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氧化物光纖
基本信息
| 應用領域 | 陶瓷材料 |
| 特點 | 穩(wěn)定的玻璃態(tài) |
光釬損耗
氧化物光纖
因此，制造低損耗、低色散光纖應選擇最低本征損耗小的玻璃材料及適合于該材料的制造技術即通過高純度、均勻性優(yōu)優(yōu)越的玻璃的合成，以及折射率的精密控制制造波導結構來實現。
氧化物玻璃在光纖中的優(yōu)點
氧化物玻璃具有穩(wěn)定的玻璃態(tài)，由多種氧化物構成的多組分玻璃，透過波長范圍取決于透過范圍最狹窄的組合，雖然本征吸收損耗比較大。但軟化點低使瑞利損耗(折射率變化引起)變小，且能比較容易地合成穩(wěn)定均勻的玻璃。
石英系光纖的制造
預制棒的制造
1、管內氣相沉積法( Inside Vapor Deposition)：是目前制作高質量石英系玻璃光學纖維最通用的方法。又叫改進的化學氣相沉積法( Modified Chemical Vapor Deposition),即MCVD法。
在石英管內不斷通入各種超純的原料氣體(如四氯化硅、四氯化鍺、三氯氧磷、三溴化硼)以及反應氣體氧氣。石英管的外徑通常為20mm,內徑為17mm左右。石英管是夾在玻璃車床上的，一般以每分鐘幾十轉的速度轉動。用氫氧噴燈以每分鐘十幾厘米的速度沿反應管來回運動幾十次。由于管外氫氧焰燃燒溫度的高溫加熱，使管內的氣體發(fā)生化學反應，反應生成物便沉積在石英管的內壁，形成多層玻璃狀物質。采用電子計算機控制各種原料氣體的組分、流量以及氫氧焰噴燈的移動速度，可以使石英系光纖的斷面折射率分布達到預先設計的要求。然后把石英管高溫燒熔成致密的實心棒，就得到了光纖的預制棒。
使高純原料
等氣化，再通過高溫氫氧焰生成玻璃微粒組成的所謂粉塵。噴燈上面有一根石英棒，玻璃粉塵就沉積在它的頂部，將石英棒不停地旋轉，并且向上提拉，在石英棒的下方就生成多孔的預制棒。然后將多孔棒置于爐中，通于氯化亞硫酰氣體，除去表面殘留的氫氧離子；最后再加熱到1500~1700℃,燒熔成透明的預制棒。軸向法中氧化物沉積速度比管內法提高5~10倍。因此，適于制作大型棒材。
3、外氣相沉積法(OVD法, Outside Vapor Deposition)應用水解反應原理，將原料氣體輸入氫氧焰噴嘴，經高溫分解合成得到玻璃粉塵，一層一層地沉積在耐火材料(一般使用碳一類的材料)心棒的表面，形成多孔的預制棒。拔去心棒之后，再放入高溫爐內加熱熔縮，得到透明的預制棒。這種方法能制成大直徑的預制棒，一次拉幾十公里長的光學纖維。
4、等離子體化學氣相沉積法(PCVD法, Plasma Chemical Vapor Deposition)基本上與MCVD法相同，只是加熱源采用等離子火焰。這種方法可制得大尺寸坯棒。
光纖的結構與分類
氧化物光纖
如右圖所示是單一波型SM型，其波型數僅為一種，具有色散特性最性最優(yōu)優(yōu)的結構，作為大容量傳輸媒介使用。而多波型光纖可以傳輸多種波型的光信號。階躍折射率型，是光在芯部與外皮界面上反復地全反射而傳輸，而芯部折射率以緩變梯度分布的GI型，光在其中的傳輸是以螺旋線方式行進的。這兩種情況下，對于傳輸方向光線的角度小時得以全反射而無損失，但θ過大時，光就可能折射出芯部以外,θ值由下式計算:
光纖的主要性能
損耗
光纖的散射損耗主要有瑞利散射和米氏散射。瑞利散射是由玻璃的不規(guī)則分子結構引起的微觀折射率波動(周期為1~10nm)造成的。在多組分的玻璃中，各個成分含量發(fā)生波動就會引起折射率的變化。在單一成分的玻璃中，當玻璃冷卻時，由于溫度波動使它的折射率也不完全一樣。這樣極小的折射率波動就會成為散射中心引起瑞利散射。米氏散射是當材料的不均勻性尺寸和光波波長差不多時產生的。它們可能是在光纖制造時形成的小晶粒、小氣泡等造成的。
光纖的吸收損耗有材料固有的吸收損耗和外加雜質缺陷引起的吸收損耗。在玻璃材料中，硅-氧、磷-氧、硼-氧之間形成的鍵，在紅外區(qū)域會發(fā)生伸縮振動，引起紅外光的吸收。這就是材料固有的吸收損耗。所以，選用哪種材料制造光纖，要認真考慮。玻璃材料中所含的雜質，特別鐵、銅、鉻、鎳等金屬離子及氫氧根離子，都會引起外加的吸收損耗。離子產生的吸收只出現在它的固有吸收波長范圍內。氫氧根離子在0.95μm、1.23μm、1.37μm處具有吸收峰；二價鐵離子的吸收常分布在0.7~1,3μm之間很寬的頻段內。為了制作低損耗的光纖，要把氫氧根離子產生的吸收損耗降低到1dB/km(波長在1.37μm處)以下，這就要求氫氧根含量應該低于25ppb;要將二價鐵離子和二價銅離子的損耗減少到0.1dB/km,其濃度應當降低到0.3ppb(1ppb為十億分之一)。
光纖的幾何結構不完整也造成損耗。光纖的芯徑、數值孔徑在長度方向變化、光纖的不規(guī)則的微彎曲都是這種損耗的原因。上面講到的損耗單位是分貝dB,計算方法為:
損耗
（輸出位置大小/輸入位置大小）
傳輸模式
光波是一種電磁波。光在光纖中傳播時，由光纖的傳播模式載運光能。傳播模式就是麥克斯韋方程的本征解，它的電磁場的截面形狀不隨傳播過程變化。如果人射光的模樣是圓光斑，在出射端仍能觀察到圓形的光斑，這就是其模傳輸，也稱為單模傳輸；如果出射的光斑分裂成許多小光斑，這就意味著出現了許多雜散的高次模。它們都是從有用的基模光波中轉換過來的。各個模的傳輸路徑不同，傳輸速度也不同，因而使傳輸的信號失真。
單模光纖就是根據芯徑小等特定條件只傳輸一種模式的光纖。對單模光纖來講，芯徑小，一般只有傳遞的光波波長的幾倍，即只有幾微米直徑。光束進入光纖中的角度也很小，光向前傳播的路徑也小。它形成的電磁場分布形式單純，只允許一種基本的模式(即基模)傳播，而其他雜散的高次模均被淘汰。
多模光纖可以允許很多模式同時存在的光纖。對多模光纖來說，芯徑很大(一般為40~100μm),由光源來的光束進入芯中的角度不同，向前傳播的路徑也很多，在空間形成的電磁分布的模式也就很多，有時可以達到同時有幾千種模式在一根光纖中傳輸。
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這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
