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光纤预制棒工艺：PCVD
(Plasma-Activated Vapore Deposition)
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PCVD 与MCVD 的工艺相似之处是，它们都 是在高纯石英玻璃管管内进行气相沉积和高温 氧化反应。所不同之处是热源和反应机理， PCVD工艺用的热源是微波，其反应机理为微 波加热产生等离子使气体电离。离子重新结合 时释放出的热能熔化反应物形成透明的石英玻 璃沉积薄层。 PCVD方法可以更为准确地控制光纤的折射率 分布。而且沉积效率高, 沉积速度快, 有利于消 除SiO 2 层沉积过程中的微观不均匀性, 从而 大大降低光纤中散射造成的本征损耗, 适合制 备复杂折射率剖面的光纤。
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课程内容与进度安排
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
绪论(2学时) 光纤光学的基本方程 (2学时) 阶跃折射率分布光纤 (6学时) 渐变折射率分布光纤 (4学时) 光纤的特征参数与测试技术 (8学时) 光纤无源及有源器件(8学时) 光纤的连接与耦合 (2学时) 光子晶体光纤 (4学时) 特种光纤与光缆 (2学时) 光纤应用技术 (2学时)
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教学要求
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先导课程： 物理光学、数学物理方法。 课程要求: 1. 掌握光纤光学基本概念和重要结论 2. 学习分析和解决问题的思路与方法 3. 注重物理内涵而不必拘泥于繁杂的数学运算 授课形式: 1. 课堂讲授 2. 课堂提问与讨论 3. 课堂练习与习题课 考试: 开卷/闭卷相结合. 成绩: 课程考试80%；平时成绩20%(测验、提问).
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FTTH is not only just a broadband access solution but also means to enhance our quality of life!
1985
1990
1995
Year
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武汉-中国光谷
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光纤通信技术产业 激光技术产业 光纤传感技术产业 光存储技术产业 照明与显示技术产业 IC技术产业
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“光通信的第二个春天”
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3G的即将启动。运营商暗自布局，为即将到来的 3G运营做准备。 村村通工程的全面铺开也需要大量的光纤光缆及 相关通信用产品。 随着用户对带宽需求的提高,技术的突破和新标准 的确定以及光纤光缆及相关元器件价格的大幅度 下降,FTTH 出现迅速发展的势头。 铜价的迅速飙升进一步加速了“光进铜退”的步伐 和F T T x接入的浪潮汹涌。
I/O rates = optical wavelength capacity
10 Gb/s
10 10 10
3 140Mb/s
565Mb/s
Gbit Ethernet Fast Ethernet
T3 STM1
STM16 Ethernet STM4
2
1
Ethernet
E1
Transport capacity Ethernet Standards Internet backbone 2000
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拉丝工艺
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预制棒被电加热炉加热到 1850~ 2000 °C 进行拉丝 同时检测光纤的直径和控制拉丝 速度 光纤外径(125mm) 进行涂敷 (250mm)，材料为丙烯酸酯。 制成的光纤缠绕在直径为20cm 左右的转盘上。
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In house
VoIP
2 layer VDSL modem
ONU
VDSL
VLAN Advance Controll IGMP
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三网合一: 高质量生活
Tele-medicine HDTV
Video conference
Tele-education
Online library household
h
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光纤通信系统的发展
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76年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通 信系统。码率为45Mb/s，中继距离为10km。80年，多 模光纤通信系统商用化（140Mb/s），并着手单模光纤 通信系统的现场试验工作。 90年，单模光纤通信系统进入商用化阶段 （565Mb/s），并着手进行零色散位移光纤和波分复用 及相干通信的现场试验，而且陆续制定同步数字体系 （SDH）的技术标准。 93年，SDH产品开始商用化（622Mb/s 以下）。 95年，2.5Gb/s 的SDH产品进入商用化阶段。 96年，10Gb/s 的SDH产品进入商用化阶段。 97年，采用波分复用技术（WDM）的20Gb/s 和 40Gb/s 的SDH产品试验取得重大突破。 此外，在光孤子通信、超长波长通信和相干光通信方面也 正在取得巨大进展。 刘德明：光纤光学
