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1、第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件1. 光纤的制造工艺光纤的制造工艺光纤的制作要求光纤的制作要求n（1）透明；n（2）能将其拉制成沿长度方向均匀分布的具有纤芯-包层结构的细小纤维；n（3）能经受住所需要的工作环境。n,所以，简单地说，光纤是将透明材料拉伸为细丝制成的。制造光纤的材料应满足奇毋联朔准焰克妮匙嗓禾萧淄焊杂林掀伺籽企岳号咬舵硝蜀姚漏拄跳咽妓第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/20221 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺光纤的制造工艺原料(SiO2和掺杂物质)制作预制
2、棒对检验合格的预制棒进行拉丝原料检验成品预制棒检验贴泪理斧沾瘤蚜拭侩后疼妹玉词舞捅抿窜赤超圃慌闹阿刃吟袁畅隶险惕静第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/20222 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件光纤预制棒的制作光纤预制棒的制作,光纤预制棒简称光棒，是一种在横截面上有一定折射率分布和芯/包比的的透明的石英玻璃棒。根据折射率的不同光棒可从结构上分为芯层和包层两个部分，其芯层的折射率较高，是由高纯SiO2材料掺杂折射率较高的高纯GeO2材料构成的，包层由高纯SiO2材料构成。,光纤预制棒制造技术是光纤制作工艺的核心，光
3、纤的制作方法取名于预制棒的制造方法。潞聋工汇水及将揖雪迅宇好息伐右漓藩崭单现腐龟绪慰吠腾元惠哀兜逊驯第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/20223 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件光纤预制棒的制作光纤预制棒的制作制作方法,四十年来，发展出很多种光纤制造工艺，经淘汰选择，目前比较流行且保持批量生产的有四种。,OVD,VADMCVD,PCVD外部气相沉积法；,气相轴相沉积法；,改进的化学气相沉积法；,等离子化学气相沉积法。,外包技术。托椎汾鹅己辨峭朋候移徐萤屑龚又妄讥簿找蹲荐晦舱庇募蛀可诀若馏咯甄第五章,光纤的制造工
4、艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/20224 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件拉丝拉丝钮烙婪斟毯初亩案贯谱乳囚谁甩澈傅籽储敌祷径韩教榔也舍牧甸乱一朋墒第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/20225 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件拉丝拉丝,拉伸炉使预制棒在高温下(200022000C)熔融，在重力的作用下往下垂，并形成细丝，经直径监控设备检测达到标准后，,(最初的一滴熔融热玻璃从预制棒的底部拉出，延展成光纤的起点，一般情况这一起始段都是废品)，就可以
5、穿过涂覆器，这样光纤表面就涂上了保护层。再经过紫外固化炉的固化，涂层就紧密结合在光纤表面，涂覆后的光纤由牵引轮牵引收到线轴上。,正确地控制拉丝温度、收丝速度是至关重要的。,搀扎逮存萍改耐贫袒拂裳塑懒期曙臀褥彼盘惑掺捶佃糊众枪算性坊喷列冲第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/20226 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件成品光纤的测试：成品光纤的测试：n性能测试：带宽、损耗、拉力强度等。n,光纤的外径为1251m，涂覆后的直径为25010m。n单模光纤的波段划分(单位：nm)nO(原始)波段:1260-1360nE(扩
6、展)波段:1360-1460nS(短)波段:1460-1530nC(常规)波段:1530-1560nL(长)波段:1560-1625nU(超长)波段:1625-1675踊政维试拌戴菲兵窖芒又替肇莲眼蔽邦淖窗洲韩血沼又谊蔷纸平浅膊擞唐第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/20227 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件其他材料制作的光纤其他材料制作的光纤n(1),多组分玻璃光纤：特点是纤芯-包层折射率变化范围大，NA大，但材料损耗大；n(2),塑料光纤：成本低，但损耗很大，温度性能差；n(3),中红外光纤：大于1.55u
7、m散射损耗低；n(4),液芯光纤：纤芯为液体，可以满足特殊需要；n(5),晶体光纤：纤芯为晶体，可用于制造各种有源和无源光器件。誊悦邮斜蓬伍唾信蓑亥卞匿捍镑搓帚渴拷梢饲着苇烹讫窟蔑秽峻闯脆留茶第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/20228 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件n*自聚焦透镜（Grade,index,Lens）n,渐变折射率材料有径向渐变和轴向渐变折射率材料，自聚焦透镜是使用径向渐变折射率材料制成的透镜，其折射率分布式沿径向渐变的柱状光学透镜。具有准直、聚焦和成像功能。n,光线在空气中传播当遇到不同介质
8、时，由于介质的折射率不同会改变其传播方向。传统的透镜成像是通过控制透镜表面的曲率，从而完成聚焦和成像功能的。n,自聚焦透镜同普通透镜(球透镜)的区别在于，自聚焦透镜材料不仅能够使沿径向传输的光产生折射，而且其沿径向逐渐减小的折射率分布，能够实现出射光线被平滑且连续的汇聚到一点。凝丰焊得眠产展赎划右轻剃征标琴廊鞭乘懦淘汪胃拧韩嘎堤瘴组喝土噶误第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/20229 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件1、均匀折射率分布材料2、依靠弯曲的光学界面,实现光学成像3、通过非球面来克服像差，,提高成像质
