光纤材料

1第一章光纤通信概述光纤材料2激光光纤通信示意图50m100m皮心子（石英）光导纤维光缆光放大器光缆沈阳传导原理：全反射北京3光纤的损耗1310nm:0.35~0.5dB/Km1550nm:0.2~0.3dB/Km850nm:2.3~3.4dB/Km光纤熔接点损耗：0.2dB/点光纤熔接点：1点/2km低损耗“窗口”：普通石英光纤在近红外波段，除杂质吸收峰外，其损耗随波长的增加而减小，在0.85μm、1.31μm和1.55μm有三个损耗很小的波长“窗口”.高纯SiO2透明介质。密度2.2，熔点1700℃。4•光纤通信中常用单位的定义：1.dB=－10log10(Pout/Pin)Pout:输出功率;Pin:输入功率是通信工程中广泛使用的单位；2.例如：10dB/km,输出/输入=10%1dB/km,输出/输入=79.4%0.2dB/km,输出/输入=95.5%5通信波段划分及相应传输媒介频率Hz10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015自由空间波长（m）电力、电话无线电、电视微波红外可见光双铰线同轴电缆光纤卫星/微波AM无线电FM无线电频段划分传输介质6§1.1光纤通信的概念§1.2光纤通信的发展历史§1.3现代光纤通信技术7§1.1光纤通信的概念通信（communication）:从广义的角度来说，就是彼此之间传递信息。现代的通信一般是指电信（telecommunication）。IEEE（电气和电子工程师协会）对电信的定义是借助诸如电话系统、无线电系统或电视系统这样的设备，在相隔一定距离的条件下进行的信息交换。8•电通信（electricalcommunication）–广义的电通信指的是一切运用电波作为载体而传送信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质是什么。–电通信又可分为有线电通信和无线电通信。•光通信（opticalcommunication）–广义的光通信指的是一切运用光波作为载体而传送信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质是什么。–光通信也可以分为利用大气进行通信的无线光通信和利用石英光纤或塑料光纤进行通信的有线光通信。§1.1光纤通信的概念9光通信光纤通信•人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为光纤通信（opticalfibercommunication）,高纯SiO2，6个9。§1.1光纤通信的概念≠10§1.2光纤通信的发展历史四大里程碑1960年，世界上第一台相干振荡光源－红宝石激光器问世。1970年，美国康宁玻璃公司的卡普隆（Kapron）博士等拉制出损耗仅为20dB/km的光纤1985年，南安普敦大学的Mears等人制成了掺铒光纤放大器（erbium-dopedfiberamplifier,EDFA）90年代，光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件及其集成的出现11•1962年第一只半导体激光器诞生，随后半导体光检测器也研究成功。•1966年英籍华人科学家高锟与Hockham提出用玻璃可以制成衰减为20dB/km的通信光导纤维.•1970年美国康宁公司首先制出了20dB/km的光纤，这标志着光纤通信系统的实际研究条件得以具备。§1.2光纤通信的发展历史12•1970年发明了LD的双异质结构，使得光源与光检测器的寿命都达到了10万小时的实用化水平。•1979年发现了光纤1310nm和1550nm新的低损耗窗口，紧接着单模光纤问世。光纤的衰减系数一下降到0.5dB/km。这使得光纤通信迈进了实用化阶段。•从80年代初开始光纤通信便大步地迈向了市场。•1989年掺铒光纤放大器EDFA的研制成功是光纤通信新一轮突破的开始。EDFA的应用不仅解决了光纤传输衰减的补偿问题，而且为一批光网络器件的应用创造了条件。使得光纤通信的数字传输速率迅速提高，促成了波分复用技术的实用化。§1.2光纤通信的发展历史131963年开始光通信的研究1977年，第一根短波长(0.85mm)阶跃型石英光纤问世，损耗为300dB/km1978年，阶跃光纤的衰减降至5dB/km。研制出短波长多模梯度光纤，即G.651光纤1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为1dB/km。建成5.7km、8Mb/s光通信系统试验段1980年1300nm窗口衰减降至0.48dB/km，1550nm窗口衰减为0.29dB/km。1981年多模光纤活动连接器进入实用1984年武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统工程建成(多模)1990年，研制出G.652标准单模光纤，最小衰减达0.35dB/km1992年降至0.26dB/km国内现状141991年，研制出G.653色散位移光纤。最小衰减达0.22dB/km1997年，研制出G.655非零色散位移光纤“六五”、“七五”、“八五”铺设“八纵八横”光纤线路总长约七万公里虽然光纤光缆的研制仅短短的20多年，其应用却已相当普遍。迄今，已敷设光缆长度超过100万km，光缆已敷设到世界屋脊西藏。生产光缆的厂家有200多家，每年所用光纤的数量超过400万km。在实际网络中，无论是核心网还是接入网，目前主要应用的还是G.652光纤。在核心网中新建线路已开始采用G.655光纤，在接入网中已开始应用光纤带光缆。我国光通信领域已掌握了光纤、器件、系统等各方面的关键技术，逐渐走进了国际光通信的先进行列。尤其在主要技术上，都有了自己的特色和创新。15§1.3现代光纤通信技术光纤通信技术特点传输容量大。传输损耗小，中继距离长抗干扰性好，保密性强，使用安全材料资源丰富，可节约金属材料重量轻，可挠性好，敷设方便缺点：例如组件昂贵，光纤质地脆、机械强度低，连接比较困难，分路、耦合不方便，弯曲半径不宜太小等。这些缺点在技术上是可以克服的，它不影响光纤通信实用。21世纪是光子的世纪，是光网络的世纪，通信走向全光网络必然要涉及开发一系列不同于以往传统光纤通信要求的新技术、新器件。16第二章光纤通信基本理论：光在光线中的全反射n1sinθ1=n2sinθ2若要实现全反射，则必须有n1n2，θ2=900入射临界角θarcsin(n2/n1)n1n2n1n2n1n2临界角900临界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2激光沿着锯齿状曲折前进17第三章光纤结构纤芯包层涂敷层护套单模光纤内径：9µm多模光纤内径：50µm外径125µm尺寸规格：18•其他应用：•医用内窥镜。•例如：治疗十二指肠结石。•用CT、B超检测部位，下内窥镜（光纤、激光），动手术。19Theend