光电子技术——光纤与光纤技术简介.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光纤简介,光纤制造工艺,主要光纤产品介绍,光纤技术发展概况,内 容,1,1.,光 纤 简 介,2,1.,光 纤 简 介,什么是光纤（,optical fiber),？,光纤是,光导纤维,的简称。光纤是以,光脉冲,的,形式来传输信号，材质以,玻璃或有机玻璃,为主的,网络传输介质,。,电信号,光 发,送 机,光 接,受 机,电信号,光纤,3,光纤结构,光纤由三部分组成：,芯层（,core,）,包层（,cladding,）,涂覆层（,coating,）,内层（,buffer layer,）,外层（,top layer,）,芯层,:SiO2+Ge+F,包层,:SiO2+F,内涂覆层,:,丙烯酸树脂,外涂敷层,:,丙烯酸树脂,1.,光 纤 简 介,4,光纤分类,光纤信号处理,光纤,通 信用,光纤,非 通信,用光纤,单模光纤（,SM,）,多模光纤（,MM,）,特种光纤,光纤传感,光纤测量,其它光学系统,1.,光 纤 简 介,5,1.,光 纤 简 介,模式（,mode,）概念,模式是指光的在,光纤中,的,传输方式,（电磁场分,布形式）。,光纤中能够传导的模式是由,光纤结构参数,所决,定的。外界激励只能激励起光纤中,允许存在的模式,而不会改变模式的固有性质。,模式是光,波动方程的解,。它对应于波动方程某,一本征值并满足全部边界条件。每一个模式对应于,沿光纤轴向传播的一种电磁波。,6,单模与多模光纤,阶跃型多模,单模光纤,1.,光 纤 简 介,7,光纤几何尺寸,芯径,单模光纤：,10um;,多模光纤：,50um/62.5um,包层直径,普通光纤：,125um,涂覆层直径,普通光纤,内层,170,200um,外层,245um,1.,光 纤 简 介,125um,245um,8,大家有疑问的，可以询问和交流,可以互相讨论下，但要小声点,9,光纤工作原理,光纤利用光在,界面上的全反射原,理进行工作。,1.,光 纤 简 介,10,光纤剖面折射率示意图,多模,芯层,包层,芯层,包层,G.652,G.655,1.,光 纤 简 介,11,光纤通信原理,光纤通信采用数字通信原理。,0 1 0 0 1 1 0 1 0,模拟信号,数字信号,模拟信号,编 码,解 码,1.,光 纤 简 介,12,光纤通信网络,单信道全光中继数字通信,光,-,电,-,光中继的数字通信,1.,光 纤 简 介,13,光纤通信特点,1.,光 纤 简 介,优点：,信号损耗小，中继距离长；,光纤为绝缘体不受电磁干扰；,玻璃光纤不产生电磁场，保密性高；,重量轻，易于施工和运输；,缺点：,光纤制造工艺复杂，生产成本较高；,光纤连接复杂；,配套光器件价格较高,14,2.,光 纤 制 造 工 艺,15,2.,光纤制造工艺,光纤制造基本过程,制 棒,拉 丝,性能测试,玻璃加工,清 洗,包装入库,16,2.,光纤制造工艺,预制棒介绍,预制棒尺寸：,直径：,60mm,，,80mm,，,150mm,长度：,1m,2m,制棒方法：,玻璃分相法,溶胶凝胶法,气相沉积法,预制棒要求：,高纯度；,准确的折射率分布,17,2.,光纤制造工艺,预制棒制造工艺,气相沉积法,管外法,管内法,管外汽相沉积法（,OVD,）,汽相轴向沉积法（,VAD,）,改进的管内化学气相沉,积法（,MCVD,）,等离子体管内化学气相,沉积法（,PCVD,）,18,2.,光纤制造工艺,四种工艺在全球的大体市场份额,19,管外汽相沉积法（,OVD,）,优点,：沉积速率高、预制棒体积大、原料纯度要求,较低、生产率高,不足,：折射率剖面粗糙、原料利用率低,结论,：擅长制造包层,2.,光纤制造工艺,20,汽相轴向沉积法（,VAD,）,优点,：沉积速率高、预制棒体积大、