模光纤中的优势PCVDNONPCVD393.主要光纤产品•各种光纤的用途单模光纤：普通单模：高速率、长距离传输通信主干网。多模光纤：50um多模：局域网通信、音/视频信号传输和数据传输。62.5um多模：局域网通信（北美地区使用较多）。403.主要光纤产品•特种光纤简介保偏光纤特点：双折射率高，保偏性能好；衰耗低；弯曲稳定性好；保偏光纤应用：光纤陀螺；偏振敏感器件；偏振传感器；熊猫型保偏光纤413.主要光纤产品•特种光纤简介DCF光纤特点：负色散值（反色散光纤）；高色散斜率；芯径小，相对折射率高；17DispersionWavelength-130SMfiberDCFfiber1550nm1310nm423.主要光纤产品DCF光纤应用433.主要光纤产品•特种光纤简介大芯径光纤特点：光纤芯径大（可达到190um以上），NA值大；与光源间的光耦合效率高；允许更高的光源密度；大芯径光纤应用：工业局域网；光纤传感；激光能量传输；443.主要光纤产品•特种光纤简介光子晶体光纤（PCF）：454.光纤技术发展概况461980-2010年中国电话用户和电话普及率0.43%0.60%1.11%4.66%13%38%0501001502002503003504004505001980198519901995200020100.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%电话用户电话普及率语音业务的发展47中国19951996199719982000上网计算机数70003600016000074万上网用户62万210万1000万美国19951998上网人数1350万6000万全球到2000年上网计算机数1亿上网用户5亿因特网业务量以每年翻两番的速度急剧增长48人均敷设光纤4.5米人均敷设光纤80米至1999年底中国人均光纤拥有量20米美国人均光纤拥有量300米全球光纤正以1000m/s铺设人均光纤拥有量，正成为判断一个国家信息化程度的标志1999年49100M单信道传输速率向40G更高发展ExternalMod.MQW速率10M1G10G‘80‘90‘95‘2000‘2005F-32M'78F-100M'78C-140M'81F-400M'82F-1.6G'85FTM-2.4G'90C-565M'86C-34M'8045M'7890M'80D-135M'83D-405M'83D-560M'85D-1.12G'87ITS-600'91ITS-2400'92FTM-600M'89FA-10G'95s-in10G'92SMS-2500'94PDH实验室设备商用100GW8'96W16'97W32'98SONETPDHSDH北美SDH日本PDH欧洲电信标准（ETSI)NB-WDM（窄带波分复用）2010ShortWaveDFBLongWaveWDMSMS-600'9350光纤波分复用技术已成为拓宽信息高速公路的有效途径DWDM信道间隔从原来的100GHz向50GHz甚至25GHz发展1538.9761539.7661540.5571541.3491542.1421542.9361543.7301544.5261545.3221546.1191546.9171547.7151548.5151549.3151550.1161550.9181551.7211552.5241553.3291554.1341554.9401555.7471556.5551557.3631558.1731558.9831559.7941560.6061561.4191562.2331563.0471563.86316channels(nm)51传输速率与传输容量向更高更远发展52超长距离传输的关键因素•信道间拉曼效应的影响•FRA增益控制与动态均衡技术•超强纠错EFEC技术•RZ编码调制技术•非线性效应•色散精确补偿53建设高速率、大容量、长距离光纤传输干线ETDM+DWDM+EDFA光纤传输干线单信道传输速率从10Gbit/s向40Gbit/s发展信道数大于32，传输距离大于2000km光纤通信技术发展方向（传输网络）54谢谢