玻璃光导纤维序论课件

1玻璃光导纤维玻璃光导纤维（硅酸盐建筑材料国家重点实验室）电话：E-mail:2课程内容及学时分配课程内容及学时分配n n序序序序论（论（论（论（2 2学时）学时）学时）学时）n n第一章第一章第一章第一章 光导纤维传输原理及特性（光导纤维传输原理及特性（光导纤维传输原理及特性（光导纤维传输原理及特性（6 6学时）学时）学时）学时）n n第二章第二章第二章第二章 光纤光缆制作技术（光纤光缆制作技术（光纤光缆制作技术（光纤光缆制作技术（6 6学时）学时）学时）学时）n n第三章第三章第三章第三章 光源（光源（光源（光源（2 2学时）学时）学时）学时）n n第四章第四章第四章第四章 光探测器（光探测器（光探测器（光探测器（2 2学时）学时）学时）学时）n n第五章第五章第五章第五章 光纤放大器（光纤放大器（光纤放大器（光纤放大器（2 2学时）学时）学时）学时）n n第六章第六章第六章第六章 聚合光纤（聚合光纤（聚合光纤（聚合光纤（2 2学时）学时）学时）学时）n n第七章第七章第七章第七章 红外玻璃光纤（红外玻璃光纤（红外玻璃光纤（红外玻璃光纤（2 2学时）学时）学时）学时）n n第八章第八章第八章第八章 非通信光纤的研究与应用（非通信光纤的研究与应用（非通信光纤的研究与应用（非通信光纤的研究与应用（4 4学时）学时）学时）学时）n n第九章第九章第九章第九章 光导纤维的应用前景（光导纤维的应用前景（光导纤维的应用前景（光导纤维的应用前景（2 2学时）学时）学时）学时）3主要参考书目主要参考书目n n1 1 1 1、雷肇棣：光纤通信基础，电子科技大学出版社，、雷肇棣：光纤通信基础，电子科技大学出版社，、雷肇棣：光纤通信基础，电子科技大学出版社，、雷肇棣：光纤通信基础，电子科技大学出版社，1997199719971997n n2 2 2 2、韦乐平：光纤通信新技术，人民邮电出版社，、韦乐平：光纤通信新技术，人民邮电出版社，、韦乐平：光纤通信新技术，人民邮电出版社，、韦乐平：光纤通信新技术，人民邮电出版社，1992199219921992n n3 3 3 3、曹志峰：特种光学玻璃，兵器工业出版社，、曹志峰：特种光学玻璃，兵器工业出版社，、曹志峰：特种光学玻璃，兵器工业出版社，、曹志峰：特种光学玻璃，兵器工业出版社，1993199319931993n n4 4 4 4、潘守芹：新型玻璃，同济大学出版社，、潘守芹：新型玻璃，同济大学出版社，、潘守芹：新型玻璃，同济大学出版社，、潘守芹：新型玻璃，同济大学出版社，1992199219921992n n5 5 5 5、干福熹：现代玻璃科学技术，上海科学技术出版社，、干福熹：现代玻璃科学技术，上海科学技术出版社，、干福熹：现代玻璃科学技术，上海科学技术出版社，、干福熹：现代玻璃科学技术，上海科学技术出版社，1990199019901990n n6 6 6 6、井口绝士（日）、井口绝士（日）、井口绝士（日）、井口绝士（日）.传感工程，科学出版社，传感工程，科学出版社，传感工程，科学出版社，传感工程，科学出版社，2001200120012001年年年年1 1 1 1月月月月n n7 7 7 7、刘德明：光纤技术及其应用，电子科技大学出版社，、刘德明：光纤技术及其应用，电子科技大学出版社，、刘德明：光纤技术及其应用，电子科技大学出版社，、刘德明：光纤技术及其应用，电子科技大学出版社，1994199419941994n n8 8 8 8、邓大鹏：光纤通信原理，人民邮电出版社，、邓大鹏：光纤通信原理，人民邮电出版社，、邓大鹏：光纤通信原理，人民邮电出版社，、邓大鹏：光纤通信原理，人民邮电出版社，20092009200920094要求和考试方法要求和考试方法n