材料物理与力学性能光学

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1、 任 何 形 式 的 能 量 ， 激 发 电 子 从 价 带 进 入 导 带 ，当 其 返 回 到 价 带 时 便 发 射 出 光 子 。 如 果 这 些 光 子 的 波 长 在 可 见 光 范 围 内 ， 便 产 生了 发 光 现 象 。 发 光 是 辐 射 能 量 以 可 见 光 的 形 式 出 现 。上 述 机 制 所 发 出 的 光 称 为 冷 光 。荧 光 和 磷 光4.3 材 料 的 发 光4.2.1发 光 和 热 辐 射 4.2.1.1荧 光 和 磷 光荧 光 ： 当 激 发 去 除 后 10-8s内 发 出 的 光 称 为 荧 光 。 gEhc光 子激 发 导 带价 带 Eg

2、激 发 导 带价 带Ed Eg光 子 dg EE hc磷 光 发 光 强 度 ： tII )ln( 0发 磷 光 的 材 料 往 往 含 有 杂 质 并 在 能 隙 附 近 建 立 了 施 主 能 级 。 光 子 发 射 时 间 延迟 。 当 陷 阱 中 的 电 子逐 渐 逸 出 时 ， 跳 回 价带 发 射 光 子 。 1568年 ， Cellini， 第 一 位 观 察 到 自 然 磷 光 现 象 1600年 ， 人 工 合 成 磷 光 材 料1853年 ， 确 定 发 荧 光 的 时 间 为 100s， 现 在 定 为 10ns。发 光 时 间 很 短 、 仅 为 10ns 的 光 叫

3、荧 光 。荧 光 和 磷 光 区 别激 发 停 止 后 的 一 段 时 间 内 仍 能 发 光 的 复 杂 晶 体 无 机物 质 叫 磷 光 体 。根 据 发 光 时 间 区 分 ： 高 的 发 光 效 率 ；发 光 色 彩 ；适 当 的 余 辉 时 间 (afterglow time)；余 辉 时 间 ， 就 是 发 光 后 其 强 度 降 到 原 强 度 1/10时 所 需 要 的 时 间 。材 料 与 基 体 结 合 力 强 等 。对 磷 光 体 材 料 的 要 求 磷 光 体 ZnS CdS Ag Cu Mn=基 体 + 激 活 剂ZnS： Ag 蓝 光Zn， CdS： Cu， Al

4、黄 光Zn2SiO4： Mn 绿 光 荧 光 灯 的 组 成 ： 灯 头 、 阴 极 、 内 壁 涂 有 荧 光 粉 的玻 璃 灯 管 。 灯 管 内 封 有 气 压 很 低 的 汞 蒸 气 和 惰 性 气 体 。发 光 原 理 ： 高 电 压 使 得 灯 管 内 的 汞 蒸 气 发 生 气体 放 电 ， 此 时 产 生 大 量 的 紫 外 线 ， 波 长 为 254nm，紫 外 线 激 发 灯 管 内 壁 上 的 荧 光 粉 ， 从 而 发 出 可 见 光 。荧 光 灯 4.2.1.2 LED（ 发 光 二 极 管 ） 当 pn结 二 极 管 加 上 一 正 向 电 压 时 ， 其 正 向

5、电 流 是所 加 电 压 的 函 数 。 该 正 向 电 流 造 成 结 面 的 载 流 子过 剩 。 构 成 p区 少 数 载 流 子 的 注 入 ， 虽 然 扩 散 使 其离 开 界 面 ， 但 它 们 可 能 跨 过 带 隙 产 生 复 合 ， 则vcg EEh GaAs： Eg=1.44eV， g=0.86mGaP： E g=2.26eV， g=0.55m 发 光 强 度 i 正 比 于 通 过 界 面 注 入 的 少 子 数 ， 或 者 正 比 于 电 流 I：二 极 管 发 光 强 度 与 所 加 正 向 偏 压 具 有 指 数 的 关 系 。 发 光 二 极 管 的 特 点 ：能

