光纖拉制及成纜技術(shù)-wenkub
2023-05-22 20:31:58 本頁面
【正文】 些金屬氧化物、非金屬化合物、含氫化物和絡(luò)合物等。 非晶體材料中 的 玻璃 是理想的光纖材料 , 因?yàn)槟承┭趸锊ＡШ头锊Ａг诳梢姽夂图t外區(qū)域具有很小的光衰減 , 這些玻璃極易制成纖維 , 并且可通過改變這些玻璃的組成比例很容易地控制其折射率分布。 一些液體材料的 光衰減也很小 , 但 液體的折射率隨溫度變化明顯 , 同樣難以對 折射率實(shí)現(xiàn)精確控制 。 表 2. 1 大芯徑階躍折射率石英光纖的特性 * 光纖類型 纖芯包層直徑 /μ m m處的衰減 /(dB/km) m處的帶寬 /MHz?km 數(shù)值孔徑 NA 石英包層 100/ 120 5 20 0. 22 硬包層 125/ 140 20 20 塑料包層 ,低 OH 200/ 380 6 20 塑料包層 ,高 OH 200/ 380 12 20 石英包層 400/ 500 12 — 硬包層 550/ 600 12 — 石英包層 1000/ 1250 14 — 塑料包層 ,低 OH 1000/ 1400 8 — * 芯徑超過 200μm 的光纖的帶寬未給出額定值 , 因?yàn)樗鼈兒苌儆糜谕ㄐ拧? 光纖其他分類 光纖按其本身的材料組成不同 , 可分為石英光纖、多組分玻璃光纖、液芯光纖、塑料光纖、氟化物光纖、硫硒碲化合物光纖。 但和光波長有關(guān)的折射率微小變化會引起 殘余色散 ,不同模式間相互干擾還會產(chǎn)生 模噪聲 ,從而 限制了漸變光纖 的性能 ,使這種光纖同樣不適合于長距離通信。 大芯徑和大的數(shù)值孔徑 有利于提高光纖 收集光功率 的效率 , 在圖像傳輸和照明中使用廣泛 。 bba aaab br r芯區(qū)包層涂層n 1 n1n 2 n 2n 0 n 0(a) (b)階躍光纖 漸變光纖階躍光纖與漸變光纖的橫截面和折射率分布 光纖的分類 光纖的分類方式 多種多樣 , 一般按照光纖內(nèi)部光能傳輸?shù)?穩(wěn)定模式數(shù) 來確定。纖芯和包層的折射率差異導(dǎo)致光在纖芯發(fā)生全內(nèi)反射 ,從而使光在纖芯內(nèi)傳播。第 2 章 光纖拉制及成纜 光纖的分類 光 纖材 料 光纖的拉制 光纖成纜技術(shù) 思考與練習(xí) 隨著通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展 , 光纖光纜已逐步取代電纜成為國家通信的主干線。 為了保護(hù)光纖不受外力和環(huán)境的影響 ,在包層的外面一般都加有涂敷層。 多模光纖：能以 多種模式 傳光的光纖即為多模光纖。 但 芯徑和數(shù)值孔徑的增大 也使光纖的 模式色散增加 , 不利于 長途通信 。 單模光纖 單模光纖 以其 損耗低 、 頻帶寬 、 容量大 、 成本低 、易于擴(kuò)容 等優(yōu)點(diǎn) , 成為一種理想的長距離通信介質(zhì)得到廣泛的應(yīng)用。 按 光纖橫截面上折射率分布狀況 , 可分為 階躍光纖、梯度光纖、 W型光纖、三角形光纖 等。 2. 2 光纖材料 材料 是光纖的核心 , 如果 沒有高度透明的材料 , 光纖通信是不現(xiàn)實(shí)的。 1. 光纖材料的選擇 固體材料的 光衰減 雖然 較大 , 但 光學(xué)特性穩(wěn)定 , 也容易實(shí)現(xiàn) 對折射率的控制 。 