原料纯度要求,较低、生产率高,不足,：折射率剖面粗糙、原料利用率低,结论,：擅长制造包层,2.,光纤制造工艺,21,改进的管内化学气相沉积法（,MCVD,）,优点,：投资少、操作运行较容易、工艺控制性好,不足,：原料利用率低、折射率剖面不够精确,结论,：擅长制造包层、纤芯制造仅次于,PCVD,2.,光纤制造工艺,22,等离子体管内化学气相沉积法,（,PCVD,）,优点,：沉积层薄、工艺控制性强、折射率剖面精确,原材料利用率高,不足,：原料要求纯度高、沉积速率低,结论,：擅长制造纤芯,2.,光纤制造工艺,23,PCVD,工艺的优势,原材料利用率高,四氯化硅,SiCl,4,100%,四氯化锗,GeCl,4,85,氟,C,2,F,6,90%,-,节约原材料，降低成本，有利环保,沉积层数高达,3000,层，可精确控制折射率的分,布，可良好地对各类光纤的色散进行控制生产,出世界一流水平的高带宽多模光纤以及复杂结,构的单模光纤,不需,P,2,O,5,掺杂，有利于,1550 nm,的衰减,对氢损的影响不敏感,2.,光纤制造工艺,24涂覆层,石英套管,石英衬管,芯层,包层,包层,沉积层,石英管,PCVD,工艺流程,PCVD,沉积,芯棒测试,套棒,筛选,成品包装,光纤测试,拉丝,熔缩,2.,光纤制造工艺,25,PCVD沉积,反应机理,SiCl,4,+O,2,SiO,2,+2Cl,2,GeCl,4,+O,2,GeO,2,+2Cl,2,优点,沉积层非常薄,工艺控制性强,折射率剖面精确,原材料利用率高,2.,光纤制造工艺,谐振腔,等离子体,SiCl4+GeCl4+C2F6+O2,石英管,真空泵,磁控管,PCVD,炉体,26,熔缩设备,经PCVD沉积好的管子在熔缩车床上熔缩成一实心预制棒。,2.,光纤制造工艺,27,芯棒测试,套 棒,熔缩好的芯棒经设备测试确定芯棒质量,2.,光纤制造工艺,28,Fusion group 1,Fusion group 2,Furnace,2.,光纤制造工艺,RIT,Coating 1st,Coating 2nd,Feeder,Capstan,Take-up unit,Measurement 1,Measurement 2,PLC,29,2.,光纤制造工艺,拉 丝,30,为保证成品光纤有足够的强度，光纤在筛选机上被施以一定的张力进行强度筛选。,2.,光纤制造工艺,筛 选,31,经过强度试验后，合格光纤将进行传输性能和几何性能的测试。,2.,光纤制造工艺,测试与包装,32,3.,主要光纤产品33,3.,主要光纤产品,DCF,光纤,光纤,普 通,光 纤,特 种,光 纤,单模光纤,多模光纤,保偏光纤,大芯径光纤,光子晶体光纤,产品分类,34,3.,主要光纤产品,普通单模光纤,(G652A/B),特点：,光纤中只传导基模；,芯径小，传输带宽高；,熔接和耦合困难，对光源要求高；,制造工艺简单。,单模光纤,LP00,Cladding,Core,35,3.,主要光纤产品,多模光纤,(GIMM),的折射率分布（,G651),折射率分布公式,n2(r)=n21-2(r/a)g,g,1,三角形分布；,g,2,抛物线型分布；,g,阶跃型分布,core,cladding,36,多模光纤,1,2,Cladding,Core,3.,主要光纤产品,渐变型多模光纤（,GIMM,）,特点：,光纤中传导多个模式；,芯径大，模间色散大；,易于耦合，对光源要求低；,制造工艺复杂。,37,精确的折射率剖面控制,消除中心凹陷,消除芯层,/,包层界面缺陷,3.,主要光纤产品,PCVD,工艺在制造多模光纤中的优势,38,3.,主要光纤产品,各种光纤的用途,单模光纤：,普通单模：高速率、长距离传输通信主干网。,多模光纤：,50um,多模：局域网通信、音,/,视频信号传输和数据传输。,62.5um,多模：,局域网通信（北美地区使用较多）。