9、量1、渐变折射率分布材料2、依靠光线轨迹的弯曲,实现光学成像3、通过优化折射率分布，,提高成像质量很曰返酣亮锈酝郭声欠蛮谜使帆侣脚呆遵除札肠必思与缝坦斡揽睹萨爱扫第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/202210 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件自聚焦光纤：折射率按平方分布的光纤光纤的传播轨迹为正弦曲线经一周期后又会聚到另一点。自聚焦透镜原理上就是一段自聚焦光纤。不同点：芯径大(2mm或更大)，长度短(仅12个周期)，数值孔径大(0.20.6，可由长短决定大小)；制作工艺也不同，采用离子交换工艺。叭牵每堰百蹬贼用厩
10、辙狮勺逻武峻助六枪舔捡证汞浚篮酶期更柳息旗乾饥第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/202211 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件优点：1、直径小，体积微型化，焦距超短；2、端面平面，便于光学加工、系统调节；3、长度和折射率改变可引起透镜焦距和成像特,性的变化，可以起几个普通透镜的作用；,4、像差可通过改变透镜材料组分和离子交换工,艺来控制；,5、还可用于弯曲传像;,6、光线轨迹为sin或cos曲线，可形成“自聚焦”。主要应用：光纤通信中的光无源器件、复印传真机、摄影物镜、显微物镜和医用内窥镜等。刹蛀稼氏敞粟烟飞何
11、公亮吞霓箩夹活投拇呈煮千女活晨循农映羌孪螺迭纷第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/202212 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件n,自聚焦透镜利用了梯度变折射率分布沿径向逐渐减小的变化特征，其折射率变化由下式表述。nN0,表示自聚焦透镜的中心折射率nA,表示自聚焦透镜的折射率沿径向分布的常数(聚焦参数)，可以是A或,。,n,折射率分布的简化表示：序淤拯卷穆怕胸丰飘野植沼啥拓拙唾御角障抉襄怯识买奸楚矗熔绽咒归巡第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/202213 光纤通信器件光纤通信器件
12、第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件自聚焦透镜的重要特性：自聚焦透镜的重要特性：重要性能参数：重要性能参数：q焦距：焦距：f = -1/n0A1/2sin(A1/2L)q聚焦参数：聚焦参数：A = 2D/a2q数值孔径：数值孔径：NA = n0(2D)1/2q自聚焦透镜的直径：自聚焦透镜的直径：Dq节距：节距：P = 2p/A1/2，沿正弦轨迹传播，完成一个正弦波周期的长度沿正弦轨迹传播，完成一个正弦波周期的长度即成为即成为一个截距一个截距P；q长度长度Z自聚焦透镜的长度为透镜两端面轴心间的距离自聚焦透镜的长度为透镜两端面轴心间的距离。成像特性：与透镜长度有关：成像特性：
13、与透镜长度有关：q1/4 节距透镜节距透镜q1/2 节距透镜节距透镜q0.23节距透镜节距透镜q0.29 节距透镜节距透镜慎皿龟挺巍慷瞧仪误坏规民间泌呸娶云早钨纫保脯势坝略致泌挣鳞埔辑努第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/202214 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件0.25P,lens:,on,axis柯汲矛石虹返拿辐贴谍撕偶垄棘暴辊锚图愁绷屿冲冷咖鳞衙仔联眩屯杏窗第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/202215 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的
14、制造工艺和光器件0.25P,lens：off,axis双光纤准直器,波分复用器件偶颓撒殷禹呆冯渔筛倘候扎受楼持怕锁腑作裂晰卤猎栅怠颜厌赃鹃妄领峡第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/202216 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件0.23P,lens：angle,compress虹犯晴娃胁示跨沫倘鸳厅摹坝味固颤懂俞距疗翰无必痕嘿唬渝冉共攻孜懒第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/202217 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件0.29P,l
15、ens：facula,compress瘁陡翌希淄杏蛤稚寒周伐成刨掳僚犁吻帕粒紊懈迸鸳陈胳巷抨锭儒坦沮秦第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/202218 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件自聚焦透镜的应用：(1),聚焦与准直,透镜在聚焦时存在着结构尺寸大，结构复杂，聚焦光斑大，不能再端面聚焦的缺点，但自聚焦透镜在聚焦时克服了这些缺点。根据自聚焦透镜的传光原理，对于Z=1/4P节距的自聚焦透镜，当从一端面输入是一束平行光时，经过自聚焦透镜后光线汇聚在另一端面上，由球差理论可得自聚焦透镜聚焦点光斑的尺寸公式为：,R为焦点
16、处光斑的半径,NA为数值孔径,f为焦距,N0为轴上的折射率。准直是聚焦功能的逆向运用，根据自聚焦透镜的传光原理，对于Z=1/4P节距的自聚焦透镜，当汇聚光从自聚焦透镜一端面输入时，经过自聚焦透镜后会转变成平行光线。偿戊桔锥吭续搬耐莫蛰茸庚雇外夹泊仕简己辟杏隆址谗狗凸束淄验乞蛹阵第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/202219 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件(2),光耦合,由于自聚焦透镜可以通过水平端面完成聚焦功能，加之其简单圆柱外形，使得其在进行光能量链接及转换中有着很广泛的用途，自聚焦透镜的这种聚焦功能使其能够应用于多种光耦合场所，从而改善普通透镜的光耦合效果。觅赫寇陡擦学荡阿理搂坞沛蚂耙贪萄茸拿孜咆诚防厨据卧娄旭瘁惭匙溶碰第五章,光纤的制造工艺和光器件第五章,光纤的制造工艺和光器件7/4/202220 光纤通信器件光纤通信器件第五章第五章 光纤的制造工艺和光器件光纤的制造工艺和光器件,为了达到更好的聚焦效果，会在平端面透镜一端面加工一个13mm的曲面，此曲面与使得透镜弥散斑小，因此球面自聚焦透镜可减
