1、1 光纤与光纤制造工艺 2 1.光纤简介 2.光纤制造工艺 3.主要光纤产品介绍 4.光纤技术发展概况 内内 容容 3 1.光 纤 简 介 4 1.光 纤 简 介?什么是光纤（optical fiber)？光纤是光导纤维的简称。光纤是以光脉冲的 形式来传输信号，材质以玻璃或有机玻璃为主的 网络传输介质。电 信号 光 发 送 机 光 接 受 机 电 信号 光纤 5?光纤结构 光纤由三部分组成：芯层（core）包层（cladding）涂覆层（coating）内层（buffer layer）外层（top layer）芯层:SiO2+Ge+F 包层:SiO2+F 内涂覆层:丙烯酸树脂 外涂敷层:丙烯酸
2、树脂 1.光 纤 简 介 6?光纤分类 光纤信号处理 光纤光纤 通 信用 光纤 非 通信 用光纤 单模光纤（SM）多模光纤（MM）特种光纤 光纤传感 光纤测量 其它光学系统 1.光 纤 简 介 7 1.光 纤 简 介?模式（mode）概念 模式是指光的在光纤中的传输方式（电磁场分 布形式）。光纤中能够传导的模式是由光纤结构参数所决 定的。外界激励只能激励起光纤中允许存在的模式 而不会改变模式的固有性质。模式是光波动方程的解。它对应于波动方程某 一本征值并满足全部边界条件。每一个模式对应于 沿光纤轴向传播的一种电磁波。8?单模与多模光纤 阶跃型多模 单模光纤 1.光 纤 简 介 9?光纤几何尺寸
3、 芯径 单模光纤：10um;多模光纤：50um/62.5um 包层直径 普通光纤：125um 涂覆层直径 普通光纤 内层 170200um 外层 245um 1.光 纤 简 介 125um 245um 10?光纤工作原理 光纤利用光在 界面上的全反射原 理进行工作。1.光 纤 简 介 11?光纤剖面折射率示意图 多模 芯层 包层 芯层 包层包层 G.652 G.655 1.光 纤 简 介 12?光纤通信原理 光纤通信采用数字通信原理。0 1 0 0 1 1 0 1 0 模拟信号 数字信号 模拟信号 编 码 解 码 1.光 纤 简 介 13?光纤通信网络光纤通信网络 单信道全光中继数字通信 光-
4、电-光中继的数字通信 1.光 纤 简 介 14?光纤通信特点 1.光 纤 简 介 优点：信号损耗小，中继距离长；光纤为绝缘体不受电磁干扰；玻璃光纤不产生电磁场，保密性高；重量轻，易于施工和运输；缺点：光纤制造工艺复杂，生产成本较高；光纤连接复杂；配套光器件价格较高 15 2.光 纤 制 造 工 艺 16 2.光纤制造工艺光纤制造工艺?光纤制造基本过程 制 棒 拉 丝 性能测试 玻璃加工 清 洗 包装入库 17 2.光纤制造工艺?预制棒介绍 预制棒尺寸：直径：60mm，80mm，150mm 长度：1m2m 制棒方法：玻璃分相法 溶胶凝胶法 气相沉积法 预制棒要求：高纯度；准确的折射率分布 18
5、2.光纤制造工艺光纤制造工艺?预制棒制造工艺 气相沉积法 管外法 管内法 管外汽相沉积法（OVD）汽相轴向沉积法（VAD）改进的管内化学气相沉 积法（MCVD）等离子体管内化学气相 沉积法（PCVD）19 2.光纤制造工艺光纤制造工艺?四种工艺在全球的大体市场份额 10%28%32%30%VAD OVD MCVD PCVD 20?管外汽相沉积法（OVD）优点：沉积速率高、预制棒体积大、原料纯度要求 较低、生产率高 不足：折射率剖面粗糙、原料利用率低 结论结论：擅长制造包层 2.光纤制造工艺光纤制造工艺 21?汽相轴向沉积法（VAD）优点：沉积速率高、预制棒体积大、原料纯度要求 较低、生产率高
6、不足：折射率剖面粗糙、原料利用率低 结论：擅长制造包层 2.光纤制造工艺光纤制造工艺 22?改进的管内化学气相沉积法（MCVD）优点：投资少、操作运行较容易、工艺控制性好 不足：原料利用率低、折射率剖面不够精确 结论：擅长制造包层、纤芯制造仅次于PCVD 2.光纤制造工艺 23?等离子体管内化学气相沉积法（PCVD）优点优点：沉积层薄、工艺控制性强、折射率剖面精确 原材料利用率高 不足不足：原料要求纯度高、沉积速率低 结论结论：擅长制造纤芯 2.光纤制造工艺光纤制造工艺 24?PCVDPCVD工艺的优势 原材料利用率高 四氯化硅SiCl4 100%四氯化锗GeCl4 85 氟C2F6 90%-