6、 源 利 用 率 高 。 半 导 体 灯 几 乎 完 全 用 于 发 光 ， 而 白 炽 灯 只有 5%用 于 发 光 ， 95%的 能 量 消 耗 于 发 热 。 荧 光 灯 的 能 源 利用 率 也 只 有 20%30%；节 省 能 源 。 同 样 发 光 效 果 的 二 极 管 所 耗 的 能 量 只 有 白 炽 灯的 1/10。长 寿 命 。 同 样 功 率 的 发 光 二 极 管 的 使 用 寿 命 是 白 炽 灯 的 100倍 。 4.2.1.3 热 辐 射 温 度 增 加电 子 激 发跃 迁 回 正 常 态 光 子 发 射由 温 度 所 决 定 的 电 磁 辐 射 称 为 热 辐

7、 射 。任 何 物 体 在 任 何 温 度 下 都 不 断 向 周 围 空 间 发 射 电 磁 波 ，其 波 谱 是 连 续 的 。微 观 机 制 室 温 下 ， 物 体 在 单 位 时 间 内 辐射 的 能 量 很 少 ， 辐 射 能 大 多 分 布在 波 长 较 长 的 区 域 。电 磁 辐 射 与 温 度 的 关 系温 度 升 高 ， 单 位 时 间 内 辐 射 的能 量 迅 速 增 加 ， 辐 射 能 中 短 波 部分 所 占 比 例 也 逐 渐 增 大 。温 度 继 续 升 高 ， 辐 射 能 中 短 波部 分 所 占 比 例 更 高 ， 可 见 光 波 段比 例 增 加 ， 物 体

8、 由 暗 红 色 ， 逐 渐变 为 赤 红 、 黄 、 蓝 、 最 后 白 色 。 4.2.2 激 光 激 光 （ Laser） 是 受 激 辐 射 光 放 大 的 简 称 ， 是 一 种 单 色 性 好 ,亮 度 高 、 相 干 性 强 、 方 向 性 好 的 相 干 光 束 。 激 光 技 术 是 20世 纪 60年 代 后 发 展 起 来 的 一 门 技 术 ， 它 带 动了 傅 里 叶 光 学 、 全 息 术 、 光 学 信 息 处 理 、 光 纤 通 信 、 非 线 性 光学 和 激 光 光 谱 学 等 学 科 的 发 展 ， 形 成 了 现 代 光 学 。电 子 跃 迁 (荧 光

9、与 磷 光 )、 热 辐 射 所 发 射 的 光 子 都 是 随 机 、独 立 的 ， 即 产 生 的 光 波 不 具 有 相 干 性 。激 光 的 特 点激 光 是 在 外 来 光 子 的 激 发 下 诱 发 电 子 能 态 的 转 变 ， 从 而发 射 出 与 外 来 光 子 的 频 率 、 相 位 、 传 输 方 向 以 及 偏 振 态均 相 同 的 相 干 光 波 。 1、 激 光 工 作 原 理 泵 浦 。 在 外 界 能 源 (电 源 或 光 源 )的 激 励 下 ， 基 态 上 的 粒 子 被 抽 运到 激 发 态 上 。粒 子 数 反 转 。 当 亚 稳 态 上 的 粒 子数

10、多 于 基 态 上 的 粒 子 数 时 ， 实 现了 粒 子 数 的 反 转 。受 激 辐 射 。 当 由 于 某 种 原 因 使粒 子 从 激 发 态 跃 迁 到 基 态 时 ，激 光 产 生 。 亚 稳 态 能 级 更 好 地 为 粒 子 数 反 转 创 造 条 件 。 不 受 外 界 能 量 的 影 响 ， 只 是 由 于 原 子 内 部 运 动 规 律 导 致 从受 激 高 能 态 返 回 基 态 ， 同 时 发 出 光 子 的 跃 迁 ， 叫 做 自 发 辐射 跃 迁 。 由 此 产 生 的 光 不 是 激 光 ， 没 有 相 干 性 。自 发 辐 射受 激 辐 射由 于 入 射 光