n教教教教学学学学目目目目的的的的：玻玻玻玻璃璃璃璃光光光光导导导导纤纤纤纤维维维维是是是是无无无无机机机机非非非非金金金金属属属属材材材材料料料料专专专专业业业业在在在在玻玻玻玻璃璃璃璃方方方方面面面面的的的的一一一一门门门门专专专专业业业业选选选选修修修修课课课课，其其其其教教教教学学学学目目目目的的的的就就就就是是是是要要要要学学学学生生生生通通通通过过过过本本本本课课课课程程程程的的的的学学学学习习习习，掌掌掌掌握握握握光光光光纤纤纤纤传传传传输输输输原原原原理理理理与与与与基基基基本本本本特特特特性性性性，掌掌掌掌握握握握光光光光纤纤纤纤（光光光光缆缆缆缆）制制制制备备备备技技技技术术术术和和和和研研研研究究究究进进进进展展展展，掌掌掌掌握握握握光光光光纤纤纤纤工工工工程程程程应应应应用用用用技技技技术术术术，了了了了解解解解光光光光纤纤纤纤通通通通信信信信系系系系统统统统的的的的基基基基本本本本组组组组成成成成和和和和基基基基本本本本原原原原理理理理。n n考考考考试试试试方方方方法法法法：教教教教师师师师指指指指定定定定命命命命题题题题或或或或学学学学生生生生自自自自选选选选命命命命题题题题的的的的方方方方式式式式完完完完成成成成课课课课程程程程论论论论文文文文，课课课课程程程程评评评评分分分分采采采采用用用用课课课课程程程程论论论论文文文文与与与与平平平平时时时时考考考考勤勤勤勤相相相相结结结结合合合合的方式。的方式。的方式。的方式。5序序论论n n第一节第一节光纤通信的发展与现状光纤通信的发展与现状n n第二节第二节光纤通信的主要特性光纤通信的主要特性n n第三节第三节光纤通信系统的组成和光纤的分光纤通信系统的组成和光纤的分类类n n第四节第四节 光纤的应用光纤的应用6第一节光纤通信的发展与现状1 1 1 1、早期的光通信早期的光通信早期的光通信早期的光通信n n 到到到到了了了了1880188018801880年年年年，贝贝贝贝尔尔尔尔发发发发明明明明了了了了第第第第一一一一个个个个光光光光电电电电话话话话，这这这这一一一一大胆的尝试，可以说是现代光通信的开端。大胆的尝试，可以说是现代光通信的开端。大胆的尝试，可以说是现代光通信的开端。大胆的尝试，可以说是现代光通信的开端。在在在在这这这这里里里里，将将将将弧弧弧弧光光光光灯灯灯灯的的的的恒恒恒恒定定定定光光光光束束束束投投投投射射射射在在在在话话话话筒筒筒筒的的的的音音音音膜膜膜膜上上上上，随随随随声声声声音音音音的的的的振振振振动动动动而而而而得得得得到到到到强强强强弱弱弱弱变变变变化化化化的的的的反反反反射射射射光光光光束束束束，这个过程就是调制。这个过程就是调制。这个过程就是调制。这个过程就是调制。7第一节光纤通信的发展与现状图图1贝尔电话系统贝尔电话系统8第一节光纤通信的发展与现状 贝贝尔尔光光电电话话和和烽烽火火报报警警一一样样，都都是是利利用用大大气气作作为为光光通通道道，光光波波传传播播易易受受气气候候的的影影响响，在在大大雾雾天天气气，它它的的可可见见度度距距离离很很短短，遇到下雨下雪天也有影响。遇到下雨下雪天也有影响。9第一节光纤通信的发展与现状2 2、光纤通信、光纤通信n n 在在大大气气光光通通信信受受阻阻之之后后，人人们们将将研研究究的的重重点点转转入入到到地地下下光光波波通通信信的的实实验验，先先后后出出现现过过反反射射波波导导和和透透镜镜波波导导等等地地下下通通信信的的实验，如图实验，如图2 2所示。所示。