7、节约原材料，降低成本，有利环保 沉积层数高达3000层，可精确控制折射率的分 布，可良好地对各类光纤的色散进行控制生产 出世界一流水平的高带宽多模光纤以及复杂结 构的单模光纤 不需P2O5掺杂，有利于1550 nm的衰减 对氢损的影响不敏感 2.光纤制造工艺 25 涂覆层 石英套管 石英衬管 芯层 包层 包层 沉积层 石英管?PCVD工艺流程 PCVD沉积 芯棒测试 套棒 筛选 成品包装 光纤测试 拉丝 熔缩 2.光纤制造工艺光纤制造工艺 26?PCVD沉积 反应机理 SiCl4+O2 SiO2+2Cl2 GeCl4+O2GeO2+2Cl2 优点*沉积层非常薄*工艺控制性强*折射率剖面精确*原
8、材料利用率高 2.光纤制造工艺 谐振腔 等离子体 SiCl4+GeCl4+C2F6+O2 石英管 真空泵 磁控管 PCVD 炉体 27?熔缩设备 经PCVD沉积好的管子在熔缩车床上熔缩成一实心预制棒。2.光纤制造工艺 28?芯棒测试?套 棒 熔缩好的芯棒经设备测试确定芯棒质量 2.光纤制造工艺光纤制造工艺 29 Fusion group 1 Fusion group 2 Furnace 2.光纤制造工艺 RIT Coating 1st Coating 2nd Feeder Capstan Take-up unit Measurement 1 Measurement 2 PLC 30 2.光纤制
9、造工艺光纤制造工艺?拉拉 丝丝 31 为保证成品光纤有足够的强度，光纤在筛选机上被施以一定的张力进行强度筛选。2.光纤制造工艺光纤制造工艺?筛 选 32 经过强度试验后，合格光纤将进行传输性能和几何性能的测试。2.光纤制造工艺光纤制造工艺?测试与包装测试与包装 33 3.3.主要光纤产品主要光纤产品 34 3.主要光纤产品主要光纤产品 DCF光纤 光纤 普 通 光 纤 特 种 光 纤 单模光纤 多模光纤 保偏光纤 大芯径光纤 光子晶体光纤?产品分类 35 3.主要光纤产品主要光纤产品?普通单模光纤(G652A/B)特点：?光纤中只传导基模；?芯径小，传输带宽高；?熔接和耦合困难，对光源要求高；
10、?制造工艺简单。单模光纤 LP00 Cladding Core 36 3.主要光纤产品主要光纤产品?多模光纤(GIMM)的折射率分布（G651)折射率分布公式 n2(r)=n21-2(r/a)g g1 三角形分布；g2 抛物线型分布；g 阶跃型分布 core cladding 37 多模光纤多模光纤?1?2 Cladding Core 3.主要光纤产品?渐变型多模光纤（GIMM）特点：?光纤中传导多个模式；?芯径大，模间色散大；?易于耦合，对光源要求低；?制造工艺复杂。38?精确的折射率剖面控制?消除中心凹陷?消除芯层/包层界面缺陷 3.主要光纤产品?PCVD工艺在制造多模光纤中的优势 PCV
11、DNONPCVD39 3.主要光纤产品?各种光纤的用途 单模光纤：?普通单模：高速率、长距离传输通信主干网。多模光纤：?50um多模：局域网通信、音/视频信号传输和数据传输。?62.5um多模：局域网通信（北美地区使用较多）。40 3.主要光纤产品?特种光纤简介 保偏光纤特点：?双折射率高，保偏性能好；?衰耗低；?弯曲稳定性好；保偏光纤应用：?光纤陀螺；?偏振敏感器件；?偏振传感器；熊猫型保偏光纤 41 3.主要光纤产品?特种光纤简介 DCF光纤特点：?负色散值（反色散光纤）；?高色散斜率；?芯径小，相对折射率高；17 Dispersion Wavelength-130 SM fiber DC