11、 子 的 感 应 或 激 励 ， 导 致 激 发 原 子 从 高 能 级 跃 迁到 低 能 级 去 ， 这 个 过 程 称 为 受 激 跃 迁 或 感 应 跃 迁 。 这 种 跃迁 辐 射 叫 做 “ 受 激 辐 射 ” 。受 激 辐 射 出 来 的 光 子 与 入 射 光 子 有 着 同 样 的 特 征 ， 如 频率 、 相 位 、 振 辐 以 及 传 播 方 向 等 完 全 一 样 。 激 光 器 的 组 成 三 要 素工 作 物 质激 励 能 源 又 称 泵 浦实 现 粒 子 数 反 转 。光 学 谐 振 腔两 个 高 度 平 行 的 镀 银 面之 间 形 成 的 空 间 。 4.2.2

12、.2 激 光 工 作 物 质工 作 物 质 又 称 激 光 晶 体 ， 由 基 质 晶 体 与 激 活 离 子 组 成 。基 质 晶 体 决 定 激 光 晶 体 的 物 理 化 学 性 质 。激 活 离 子 的 能 级 结 构 决 定 激 光 晶 体 的 光 谱 特 性 。离 子 受 基 质 的 影 响 会 导 致 光 谱 特 性 变 化 。离 子 对 基 质 的 影 响 会 导 致 物 理 化 学 性 质 变 化 。工 作 物 质 按 激 活 离 子 的 能 级 特 点 分 为 ： 三 能 级 系 统 (红 宝 石 激 光 器 ) 四 能 级 系 统 (YAG 激 光 器 ) 四 能 级 系

13、 统 的 工 作 效 率 高 。 红 宝 石 激 光 器 三 能 级 系 统工 作 物 质 ： Cr3+: Al2O3 (0.05%Cr3+)Cr3+离 子 提 供 了 产 生 激 光 的 所 必 要 的 电 子 能 态 。将 红 宝 石 制 成 柱 状 ， 两 端 为 高 度 抛光 互 相 平 行 的 平 面 ；一 个 端 面 部 分 镀 银 ， 能 部 分 透 光 ；另 一 端 面 充 分 镀 银 ， 使 之 对 光 波 有完 全 反 射 作 用 ；在 激 光 管 内 ， 用 氙 气 闪 光 灯 辐 照 红宝 石 。 红 宝 石 被 辐 照 之 前 Cr3+都 处 于 基 态 ， 在 氙

14、气 闪 光 灯 (波 长560 nm) 照 射 下 ， Cr3+离 子 中 的 电 子 受 激 转 变 为 高 能 态 ， 造成 粒 子 数 反 转 。当 有 几 个 电 子 自 发 地 从 亚 稳 态 返 回 基 态 时 ， 带 动 更 多 电 子以 “ 雪 崩 ” 形 式 返 回 基 态 ， 从 而 发 射 出 愈 来 愈 多 的 光 子 。 氙 灯 在 绿 色 和 蓝 色 的 光 谱 波 段 有 较 强 的 光 束 输 出 ， 正好 与 红 宝 石 的 吸 收 光 谱 对 应 起 来 。 闪 光 灯 的 大 部 分 输 入 能 量 耗 散 为 热 ， 只 有 一 部 分 变 成光 能 为

15、 红 宝 石 所 吸 收 。 钇 铝 石 榴 石 激 光 器 四 能 级 系 统钇 铝 石 榴 石 激 光 器 的 工 作 物 质 ：Nd3+-Y3Al5O12 (Nd3+ : YAG) (0.5% 2%) 激 光 工 作 物 质 有 固 体 、 液 体 和 气 体 。固 体 激 光 器 是 最 重 要 的 一 种 。 激 活 离 子 密 度 大 ； 振 荡 频 带 宽 ； 能 产 生 谱 线 窄 的 光 脉 冲 ； 具 有 良 好 的 机 械 性 能 和 稳 定 的 化 学 性 能 。 固 体 激 光 器 分 类掺 杂 型 激 光 晶 体 掺 杂 稀 土 激 活 离 子 (Nd3+ : YA

