2016-04-24 103157 课件2 光电材料器件6.pptVIP

光电子材料与器件 第3章 光纤材料及光纤器件 光纤 定义 光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃、塑料或晶体制成的纤维，可作为光传导工具。 光纤 优点频带宽度 无线传输 在VHF频段： 载波频率为48.5-300MHz 传输27套电视和几十套调频广播。 光纤传输 可见光频段: 载波频率为380-790THz 2000个光载波（容纳上百万个频道） 光纤 优点损耗低 同轴电缆传输 800MHz信号时，每公里的损耗都在40dB以上； 插入均衡器均衡各个频道损耗； 损耗会随温度变化； 光纤传输 传输1.31um的光，每公里损耗在0．35dB；若传输1.55um的光，每公里损耗更小，可达0．2dB以下 光纤 优点重量轻 同轴电缆 标准同轴电缆的直径47mm； 光纤 光缆直径还不到13mm（ 4～48根光纤组成。单光纤芯线直径4um～10um，外径125um，防水层、加强筋、护套等；） 光纤 优点抗干扰能力强 同轴电缆 金属构成，导电；受外界电磁场干扰。 光纤系统 绝缘体，不导电；不受电磁场作用。 不易被窃听，利于必威体育官网网址。 光纤 优点保真度高 同轴电缆 中继放大 非线性失真 光纤系统 无需中继放大 好的调幅光纤系统的载波组合三次差拍比C/CTB在70dB以上，交调指标也在60dB以上，远高于一般电缆干线系统的非线性失真指标； 光纤 优点工作性能可靠 同轴电缆 设备数量多（几十个放大器）易发生故障； 光纤系统 设备数量少（无故障工作时间达50万～75万小时） 故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的。 光纤 优点成本低 电缆 电缆所需的铜原料有限，价格会越来越高。 光缆 制作光纤的材料（石英）来源十分丰富，随着技术的进步，成本还会进一步降低。 显然，今后光纤传输将占绝对优势，成为建立全省、以至全国有线电视网的最主要传输手段。 光纤 应用通信 利用光导纤维进行通信 一对金属电话线至多只能同时传送一千多路电话，一对细如蛛丝的光导纤维可以同时通一百亿路电话！铺设1000公里的同轴电缆大约需要500吨铜，改用光纤通信只需几公斤石英就可以了。 光纤 应用医学 利用光导纤维辅助治疗 光导纤维内窥镜可导入心脏和脑室，测量心脏中的血压、血液中氧的饱和度、体温等；导入胃、食道、十二指肠等器官，查看内部病貌。 光导纤维连接的激光手术刀可用作光敏法治癌。 光纤 应用传感器 利用光导纤维进行探测 与敏感元件组合或利用本身的特性,则可以做成各种传感器,测量压力、流量、温度、位移、光泽和颜色等。 例如：井下探测。 光纤 应用艺术 利用光导纤维进行装饰 光纤也可以用作各种视觉艺术的展示等。例如光纤瀑布、光纤立体球等艺术造型。 用在装饰显示、广告显示。 光纤 应用收发器 利用光导纤维信息收发 可应用于以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网络环境中；还有帮助把光纤最后一公里线路连接到城域网和更外层的网络上。 光纤 原理 原理分析方法：一种是采用射线分析法，其导光机理是光在介质界面的全反射；另一种是采用物理光学分析法，即由波动方程出发，分析光导波在纤芯和包层中的场分布。 条件： 射线分析法：纤芯芯径远大于波长 光学分析法：纤芯芯径与波长接近 本章采用射线分析法 光纤 原理 利用全反射原理把电磁波约束在结构内部，并引导电磁波沿光纤轴向传播。入射光线与光纤轴线空间关系，存在两种情况： 同一平面 传导光线的轨迹始终处于入射光线和轴线决定的平面，这种光线称为子午光线 不在同一平面 传导光线的轨迹不处于光纤和轴线决定的平面，而是按照空间折射传播，这种光线称为偏射光线 光纤 原理子午光线 根据折射定律有 发生全反射条件 空气折射率为1，子午光线允许的入射角为 数值孔径NA为 其中 光纤 原理偏射光线 根据几何原理有 发生全反射条件 空气折射率为1，偏射光线允许的入射角为 因此 光纤 特性参数数值孔径 入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度α的正弦值与入射区折射率的乘积就称为光纤的数值孔径。 （1） 阶跃光纤中对于子午光线，NA为 （2） 阶跃光纤中对于偏射光线，NA为 光纤 特性参数相对折射率差 相对折射率差定义纤芯折射率同包层折射率的差与纤芯折射率差之比。 一般n1略大于n2。单模光纤 0.3%，多模光纤 1% 光纤 特性参数归一化频率 归一化频率是指光纤中传播模式多少的参数，定义为 V 2.405 基模传输 V 2.405 可多模传输 光纤 特性参数截止波长 有归一化频率参数可知临界波长， 当λ λc时，光纤中只能传输一种模式的光波，即单模传输 当λ λc时，光纤中可以传输多种模式的光波，即多模传输 光纤 结构 光纤 结构 光纤几何尺寸 ★ 芯径