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氧化物光纖
玻璃纖維中能以波導結構傳輸光者稱(chēng)為光學(xué)纖維。用于光通訊時(shí)則要求具有特別良好的透光性(低損耗),長(cháng)距離傳輸后仍能識別信號(低色散),滿(mǎn)足這些要求者則可稱(chēng)為光通訊光纖,簡(jiǎn)稱(chēng)光纖。光纖通訊的最大特點(diǎn)是中繼間距離長(cháng)和傳輸容量大。用于光纖的玻璃有鈉鈣系統和硼硅酸鈉系統。通過(guò)改變玻璃的成分可以容易地控制折射率，利用這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，用雙坩堝法制造了階躍型光纖。其特點(diǎn)是除了熱膨脹系數和軟化溫度一致外，芯皮之間的折射率差大，適于制造大數值孔徑光纖。這就是氧化物光纖。
基本信息
| 應用領(lǐng)域 | 陶瓷材料 |
| 特點(diǎn) | 穩定的玻璃態(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(shù)即通過(guò)高純度、均勻性?xún)?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(lái)實(shí)現。
氧化物玻璃在光纖中的優(yōu)點(diǎn)
氧化物玻璃具有穩定的玻璃態(tài)，由多種氧化物構成的多組分玻璃，透過(guò)波長(cháng)范圍取決于透過(guò)范圍最狹窄的組合，雖然本征吸收損耗比較大。但軟化點(diǎn)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(zhì)量石英系玻璃光學(xué)纖維最通用的方法。又叫改進(jìn)的化學(xué)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(chē)床上的，一般以每分鐘幾十轉的速度轉動(dòng)。用氫氧噴燈以每分鐘十幾厘米的速度沿反應管來(lái)回運動(dòng)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(xué)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(zhì)。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(dòng)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(shí)心棒，就得到了光纖的預制棒。
使高純原料
等氣化，再通過(guò)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(jīng)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(lèi)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(cháng)的光學(xué)纖維。
4、等離子體化學(xué)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。
拉絲與涂覆
氧化物光纖
因為石英光纖本身是比較脆的，經(jīng)不起彎曲和摩擦，因此在纖維成形后，要立即涂覆丙烯酸樹(shù)脂或硅樹(shù)脂，通過(guò)加熱或紫外光照射的方法使其固化，形成一層堅固的涂層。一般在成纜前，要進(jìn)行二次涂覆。涂覆的目的是提高光纖機械強度和減少光纖傳輸損耗。
光纖的結構與分類(lèi)
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(xiàn)方式行進(jìn)的。這兩種情況下，對于傳輸方向光線(xiàn)的角度小時(shí)得以全反射而無(wú)損失，但θ過(guò)大時(shí)，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則分子結構引起的微觀(guān)折射率波動(dòng)(周期為1~10nm)造成的。在多組分的玻璃中，各個(gè)成分含量發(fā)生波動(dòng)就會(huì )引起折射率的變化。在單一成分的玻璃中，當玻璃冷卻時(shí)，由于溫度波動(dòng)使它的折射率也不完全一樣。這樣極小的折射率波動(dòng)就會(huì )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(cháng)差不多時(shí)產(chǎn)生的。它們可能是在光纖制造時(shí)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(zhì)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，在紅外區域會(huì )發(fā)生伸縮振動(dòng)，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(zhì)，特別鐵、銅、鉻、鎳等金屬離子及氫氧根離子，都會(huì )引起外加的吸收損耗。離子產(chǎn)生的吸收只出現在它的固有吸收波長(cháng)范圍內。氫氧根離子在0.95μm、1.23μm、1.37μm處具有吸收峰；二價(jià)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(chǎn)生的吸收損耗降低到1dB/km(波長(cháng)在1.37μm處)以下，這就要求氫氧根含量應該低于25ppb;要將二價(jià)鐵離子和二價(jià)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(cháng)度方向變化、光纖的不規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(shí)，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(chǎng)的截面形狀不隨傳播過(guò)程變化。如果人射光的模樣是圓光斑，在出射端仍能觀(guān)察到圓形的光斑，這就是其模傳輸，也稱(chēng)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(zhù)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(guò)來(lái)的。各個(gè)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(lái)講，芯徑小，一般只有傳遞的光波波長(cháng)的幾倍，即只有幾微米直徑。光束進(jìn)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(chǎng)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(shí)存在的光纖。對多模光纖來(lái)說(shuō)，芯徑很大(一般為40~100μm),由光源來(lái)的光束進(jìn)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(shí)可以達到同時(shí)有幾千種模式在一根光纖中傳輸。
傳輸帶寬
傳輸帶寬也是表示光纖傳輸信號的能力，光信號是以光脈沖的形式輸人光纖的，如果輸入的光脈沖經(jīng)過(guò)光纖傳輸后脈沖嚴重變寬，則前后的脈沖就會(huì )重疊起來(lái)，以致分辨不清。
模式色散是由于模式的不同，因而光傳播速度也不同所產(chǎn)生的色散。
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