16、G ) ； 掺 杂 过 渡 族 激 活 离 子 (Cr3+ : Al2O3 )高 辐 射 效 率 、 长 辐 射 寿 命 ， 且 与 闪 光 灯 光 谱 匹 配 。激 活 离 子 浓 度 增 加 到 一 定 程 度 时 ， 就 产 生 浓 度 猝灭 效 应 ， 使 激 光 寿 命 下 降 。自 激 活 激 光 晶 体 激 活 离 子 做 为 晶 体 一 种 组 分 而 存 在 。 激 活 浓 度 高 ， 很 薄 的 晶 体 可 得 到 足 够 大 的 增 益 ， 有 利 于 高 效 、 小 型 化 。 可 调 谐 激 光 晶 体 利 用 过 渡 金 属 d-d 跃 迁 易 受 晶 格 影 响

17、的 特 点 使激 光 波 长 在 一 定 范 围 内 可 调 谐 。半 导 体 激 光 器 特 点 ： 体 积 小 、 效 率 较 高 、 运 行 简 单 、 便 宜 。 缺 点 ： 单 色 性 差 4.2.2.3 半 导 体 激 光 器（ 1） 工 作 原 理E g空 导 带满 价 带 T=0K 注 入 电 子光 照 射电 子 轰 击 h 电 子空 穴单 色 性 差设 定 半 导 体 温 度 处 于 0K， 电 子 受 某 种 激 发 从 价 带 跃迁 到 导 带 ， 使 导 带 和 价 带 间 发 生 粒 子 数 反 转 。当 导 带 电 子 和 空 穴 复 合 时 ， 形 成 受 激 辐

18、 射 。 条 件 ：为 满 足 粒 子 数 反 转 的 条 件 ， 必 须 使 倒 带 的 费 米 分 布函 数 fc大 于 价 带 的 费 米 分 布 函 数 fv。可 以 证 明 ， 只 要 电 子 和 空 穴 的 准 费 米 能 级 差 大 于 入射 光 子 的 能 量 ， 作 为 激 光 工 作 物 质 的 半 导 体 就 可 以实 现 粒 子 数 反 转 。构 成 激 光 器 的 半 导 体 材 料 一 定 是 直 接 带 隙 半 导 体 。 谐 振 腔 激 活 层 厚 度 约 2m。激 光 波 长 837nm（ 4.24K） 。 AlxGa1-xAsn（ 2） 半 导 体 激 光

19、材 料双 外 延 注 入 激 光 器 （ DH）Al的 引 入 提 高 能 隙 ， 降 低 折 射 指 数 ， 界 面 应 变 小GaAs InP InAs GaAsp AlxGa1-xAs p 电 流 近 紫 外红 外半 导 体 量 子 阱 激 光 器 作 为 泵 浦 光 源 ， 光谱 匹 配 度 好 ， 转 换 效 率 高 ， 热 效 应 低 。 全息照相（holography）是利用光的干涉和衍射原理，将携带物质信息的光波以干涉图的形式记录下来，并且在一定的条件下使其再现，形成原物体逼真的立体象。由于记录了物体的全部信息，包括振幅和相位因此称为全息术。 为了提高电子显微镜的分辨本领，伽伯

20、（D.Gabor，19001979）在1948年提出了全息术原理，并开始了全息照相（holography）的早期研究工作。那时的主要问题是再现的原始象与其共轭象不能分离，以及没有好的相干光源。 1960年出现了激光以后，1962年莱特（E.Leith）和乌帕特尼克斯（J.Upatnieks）在全息术中利用了激光，并提出了离轴全息术，使全息技术迅速发展成为科学技术的一个新领域。激光记录和白光再现的全息术，例如反射全息、象全息、彩虹全息以及合成全息等，使全息术在显示方面展现出了它的优越性，并逐步深入到了社会的各个领域中。 而且，声全息术和微波全息术等也已经开始发展，但进展远不如光学全息术。 全息照