10第一节光纤通信的发展与现状2、光纤通信图图2 2 反射波导和透镜波导反射波导和透镜波导11第一节光纤通信的发展与现状n n1870187018701870年年年年的的的的一一一一天天天天，英英英英国国国国物物物物理理理理学学学学家家家家丁丁丁丁达达达达尔尔尔尔到到到到皇皇皇皇家家家家学学学学会会会会的的的的演演演演讲讲讲讲厅厅厅厅讲讲讲讲光光光光的的的的全全全全反反反反射射射射原原原原理理理理，他他他他做做做做了了了了一一一一个个个个简简简简单单单单的的的的实实实实验验验验：在在在在装装装装满满满满水水水水的的的的木木木木桶桶桶桶上上上上钻钻钻钻个个个个孔孔孔孔，然然然然后后后后用用用用灯灯灯灯从从从从桶桶桶桶上上上上边边边边把把把把水水水水照照照照亮亮亮亮。结结结结果果果果使使使使观观观观众众众众们们们们大大大大吃吃吃吃一一一一惊惊惊惊。人人人人们们们们看看看看到到到到，放放放放光光光光的的的的水水水水从从从从水水水水桶桶桶桶的的的的小小小小孔孔孔孔里里里里流流流流了了了了出出出出来来来来，水水水水流流流流弯弯弯弯曲曲曲曲，光光光光线线线线也也也也跟跟跟跟着着着着弯弯弯弯曲曲曲曲，光光光光居居居居然然然然被被被被弯弯弯弯弯弯弯弯曲曲曲曲曲曲曲曲的的的的水水水水俘俘俘俘获了获了获了获了1213第一节光纤通信的发展与现状n n1966196619661966年年年年，英英英英籍籍籍籍华华华华人人人人高高高高锟锟锟锟(K.C.Kao(K.C.Kao(K.C.Kao(K.C.Kao，当当当当时时时时工工工工作作作作于于于于英英英英国国国国标标标标准准准准电电电电信信信信研研研研究究究究所所所所)博博博博士士士士深深深深入入入入研研研研究究究究了了了了光光光光在在在在石石石石英英英英玻玻玻玻璃璃璃璃纤纤纤纤维维维维中中中中的的的的严严严严重重重重损损损损耗耗耗耗问问问问题题题题，发发发发现现现现这这这这种种种种玻玻玻玻璃璃璃璃纤纤纤纤维维维维引引引引起起起起光光光光损损损损耗耗耗耗的的的的主主主主要要要要原原原原因因因因是是是是其其其其中中中中含含含含有有有有过过过过量量量量的的的的铬铬铬铬、铜铜铜铜、铁铁铁铁与与与与锰锰锰锰等等等等金金金金属属属属离离离离子子子子和和和和其其其其他他他他杂杂杂杂质质质质，其其其其次次次次是是是是拉拉拉拉制制制制光光光光纤纤纤纤时时时时工工工工艺艺艺艺技技技技术术术术造造造造成成成成了了了了芯芯芯芯、包包包包层层层层分分分分界界界界面面面面不不不不均均均均匀匀匀匀及及及及其其其其所所所所引引引引起起起起的的的的折折折折射射射射率率率率不不不不均均均均匀匀匀匀，他他他他还还还还发发发发现现现现一一一一些些些些玻璃纤维在红外光区的损耗较小。玻璃纤维在红外光区的损耗较小。玻璃纤维在红外光区的损耗较小。玻璃纤维在红外光区的损耗较小。141970197019701970年起，光纤研制取得了重大突破年起，光纤研制取得了重大突破年起，光纤研制取得了重大突破年起，光纤研制取得了重大突破n19701970年年，美美国国康康宁宁(Corning)(Corning)公公司司研研制制成成功功损损耗耗20dB/km20dB/km的的石石英英光纤。光纤。n19721972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km4 dB/km。n19731973年年，美美国国贝贝尔尔(Bell)(Bell)实实验验室室的的光光纤纤损损耗耗降降低低到到2.5dB/km2.5dB/km。19741974年降低到年降低到1.1dB/km1.1dB/km。n19761976年年，日日本本电电报报电电话话(NTT)(NTT)公公司司将将光光纤纤损损耗耗降降低低到到0.47 0.47 dB/km(dB/km(波长波长1.2m)1.2m)。n目目前前，波波长长为为1.55 1.55 mm的的光光纤纤损损耗耗20CM)(20CM)(20CM)(20CM)35第三节第三节光纤通信系统的组成和分类光纤通信系统的组成和分类1 1、光纤通信系统的组成光纤通信系统的组成n n 光光纤纤通通信信系系统统是是以以光光纤纤为为传传输输媒媒介介，光光波波为为载载波波的的通通信信系系统统。