,39,3.,主要光纤产品,特种光纤简介,保偏光纤特点：,双折射率高，保偏性能好；,衰耗低；,弯曲稳定性好；,保偏光纤应用：,光纤陀螺；,偏振敏感器件；,偏振传感器；,熊猫型保偏光纤,40,3.,主要光纤产品,特种光纤简介,DCF,光纤特点：,负色散值（反色散光纤）；,高色散斜率；,芯径小，相对折射率高；,17,Dispersion,Wavelength,-130,SM fiber,DCF fiber,1550nm,1310nm,41,3.,主要光纤产品,DCF,光纤应用,42,3.,主要光纤产品,特种光纤简介,大芯径光纤特点：,光纤芯径大（可达到,190um,以上），,NA,值大；,与光源间的光耦合效率高；,允许更高的光源密度；,大芯径光纤应用：,工业局域网；,光纤传感；,激光能量传输；,43,3.,主要光纤产品,特种光纤简介,光子晶体光纤（,PCF,）：,44,4.,光纤技术发展概况,45,1980-2010,年中国电话用户和电话普及率,语音业务的发展,46,因特网业务量以每年翻两番的速度急剧增长,47,人均敷设光纤,4.,5,米,人均敷设光纤,80,米,至,199,9,年底,中国人均光纤拥有量,2,0,米,美国人均光纤拥有量,300,米,全球光纤正以,1000m/s,铺设,人均光纤拥有量，正成为判断一个国家信息化程度的标志,1999,年,48,100M,单信道传输速率向,40G,更高发展,External Mod.,MQW,速 率,10M,1G,10G80,90,95,2000,2005,F-32M,78,F-100M,78,C-140M,81,F-400M,82,F-1.6G,85,FTM-2.4G,90,C-565M,86,C-34M,80,45M,78,90M,80,D-135M,83,D-405M,83,D-560M,85,D-1.12G,87,ITS-600,91,ITS-2400,92,FTM-600M,89,FA-10G,95 s-in,10G,92,SMS-2500,94,PDH,实验室设备,商 用,100G,W8,96,W16,97,W32,98,SONET,PDH,SDH,北 美,SDH,日本,PDH,欧洲电信标准,（ETSI),NB-WDM,（窄带波分复用）,2010,Short Wave,DFB,Long Wave,WDM,SMS-600,93,49,光纤波分复用技术已成为拓宽信息高速公路的有效途径,DWDM,信道间隔从原来的,100GHz,向,50GHz,甚至,25GHz,发展,1538.976,1539.766,1540.557,1541.349,1542.142,1542.936,1543.730,1544.526,1545.322,1546.119,1546.917,1547.715,1548.515,1549.315,1550.116,1550.918,1551.721,1552.524,1553.329,1554.134,1554.940,1555.747,1556.555,1557.363,1558.173,1558.983,1559.794,1560.606,1561.419,1562.233,1563.047,1563.863,16,channels,(,nm),50,传输速率与传输容量向更高更远发展,51,超长距离传输的关键因素,信道间拉曼效应的影响,FRA,增益控制与动态均衡技术,超强纠错,EFEC,技术,RZ,编码调制技术,非线性效应,色散精确补偿,52,建设高速率、大容量、长距离光纤传输干线,ETDM+DWDM+EDFA,光纤传输干线,单信道传输速率从,10Gbit/s,向,40Gbit/s,发展,信道数大于,32,，传输距离大于,2000,km,光纤通信技术发展方向（传输网络）,53,谢 谢,54,