21、片的获得光的干涉 由激光器发出的激光束，通过分光镜分成两束。透 镜全 反 镜 全 息 干 板物 体 透 镜 全 反 镜 全 息 照 片 的 拍 摄分 光 镜电 快 门 干 涉 条 纹 的 间 距 ： d = /2sin(/2)一 束 称 物 光 ， 它 是 经 过 透 镜 扩 束 后 射 向物 体 ， 再 由 物 体 反 射 后 投 向 全 息 干 版 ；另 一 束 光 经 反 射 镜 反 射 和 透 镜 扩 束 后 直接 照 到 全 息 干 版 上 ， 称 为 参 考 光 。在 干 版 上 相 遇 后 ， 发 生 干 涉 ， 形 成 干 涉条 纹 。 它 是 无 数 组 干 涉 条 纹 的

22、集 合 ， 最终 形 成 一 肉 眼 不 能 识 别 的 全 息 图 。He-Ne激 光 器 全息照片的再现光的衍射感光以后的全息底片经显影、定影等处理得到的全息照片上，记录了无数干涉条纹，相当于一个“衍射光栅”，一般是用相同于拍摄时的激光作为照明光，照明光经全息照片（即“光栅”）便发生衍射，得到一列沿照射方向传播的零级衍射光波和二列一级衍射波。 共 轭 实 像三 维 虚 像全 息 照 片激 光 全 息 照 片 的 再 现 4.4耦 合 光 学 效 应 (电 光 效 应 、 光 折 变 效 应 、 非 线 性 光学 效 应 ) 自 然 光 ： 一 般 光 源 发 出 的 光 中 ， 包 含 着

23、 各 个 方 向 的 光 矢量 在 所 有 可 能 的 方 向 上 的 振 幅 都 相 等 （ 轴 对 称 ） 这 样 的 光 叫自 然 光 . 自 然 光 以 两 互 相 垂 直 的 互 为 独立 的 （ 无 确 定 的 相 位 关 系 ） 振 幅 相等 的 光 振 动 表 示 , 并 各 具 有 一 半 的 振动 能 量 . 符 号 表 示 vE注 意 各 光 矢 量 间 无 固 定 的 相 位 关 系 . 二 互 相 垂 直 方 向 是 任 选 的 .4.4.1 相 关 预 备 知 识4.4.1.1偏 振 光 偏 振 光 （ 线 偏 振 光 ） 符 号 表 示 部 分 偏 振 光 ： 某

24、 一 方 向 的 光 振 动 比 与 之 垂 直 方向 上 的 光 振 动 占 优 势 的 光 为 部 分 偏 振 光 .符 号 表 示光 振 动 只 沿 某 一 固 定 方 向 的 光 .振 动 面 vE 椭 圆 偏 振 光 可 用 两 列 沿 同 一 方 向 传 播 的 频 率 相 等 、 振 动方 向 相 互 垂 直 的 线 偏 振 光 叠 加 得 到 。 这 两 列 线 偏 振 光 的相 位 差 不 等 于 0、 ； 如 果 二 线 偏 振 光 的 振 幅 相 等 ， 它 们的 相 位 差 应 不 等 于 0、 /2、 。 空 气4.4.1.2布 儒 斯 特 角 和 马 吕 斯 定 律