由 SiO2 組成的石英玻璃對 可見光 和 近紅外光 有很高的 透光能力 , 并且這種玻璃具有良好的 化學(xué)穩(wěn)定性 和 較高的機(jī)械強(qiáng)度 , 通過添加不同的摻雜劑 , 也很容易改變石英玻璃的折射率。 其中 金屬雜質(zhì) 的 吸收峰值波長 區(qū)域從 紫外波段 0. 2μm 起 , 經(jīng)過可見光波段 , 一直到紅外的 1. 1μm 附近 , 它們將嚴(yán)重影響光纖 0. 85μm 短波長波段的衰減。 過程 :在氫氧火焰中燃燒 SiCl4 , 產(chǎn)生氯化物蒸氣和二氧化硅 , 然后沉淀成白色、蓬松的粉塵狀物。 原因 : 它主要來源于 SiHCl4和其他含氫化合物 , 這些物質(zhì)大多有極性 , 容易形成化學(xué)鍵被吸附劑吸收。 當(dāng)氣體原料通過一 級或多級凈化器后 , 可以達(dá)到要求的純度。 原因： 光纖需要 高折射率的纖芯和低折射率的包層 , 而所有純石英具有單一的折射率 , 從 0. 55μm處的 1. 46 減小到 1. 81μm處的 1. 444。 最常見的 纖芯摻雜劑是鍺 , 它在化學(xué)上與硅相似 , 鍺對光的吸收相當(dāng)?shù)?, 二氧化鍺 (GeO2 ) 與石英一樣 , 也能用于制造玻璃。 圖 2. 3 三種階躍光纖摻雜方式和折射率曲線。 前兩種設(shè)計(jì)通常用來制造 單模階躍光纖 , 后一種設(shè)計(jì)可制造 多模階躍光纖 。在獲得折射率分布圖和所需尺寸特性方面 , 每種方法都可達(dá)到 高級 別的 精度 。 預(yù)制棒結(jié)構(gòu)是由外部折射率較低的包層和具有特定折射率分布圖、損耗和其他特性的纖芯組成 , 簡單地說這就是 一根加粗加大的光纖 。 控制： 由于粉塵是 層層覆蓋 堆積 升高 的 , 通過控制摻雜劑濃度 , 精確地控制 各層粉塵 的 折射率分布 , 得到梯度折射率或階躍折射率分布。 這種工藝必須滿足兩個要求 , 即 高純度 和精確控制折射率分布 。 這一工藝中 , 預(yù)制棒分兩步制造 , 即沉積和成棒。 帶電離子重新結(jié)合時 , 釋放出的熱量可用于熔化高熔點(diǎn)制纖材料 。 借助低壓等離子產(chǎn)生的熱量使流進(jìn)空心石英玻璃管內(nèi)的 SiCl4 、摻雜劑氣體和氧氣發(fā)生反應(yīng) , 使所需的氧化物直接沉積在基底硅管上 , 而不形成粉塵。這就是 PCVD方法的關(guān)鍵 優(yōu)點(diǎn) 。 圖 2. 7 棒外氣相沉積法制造預(yù)制棒 在沉積過程中 , 通過改變每層的摻雜劑種類和摻雜濃度可以制成不同折射率分布的光纖預(yù)制棒。 該階段結(jié)果是產(chǎn)生一個粉塵預(yù)制棒。 5) 軸向氣相沉積法 (VAD) 圖 2. 8 軸向氣相沉積法制造預(yù)制棒 非氣相沉積法 6) 多組分玻璃法 多組分玻璃的成分是以重量占百分之幾十的SiO2為主 , 還包含 有堿金屬、堿土金屬、鋁、硼的氧化物 等玻璃的總稱。 7) 凝膠法 凝膠法是一種生產(chǎn)塑料光纖預(yù)制棒的方法。放入高溫中 , 氯化脫水處理 , 最后燒結(jié)成玻璃預(yù)制棒。 OH在 1. 38μm 處吸水峰已降到了 1dB/ km。 在拉制過程中 , 一般都能 保持芯包比和折射率分布不變 。 這一工藝的關(guān)鍵是拉伸速率。 拉伸機(jī)械的所有旋轉(zhuǎn)部分必須達(dá)到極高的 耐受度和張力級別 , 以使光纖能被 高度精確地控制 。 通過調(diào)節(jié)坩堝噴嘴的尺寸來控制光纖
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