12、F fiber 1550nm 1310nm 42 3.主要光纤产品 DCFDCF光纤应用 43 3.主要光纤产品?特种光纤简介 大芯径光纤特点：?光纤芯径大（可达到190um以上），NA值大；?与光源间的光耦合效率高；?允许更高的光源密度；大芯径光纤应用：?工业局域网；?光纤传感；?激光能量传输；44 3.主要光纤产品?特种光纤简介 光子晶体光纤（PCF）：45 4.光纤技术发展概况光纤技术发展概况 46 1980-2010年中国电话用户和电话普及率年中国电话用户和电话普及率 0.43%0.60%1.11%4.66%13%38%050100150200250300350400450500198
13、0198519901995200020100.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%电话用户电话普及率语音业务的发展语音业务的发展 47 中国19951996199719982000上网计算机数70003600016000074万上网用户62 万210万1000万美国 19951998上网人数1350万6000万全球到2000年上网计算机数1 亿 上网用户 5亿因特网业务量以每年翻两番的速度急剧增长因特网业务量以每年翻两番的速度急剧增长 48 人均敷设光纤人均敷设光纤 4.5 米米 人均敷设光纤 80 米 至 199 9 年底 中国
14、人均光纤拥有量 2 0 米 美国人均光纤拥有量 300 米 全球光纤正以全球光纤正以1000m/s铺设铺设 人均光纤拥有量，正成为判断一个国家信息化程度的标志 1999年年 49 100M 单信道传输速率向40G更高发展 External Mod.MQW 速 率 10M 1G 10G 80 90 95 2000 2005 F-32M 78 F-100M 78 C-140M 81 F-400M 82 F-1.6G 85 FTM-2.4G 90 C-565M 86 C-34M 80 45M 78 90M 80 D-135M 83 D-405M 83 D-560M 85 D-1.12G 87 ITS
15、-600 91 ITS-2400 92 FTM-600M 89 FA-10G 95 s-in 10G 92 SMS-2500 94 PDH 实验室设备 商 用 100G W8 96 W16 97 W32 98 SONET PDH SDH 北 美 SDH 日本 PDH 欧洲电信标准 （ETSI)NB-WDM（窄带波分复用）2010 Short Wave DFB Long Wave WDM SMS-600 93 50 光纤波分复用技术已成为拓宽信息高速公路的有效途径 DWDM信道间隔从原来的100GHz向50GHz甚至25GHz发展 1538.976 1539.766 1540.557 1541.
16、349 1542.142 1542.936 1543.730 1544.526 1545.322 1546.119 1546.917 1547.715 1548.515 1549.315 1550.116 1550.918 1551.721 1552.524 1553.329 1554.134 1554.940 1555.747 1556.555 1557.363 1558.173 1558.983 1559.794 1560.606 1561.419 1562.233 1563.047 1563.863 16 channels(nm)51 传输速率与传输容量向更高更远发展传输速率与传输容量向更高更远发展 52 超长距离传输的关键因素超长距离传输的关键因素?信道间拉曼效应的影响?FRA增益控制与动态均衡技术?超强纠错EFEC技术?RZ编码调制技术?非线性效应?色散精确补偿 53?建设高速率、大容量、长距离光纤传输干线?ETDM+DWDM+EDFA光纤传输干线?单信道传输速率从10Gbit/s 向40Gbit/s 发展?信道数大于32，传输距离大于2000km 光纤通信技术发展方向（传输网络）光纤通信技术发展方向（传输网络）54 谢 谢