25、i1n 入 射 面 入 射 光 线 和 法 线 所成 的 平 面 . 反 射 光 部 分 偏 振 光 ， 垂直 于 入 射 面 的 振 动 大 于 平 行 于 入射 面 的 振 动 . 折 射 光 部 分 偏 振 光 ， 平 行 于 入 射 面 的 振 动 大 于 垂 直 于入 射 面 的 振 动 .理 论 和 实 验 证 明 ： 反 射 光 的 偏 振 化 程 度 与 入 射 角 有 关 .i玻 璃2n 布 儒 斯 特 定 律 （ 1812年 ）反 射 光 为 完 全 偏 振 光 ， 且振 动 面 垂 直 入 射 面 ， 折 射光 为 部 分 偏 振 光 。 120tan nni 当 时 ，

26、0i 0i 1n玻 璃 2n空 气 NM马 吕 斯 定 律 （ 1880 年 ）E 0E cos0EE 2020 EEII 检 偏 器起 偏 器 0I IE0EN M 20cosII 马 吕 斯 定 律 强 度 为 的 偏 振光 通 过 检 偏 振 器 后 , 出 射 光 的 强 度 为0I 某 些 各 向 异 性 晶 体 （ 如 方 解 石 和 石 英 等 ） 具 有 双 折 射现 象 。 当 一 束 自 然 光 射 到 这 些 晶 体 上 时 ， 晶 体 内 会 有 两 束折 射 光 ， 它 们 均 为 平 面 偏 振 光 ， 且 偏 振 方 向 垂 直 。eo自 然 光 晶 体 的 双

27、折 射 其 中 一 束 满 足 折 射 定 律 ， 称 为 寻 常 光 （ 或 O光 ） ,另 一 束 不满 足 折 射 定 律 ， 称 为 非 常 光 （ 或 e光 ） 。 干涉4.4.1.3 双 折 射 和 光 折 射 率 椭 球 体 对 晶 体 而 言 ， 有 一 特 定 方 向 ,当 光 线 沿 此 方 向 入 射 时 ， 不 会 产生 双 折 射 现 象 ， 该 方 向 称 为 晶 体 的 光 轴 。 如 图 所 示 ， 一 单 色 平 面 偏 振 光 垂 直 入 射 在 各 向 异 性 的 晶 体 平板 上 ， 其 光 轴 平 行 于 晶 体 表 面 。 当 入 射 平 面 偏 振

28、 光 的 偏 振 化 方向 与 晶 体 光 轴 夹 角 为 ， 则 光 轴 方 向 上 产 生 e光 ， 垂 直 光 轴 方 向产 生 o光 ， 在 晶 体 内 ， 两 光 束 虽 沿 同 一 方 向 传 播 ， 但 有 不 同 的 速度 。 透 过 晶 体 板 后 ， o光 和 e光 之 间 产 生 一 定 的 相 位 差 。 对 于 给定 的 波 长 ， 如 果 晶 体 板 的 厚 度 恰 好 使 o光 和 e光 的 相 位 差 为 ，即 相 位 差 为 ,则 出 射 光 线 的 电 矢 量 由 两 个 垂 直 的 、 相 位 差 为 的 o光 和 e光 振 动 的 合 成 。 24 2

29、能 够 产 生 双 折 射 的 晶 体 。 都 是 具 有 各 向 异 性 结 构 的 。 晶 体 的 光 轴 ： 光 沿 此 方 向 入 射 时 无 双 折 射 。方 解 石 晶 体 ， 亦 称 冰 洲 石 晶 体 ， 即 CaCO3， 碳 酸 钙 的 六角 晶 系 ， 就 是 一 种 典 型 的 负 单 轴 双 折 射 晶 体 。 石 英 （ 水 晶 ） 、 红 宝 石 、 冰 等 正 单 轴 双 折 射 晶 体 。 云母 、 蓝 宝 石 、 橄 榄 石 、 硫 黄 等 是 双 轴 双 折 射 晶 体o光 ： 振 动 方 向 垂 直 于 主 平 面 ， 即 电 矢 量 垂 直 于 光 轴