主主要要由由光光发发送送机机、光光纤光缆、中继器和光接收机组成。纤光缆、中继器和光接收机组成。36第三节第三节光纤通信系统的组成和分类光纤通信系统的组成和分类图图3 3 数字光纤通信系统方框图数字光纤通信系统方框图37第三节第三节光纤通信系统的组成和分类光纤通信系统的组成和分类图4两种调制方案(a)直接调制；(b)间接调制(外调制)38第三节第三节光纤通信系统的组成和分类光纤通信系统的组成和分类图图3 3 数字光纤通信系统方框图数字光纤通信系统方框图39第三节第三节光纤通信系统的组成和分类光纤通信系统的组成和分类2 2 2 2、光纤通信系统的分类、光纤通信系统的分类、光纤通信系统的分类、光纤通信系统的分类根据调制信号的类型根据调制信号的类型根据调制信号的类型根据调制信号的类型：光纤通信系统可以分为模拟光纤通光纤通信系统可以分为模拟光纤通光纤通信系统可以分为模拟光纤通光纤通信系统可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。信系统和数字光纤通信系统。信系统和数字光纤通信系统。信系统和数字光纤通信系统。根据光源的调制方式：根据光源的调制方式：根据光源的调制方式：根据光源的调制方式：光纤通信系统可以分为直接调制光光纤通信系统可以分为直接调制光光纤通信系统可以分为直接调制光光纤通信系统可以分为直接调制光纤通信系统和间接调制光纤通信系统。纤通信系统和间接调制光纤通信系统。纤通信系统和间接调制光纤通信系统。纤通信系统和间接调制光纤通信系统。根据光纤的传导模数量根据光纤的传导模数量根据光纤的传导模数量根据光纤的传导模数量：光纤通信系统可以分为多模光纤光纤通信系统可以分为多模光纤光纤通信系统可以分为多模光纤光纤通信系统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤通信系统。通信系统和单模光纤通信系统。通信系统和单模光纤通信系统。通信系统和单模光纤通信系统。根据系统的工作波长根据系统的工作波长根据系统的工作波长根据系统的工作波长：光纤通信系统可分为短波长光纤通光纤通信系统可分为短波长光纤通光纤通信系统可分为短波长光纤通光纤通信系统可分为短波长光纤通信系统、长波长光纤通信系统和超长波长光纤通信系统。信系统、长波长光纤通信系统和超长波长光纤通信系统。信系统、长波长光纤通信系统和超长波长光纤通信系统。信系统、长波长光纤通信系统和超长波长光纤通信系统。401.光纤通信网n n光纤公用电信网：核心网、城域网光纤公用电信网：核心网、城域网 我我国国市市内内电电话话光光缆缆传传输输试试验验从从 19781978年年开开始始。目目前前，公公用用电电信信网网的的传传输输线线基基本本上上均均是是采采用用光光纤纤光缆连接。光缆连接。n n光纤局域网光纤局域网n n光纤宽带网光纤宽带网n n光纤接入网光纤接入网n n无线通信网无线通信网n n海底光缆及洲际通信网海底光缆及洲际通信网 第四节第四节 光纤的应用光纤的应用412.能源、交通和其他抗干扰能力强无源传感、宽带传输42 室外的自然光透过采光罩导入到照明系统中进行重新分配，经过光导管（光纤）传输和强化后由系统底部的末端附件(室內末端投射装置)把自然光均匀高效的照射到室内，带来自然光照明的特殊效果.43n n铁路通信网铁路通信网 电电电电气气气气化化化化铁铁铁铁路路路路对对对对通通通通信信信信要要要要求求求求：通通通通信信信信容容容容量量量量要要要要大大大大，不不不不受受受受电电电电力力力力机机机机车车车车强强强强电电电电磁磁磁磁干干干干扰扰扰扰，传传传传输输输输电电电电话话话话、数数数数据据据据以以以以外外外外还还还还要要要要传传传传输输输输列列列列车车车车运运运运行行行行的的的的长长长长距距距距离离离离无无无无人人人人监监监监控控控控图图图图像像像像信信信信号号号号。