光学材料及其应用.PDF

第六节 光学材料及其应用 一、光纤材料 1958年，英国科学家提出了利用光纤作为光信号传输介质的设想 1960年代激光的发明，使光作为信息的载体成为可能 1966年，英籍华人学者高琨（K. C. Kao ）等人论证了把光纤的光学损耗降低到 20dB/km 以下的可能性（当时光纤的传输损耗约为1000dB/km），揭开了光纤通 信新技术序幕 1970年，美国康宁玻璃公司拉制出世界第一根低损耗光纤，这是一根高二氧化 硅玻璃光纤，长数百米，损耗低于20dB/km 1980年代初，高二氧化硅玻璃光纤的损耗又降低了两个数量级，在1.55μm时约为 0.2dB/km，几乎达到了材料的本征光学损耗 1 石英玻璃光纤优点：不需要消耗有色金属、质量极轻（每公里质量才27克，是同 轴电缆的数千分之一）、不受外界电磁干扰、保密性强 从1980年代中期起全世界范围内光纤通信开始走向实用化，信息高速公路的主体 就是光纤通信网。目前，全世界的光纤年产量达到6000万公里以上，铺设的光纤 总长已超过2亿公里，每根光纤的通信容量可达几千万甚至上亿条话路 2 1. 光纤的结构与分类 光纤：是用高透明电介质材料制成的外径约125∼200μm 的低损耗导光纤维，它不 仅具有束缚和传输从红外到可见光区域的光的功能，而且也具有传感功能 光纤由纤芯和包层构成，纤芯是由高透明固体材料（如高石英玻璃、多组分玻璃、 塑料等）制成，纤芯的外面是包层，用折射率较纤芯材料低的有损耗（每公里几 百dB ）的石英玻璃、多组分玻璃或塑料制成 要使光纤具有实用性，还必须使它具有一定的强度和柔性 二次包覆层 一次被覆层：用热可塑硅树脂 纤芯 缓冲层 一次包覆层 缓冲层：低杨氏模量的材料 光纤 包层 二次被覆层：常采用尼龙 100∼150μm ( a ) 400μm ( b ) 0.9mm 3 光纤可按其结构、组成和功能进行分类 按光纤折射率分布不同可分为：阶跃型光纤和梯度型光纤两大类 按光纤传播光波的模数来分：有多模光纤和单模光纤两大类 按材料组分不同，光纤可以分为：高石英玻璃光纤、多组分玻璃光纤和塑料光纤 等。目前通信用光纤大都是高石英玻璃光纤 包层 纤芯 包层 （a ） n2 n1 n 光纤的种类和光在光纤中的传播 包层 （a ）阶跃型多模光纤 纤芯 （b ）梯度型多模光纤 包层 （b ） 纤芯 n2 n1 n （c ）单模光纤 包层