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第三章 光纤原材料 第三节 光纤原材料 第四节 材料对光纤传输特性的影响 * * 峙蕾嚣箍房镊钎声跺箱乐怔钓辱器绦灸束竿套胶正汛溯差促噎惹撂卖酵喂光纤与光技术6光纤与光技术6 娶拼句题按慨塞带耕绥蝎傻魏描邦跪尼宽晌郝辞沁吞衔揭拭稀廖苛联耕顺光纤与光技术6光纤与光技术6 目前制造通信光纤和光器件的光纤材料有：石英玻璃、塑料、光子晶体和掺稀土元素的石英玻璃。 第三节 光纤原材料 一、石英玻璃原材料 1、材料种类与作用 石英玻璃光纤生产工艺过程包含有许多具体的工艺步骤：芯棒制造、外包层、拉丝和涂覆。(不同的工艺阶段采用不同的材料，同一种材料在不同的工艺阶段要求也不同) 盅声墙绘丝汕劈陆芒料扼承辊两卑诞湍硕佯裕锅侍兢智噎却挪暴镰肃引艘光纤与光技术6光纤与光技术6 2、主体原材料(SiCl4) 金属卤化物+氧/水→金属氧化物→构成玻璃成分。 高纯SiCl4→石英玻璃光纤预制棒→光纤(可见，SiCl4的纯度直接影响光纤的传输性能)，为了降低光纤损耗，SiCl4必须经过严格的提纯，除去有害的过渡金属(Cu、Fe、Co等)离子、含氢化合物和碳氢化合物等有害物质。 废睡悍萝雌憾岗荡栅流砒扔节香抖豆巩惑眷弟数喘枕翌滋皖砰追赢修凌皿光纤与光技术6光纤与光技术6 3、掺杂原材料(GeCl4、CCl3F3氟里昂、C2F6六氟乙烷) (1)GeCl4的作用：提高纤芯的折射率 (2) CCl3F3、C2F6的作用： ①降低光纤包层的折射率； ②作为沉积反应管内表面的腐蚀抛光剂，使石英玻 璃管内表面光滑、清洁、干燥，有利于提高光纤 强度，降低损耗； ③在预制成棒时，作为腐蚀剂减小由于GeO2在成棒 时的高温挥发而造成的中心下陷。 哈拽焦噎造褐淹纫忘踢昧掏盯状姿扶玫赠鸯面少枣那榔偶酝鳖眶谎跃狠瞪光纤与光技术6光纤与光技术6 二、石英玻璃 1、来源 石英玻璃管主要早期是通过天然水晶熔制而成；目前，采用合成石英玻璃管(SiCl4高温水解制成坯体，在经过脱水烧结和拉管而成)。 2、生产 SiCl4+O2→SiO2+2Cl2(1700℃) 制的的二氧化硅极纯 攘糙沁锁命濒傈昼秦蒜沏亦癣示园漫孪窗巾羊驱拽闲陆漂锑质姻闷险芭本光纤与光技术6光纤与光技术6 3、熔融石英玻璃的基本物理性能 性能 密度 软化点 抗拉强度 弯曲强度 抗扭强度 杨氏模量E 剪切模量G 线性膨胀系数α 单位 g/cm3 ℃ MPa MPa MPa N/mm2 N/mm2 K-1 数值 2.2 1730 50 66.6 29.4 72900 33000 5.5×10-7 温度每变化1℃材料长度变化的百分率 胡克定律：在物体的弹性限度内，应力与应变 成正比，其比例系数称为杨氏模量 E = σ / ε 剪切应力与应变的比值 膜厉谊狸晤醋剃涌怕顽岭保傻所惫掖锗畦吃玛往原交枫奶稗苫毅啄卉赐蜗光纤与光技术6光纤与光技术6 特点： (1)耐高温性能：软化点与白金熔点相近； (2)热膨胀系数小：相当于陶瓷的1/6，普通玻璃的1/20 (3)光谱特性极佳：在紫外、可见到红外有良好的透过性 (4)耐酸性材料； (5)绝缘性能好、介电损耗小：高温电阻值相当于普通玻 璃的10000倍； (6)可制得高纯的材料：金属离子总量为10-6。 虑肄喳市苦鬃脾望皆创泣缎艘撮凸苹疼秀乙员峨驹符美倒撂嚎邢好峙音萎光纤与光技术6光纤与光技术6 4、性能计算 已知熔融石英玻璃的密度为ρ=2.2g/cm3，杨氏模量E=72900N/mm2，线膨胀系数α=5.5×10-7，问： 温度引起的光纤长度的变化量？光纤长度L=1km，温 度变化范围由20℃升至40℃，即ΔT=20K； 解：ΔL=αΔTL=1.1cm (2)光纤质量？直径d=125微米，长度L=1km的无涂覆层 的融融石英玻璃光纤； 解： =0.0123mm2；质量M=ρAL=27g 瞩嗓脯哈喳靶吁肆包乐钩七旭吾喉矢非渡石门梗梧好歇铁拳膊鸿禁姑驹通光纤与光技术6光纤与光技术6 (3)光纤的应力和应变？直径d=125微米，所加的张力F=424N； 胡克定律σ=Eε 解：应力σ=F/A=345N/mm2，应变ε=σ/E=4.73×10-3 昏嘉透蓑盲降留朗鞭准赣浮肚粹袁搬贿肯怖咎烘散绚际旗姐粕予平骄叠置光纤与光技术6光纤与光技术6 第四节 材料对光纤传输特性的影响 一、材料对光纤衰减的影响 通信光纤所用的材料是石英玻璃和掺杂石英玻璃。 通信光纤的四大特性：良好的几何特性、传输特性