除除除除了了了了光光光光纤纤纤纤通信，没有哪一种通信方式能满足这些要求。通信，没有哪一种通信方式能满足这些要求。通信，没有哪一种通信方式能满足这些要求。通信，没有哪一种通信方式能满足这些要求。n n地铁控制系统地铁控制系统n n高速公路监控系统高速公路监控系统443.军事n n战战术术通通信信主主要要有有两两种种系系统统：一一种种是是本本地地分分配配系系统统，包包括括战战地地指指挥挥所所的的布布线线，兵兵器器之之间间的的连连接接，野野战战计计算算机机的的互互连连，以以及及基基地地信信息息传传输输系系统统等等；一一种种是是长长距距离离战战术术通通信信系系统统，一一般般通通信距离超过信距离超过11千米。千米。n n水水下下通通信信系系统统是是扫扫雷雷舰舰与与浮浮游游载载体体之之间间的的数数据据传传输输线线路路。扫扫雷雷舰舰的的主主要要任任务务是是清清扫扫航航道道上上的的水水雷雷，而而利利用用浮浮游游载载体体扫扫雷雷最最为为安安全全而而可可靠靠。扫扫雷雷舰舰与与浮浮游游载载体体之之间间连连着着 3 3根根光光纤纤：一一根根光光纤纤把把水水下下浮浮游游载载体体探探测测到到的的声声纳纳信信号号和和遥遥测测信信号号（都都是是视视频频信信号号）传传给给舰舰船船；另另一一根根光光纤纤用用来来传传输输舰舰船船给给水水下下浮浮游游载载体体的的控控制制信信息息；第第三三根根光光纤纤备备用用。光光纤纤反反潜潜战战网网络络，也也就就是是把把光光纤纤传传输输线线路路与与水水听听器器相相连连，把把监监测测到到的的敌敌潜潜声声音音信信号号通通过过光光纤纤传传输输到到舰舰上上或或岸岸上上信信息息处处理理中中心心，以以便便确确定定作作战战方方案案。光光纤纤用用于于水水下下通通信信，探探测测的的灵灵敏敏度度高高，传传输输的的信信息息量量大大，抗各种干扰的能力强，而且重量轻、浮力大。抗各种干扰的能力强，而且重量轻、浮力大。45航空母舰：机载通信、舰载通信。航空母舰：机载通信、舰载通信。n n雷雷达达：在在雷雷达达室室与与作作战战情情报报中中心心之之间间传传输输信信息息，不不仅仅改改善善了了抗抗干干扰扰能能力力和和保保密密性性能能，而而且且还还能能更更好好保保证证作作战战情情报报中中心心的的安全。安全。n n光光纤纤制制导导武武器器主主要要包包括括光光纤纤制制导导导导弹弹和和光光纤纤制制导导鱼鱼雷雷。它它用用光光纤纤传传输输目目标标图图像像，制制导导精精度度高高，导导弹弹射射程程远远，而而且且更更安安全全可靠，是一种由射击手控制的人工智能武器。可靠，是一种由射击手控制的人工智能武器。464.医学应用n n利用传光束的照明器和测氧计利用传光束的照明器和测氧计n n利用传像束的内窥镜利用传像束的内窥镜n n激光手术刀。激光手术刀。47内窥镜医疗器械医疗器械激光手术中，有时需要手术的部位在人体腔道内，这就要求激光能拐弯。目前大多数医疗激光可以通过石英光纤来实现拐弯，因此激光手术刀又叫光纤手术刀。激光手术刀485.机车电子49n写在最后写在最后n成功的基础在于好的学习习惯成功的基础在于好的学习习惯nThe foundation of success lies in good habitsn谢谢聆听n学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折nLearningIsToAchieveACertainGoalAndWorkHard,IsAProcessToOvercomeVariousDifficultiesForAGoal