30、。e光 ： 振 动 方 向 平 行 于 主 平 面 ， 即 电 矢 量 在 e光 主 平 面 内 。 折 射 率 椭 球光 频 范 围 内 2222 zzyyxxr nnnn 主 折 射 率 ： nx ny nz由 光 的 电 磁 理 论 可 知 ： 电 感 应 在 晶 体 内 的 传 播 可 用 以 椭球 体 表 示 ， 他 的 三 个 半 轴 长 分 别 与 主 折 射 率 成 正 比 ， 故称 此 球 为 折 射 率 椭 球 。 折 射 率 椭 球 的 物 理 意 义（ 1） 根 据 入 射 光 的 方 向 可 以 判 断 偏 振 光 振 动 方 向 和 折 射 率 。（ 2） 直 观

31、解 释 光 轴 、 单 轴 和 双 轴 晶 体 的 意 义 。 光 各 向 同 性 体4.4.2 电 光 效 应 2000 bEaEnn由 于 外 加 电 场 所 引 起 的 材 料 折 射 率 变 化 的 效 应线 性 电 光 效 应 （ Pockels电 光 效 应 ）没 有 对 称 中 心 的 晶 体 ， 外 加 电 场 与 n的 折 射 关 系 具 有 一次 电 光 效 应 。 旋 转 椭 球 体单 轴 晶 体 三 轴 椭 球 光 折 射 率 体对 于 电 光 陶 瓷 Ernn c321 电 光 系 数 二 次 电 光 效 应 （ Kerr电 光 效 应 ）具 有 对 称 中 心 或

32、结 构 任 意 混 乱 的 介 质 ， 不 具有 一 次 电 光 效 应 ， 只 具 有 二 次 电 光 效 应 。对 于 光 各 向 同 性 材 料 2Eknnn oe K： 电 光 克 尔 常 数： 入 射 光 真 空 波 长 电 光 材 料 与 应 用 ：（ 1） 纵 向 KDP光 调 制 器偏 振 片 1 透明电极 透明电极压电晶体KDP 偏 振 片 2 KDP（ 磷 酸 二 氢 钾 ） 是 一 种 无 对 称 中 心的 晶 体 ， 沿 某 一 特 定 方 向 施 加 电 场 后 ， 在晶 体 内 能 对 某 种 方 向 的 入 射 光 产 生 双 折 射 （ 2） 电 光 陶 瓷 快

33、 门偏 振 片 1 偏 振 片 2在 装 有 平 行 板 电 容 器 的 透 明 盒 内 ，充 以 某 种 特 定 的 液 体 （ 如 硝 基 苯 ） 接 入 极 间 电 压 ，使 两 极 板 间 产 生 电场 ， 液 体 变 成 各 向异 性 媒 质 ， 并 产 生双 折 射 ， 系 统 末 端有 光 输 出 ， 其 响 应极 快 ， 信 号 频 率 可高 达 10 Hz ,能 用作 高 速 “ 光 阀 门 ” 。 10 （ 2） 电 光 陶 瓷 快 门 4.5 光 导 纤 维4.4.1 概 述光 纤 通 讯 优 点 ： 损 耗 低 、 频 带 宽 、 尺 寸 小 、 质 量 轻 ， 抗 干

34、 扰光 纤 分 类 ： 普 通 光 纤 特 种 光 纤 4.5.2 通 讯 光 纤 的 构 成 与 分 类结 构 芯 部 +包 覆 层 +保 护 层非 晶 SiO2+高 硅 玻 璃 +尼 龙 增 强 材 料 纤 芯 n150 m125 m 分 类 ：按 折 射 率 变 化 分 类 突 变 光 纤 、 渐 变 光 纤按 传 播 模 式 分 类单 模 光 纤 、 多 模 光 纤按 材 料 分 类 玻 璃 光 纤 、 塑 料 光 纤光 线n2 n1 nr2b 2a (a) 单 模 阶 跃 折 射 率 光 纤(b) 多 模 阶 跃 折 射 率 光 纤光 线r2b 2a nn1n2 bran ararn