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“光纤之父”----高锟博士
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1966年：高锟博士发表他的著名论文“光频介 质纤维表面波导”首次明确提出,通过改进制备 工艺,减少原材料杂质 , 可使石英光纤的损耗大 大下降 , 并有可能拉制出损耗低于20dB/km的 光纤,从而使光纤可用于通信之中。 1970年,康宁玻璃公司率先研制成功损耗为 20dB/km的石英光纤,取得了重要的技术突 破。
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光纤通信系统基本结构
光发送 端机
光中继 放大
光接收 端机
电发送 端机
电发送 端机
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光纤通信：21世纪的“信息高速公 路”
以光信号作为载波，以光纤为传输媒介 h 光纤带宽极宽、通信容量极大 h 光纤重量轻、韧性好、易于敷设 h 光纤损耗极低, 使无中继通信距离更长 h 保密性好、绝缘性好 h 抗干扰、抗辐射、抗腐蚀 h 成本低、节约金属线材
光纤光学
刘德明
光电子科学与工程学院 Tel. 87556188 Email: dmliu@
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“导光”的古老历 史
l中国古代烽火台 l1854年：英国的廷达尔(Tyndall)就观察 到光在水与空气分界面上作全反射以致 光随水流而弯曲的现象 l1929-1930年：美国的哈纳尔(Hanael) 和德国的拉姆(Lamm)先后拉制出石英光 纤并用于光线和图象的短距离传输
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FTTH光纤到户
Government
Personal User
VoIP IP TV …
10/100/1000 Base-T/SX/LX
UNI
CATV DTV HDTV
ONU Fiber
PON
IP Network
Dist.
In house
OLT
19 layer VDSL modem
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光电子科学与工程学院
2000: “光通信的第一个春天”
System capacity (Mbps)
10 10 10
6 STM64, 32l STM64, 16l STM64, 8l
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Important Threshold!
1.7Gb/s STM16
STM64, 4l STM64, 2l
STM64c
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光纤技术的应用领域
光纤技术
信息获取
信息传输
信息处理
其它应用
位移、振动 温度、压力 应变、应力 电流、电压 电场、磁场 流量、浓度 可以测量70 多 个物理化学量
有源无源器件 光纤通信干线 光交换接入网 AON DWDM OADM OTDM FTTC,B,O,H
光纤光学的发展
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光纤光学已经愈来愈成为光学与光电子学科领域 的一门重要的基础课程。 光纤在通信、传感、信息处理以及在工业和医疗 等领域的获得广泛 新型光纤的不断涌现，例如色散位移光纤、色散 平坦光纤、色散补偿光纤、全波光纤、双包层光 纤以及光子晶体光纤等。 多种光纤光学器件得以发展，例如自聚焦透镜、 光纤耦合器、光纤光栅、光纤起偏器、光纤退偏 器、光纤调制器、光纤激光器、光纤放大器、光 纤衰减器、光纤隔离器与环行器、光纤色散补偿 器以及各种光纤传感器等等。
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光纤预制棒工艺：VAD
(Vapour-Phase Axial Deposition) VAD（轴向气相沉积法）是由 日本开发出来的, 其工作原理 与OVD 相同, 不同之处预制棒 的生长方向是由下向上垂直轴 向生长的。VAD 的重要特点 是可以连续生产, 适合制造大 型预制棒, 从而可以拉制较长 的连续光纤。
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爆炸性发展
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自一九七０年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾 注了大量的人力与物力，其来势之凶，规模之大、速度之 快远远超出了人们的意料之外，从而使光纤通信技术取得 了极其惊人的进展。 从光纤的衰耗看： 七O年：20dB/km 七二年： 4 dB/km 七四年：1.1dB/km 七六年：0.5dB/km 七九年：0.2dB/km 九O年：0.14dB/km 光纤的损耗已由1000dB/km下降到已经接近石英光纤的 理论衰耗极限值0.1dB/km。 致使光纤通信在世界范围内 形成了一个充满活力的新兴产业。