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光纤材料与器件 一、简述光导纤维材料分类及其优缺点，光纤结构及其工作原理，并查阅相关资料综述光纤发展历史及其现状。 光导纤维是由两种或两种以上折射率不同的透明材料通过特殊复合技术制成的复合纤维。 构成材料 ： HYPERLINK /s?wd=%E5%85%89%E5%AF%BC%E7%BA%A4%E7%BB%B4tncprfenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1YYP1ubPWNWrjwbn179nWKh0ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6KdThsqpZwYTjCEQLGCpyw9Uz4Bmy-bIi4WUvYETgN-TLwGUv3EPHm1PW0LPj6s \t /_blank 光导纤维由芯线和外涂层组成。 一般要求芯料的透光率高，而涂层材料要求折射率低，并且要求芯料和涂料的折射率相差越大越好。在热性能方面，要求两种材料的热膨胀系数相接近，若相差较大，则形成的光导纤维产生内应力，使透光率和纤维强度降低。另外，要求两种材料的软化点和高温下的粘度都要相接近。 （1）光导纤维分类 光纤是光导纤维（OF：Optical?Fiber）的简称。但光通信系统中常常将Optical?Fibe（光纤）又简化为Fiber，例如：光纤放大器（FiberAmplifier）或光纤干（Fiber?Backbone）等等。有人忽略了Fiber虽有纤维的含义，但在光系统中却是指光纤而言的。因此，有些光产品的说明中，把fiber直译成“纤维”，显然是不可取的。光纤实际是指由透明材料作成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料作成的包层所被覆，并将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。光纤的种类很多，根据用途不同，所需要的功能和性能也有所差异。但对于有线电视和通信用的光纤，其设计和制造的原则基本相同，诸如：①损耗小；②有一定带宽且色散小；③接线容易；④易于成统；⑤可靠性高；⑥制造比较简单；⑦价廉等。光纤的分类主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法上作一归纳的，兹将各种分类举例如下。 （1）工作波长：紫外光纤、可观光纤、近红外光纤、红外光纤（0.85pm、1.3pm、1.55pm）。 （2）折射率分布：阶跃（SI）型、近阶跃型、渐变（GI）型、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。 （3）传输模式：单模光纤（含偏振保持光纤、非偏振???持光纤）、多模光纤。 （4）原材料：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、复合材料（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等。按被覆材料还可分为无机材料（碳等）、金属材料（铜、镍等）和塑料等。??（5）制造方法：预塑有汽相轴向沉积（VAD）、化学汽相沉积（CVD）等，拉丝法有管律法（Rod?intube）和双坩锅法等。 光纤的典型结构是一种细长多层同轴圆柱形实体复合纤维。自内向外为：纤芯（芯层）→包层→涂覆层（被覆层）。核心部分为纤芯和包层，二者共同构成介质光波导，形成对光信号的传导和约束，实现光的传输，所以又将二者构成的光纤称为裸光纤。其中涂覆层又称被覆层，是一层高分子涂层，主要对裸光纤提供机械保护，因裸光纤的主要成分为二氧化硅，它是一种脆性易碎材料，抗弯曲性能差，韧性差，为提高光纤的微弯性能，涂覆一层高分子涂层。且如将若干根这样的裸光纤集束成一捆，相互间极易产生磨损，导致光纤表面损伤而影响光纤的传输性能。为防止这种损伤采取的有效措施就是在裸光纤表面涂一层高分子。 根据光纤横截面上折射率的不同，可以分为阶跃型光纤和渐变型光纤，阶跃型光纤的纤芯和包层间的折射率分别是一个常数，在纤芯和包层的交界面，折射率呈阶梯型突变。 渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小，在纤芯与包层交界处减小为包层 的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线； 按传输模式分： 分为单模光纤（Single?Mode?Fiber）和多模光纤（Multi?Mode?Fiber）。光以一特定的入射角度射入光纤，在光纤和包层间发生全发射，从而可以在光纤中传播，即称为一个模式。当光纤直径较大时，可以允许光以多个入射角射入并传播，此时就称为多模光纤；当直径较小时，只允许一个方向的光通过，就称单模光纤。由于多模光纤会产生干扰、干涉等复杂问题， 因此在带宽、容量上均不如单模光纤。实际通信中应用的光纤绝大多数是单模光纤。 （1）根据光纤横截面上折射率的不同，可以分为阶跃型光纤和渐变型光纤，阶跃型光纤的纤芯和包层间的折射率分别是一个常数，在纤芯和包层的交界面，折射率呈阶梯型突变。渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小，在纤芯与包层交界处减小为包层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线；????（2）按传输