35、rn , ,)(21)( 2 2/11 4.5.3 光 纤 的 传 输 模 式 、 损 耗 、 色 散光 纤 传 输 几 何 模 型 假 设 有 三 种 不 同 情 况 的 电 磁 波 在 材 料 中 传 播 ： 一 是 在 芯 部 并 向 界 面 传 播 第 二 种 情 况 是 电 磁 波 从 界 面 反 射 并 在 芯 部 传 播 第 三 种 情 况 是 电 磁 波 从 界 面 离 去 并 在 包 覆 层 内 传 播 2211 2211 coscos sinsin nn nn 121-max1 nncos临光 束 界 面芯 部 n1 包 覆 层 n 21 2 21 n2/n1=0.99，

36、临 =0.142 传 播 损 耗 ： （ 1） 散 射 损 耗 散 射 损 耗 是 由 于 光 纤 材 料 密 度 的 微 观 变 化 、 成分 的 起 伏 、 结 构 上 的 不 完 善 以 及 制 造 过 程 中 产 生 的 缺 陷 造 成 的 。 光在 不 均 匀 的 介 质 中 传 播 将 被 散 射 ， 散 射 效 应 破 坏 了 在 纤 芯 包 层 边 界保 持 全 反 射 的 条 件 ， 部 分 光 会 穿 出 纤 芯 ， 造 成 功 率 损 耗 。 这 种 散 射也 称 为 瑞 利 散 射 。 它 与 波 长 的 四 次 方 成 反 比 ， 在 为 1550nm时 ， 瑞利 散

37、 射 损 耗 为 0.154dB/km。 （ 2） 吸 收 损 耗 在 光 纤 制 造 过 程 ， 光 纤 中 的 氧 与 氢 相 结 合 会 形 成 OH离子 时 ， 会 对 1390nm和 940nm的 光 造 成 大 量 的 吸 收 。 为 了 降 低 光 纤 的 吸 收 损耗 ， 已 经 研 制 出 全 波 长 光 纤 ， 它 可 在 1200nm 1650nm范 围 内 将 损 耗 做 得很 低 。 OH离 子 也 可 以 是 因 为 氢 气 进 入 光 纤 内 部 形 成 的 ， 在 含 有 很 多 氢 气 的环 境 中 使 用 光 纤 ， 或 者 光 缆 的 金 属 部 分 在

38、水 中 因 腐 蚀 产 生 氢 气 时 ， 有 可 能出 现 光 纤 损 耗 大 量 增 加 的 现 象 。 我 们 将 OH离 子 引 起 的 衰 减 称 为 杂 质 吸 收 损 耗 。 除 此 之 外 ， 还 有 光 纤 石 英 材 料 （ SiO2） 固 有 的 吸 收 ， 称 之 为 内 部 吸 收 。 当 波 长 大 于 2m时 ， 石英 材 料 会 产 生 谐 振 吸 收 光 能 ， 吸 收 带 延 伸 到 1500nm 1700nm波 段 ， 形 成了 光 纤 工 作 波 长 的 上 限 。 常 用 的 石 英 光 纤 ， 内 部 吸 收 损 耗 在 1550nm时 ， 约为 0

39、.02dB/km， 但 当 波 长 为 1700nm时 ， 损 耗 增 至 0.32dB/km， 所 以 将1650nm看 作 为 石 英 光 纤 工 作 波 长 的 上 限 。 (3)弯 曲 损 耗 由 于 光 纤 的 敷 设 中 ， 不 可 避 免 地 会 遇 到 需 要 弯 曲 的 场 所 ， 光 线 从 光纤 的 平 直 部 分 进 入 弯 曲 部 位 时 ， 原 来 的 束 缚 光 线 在 弯 曲 部 位 的 入 射 角 减小 ， 使 得 光 纤 纤 芯 和 包 层 界 面 上 的 全 反 射 条 件 遇 到 破 坏 ， 光 束 的 一 部 分就 从 光 纤 的 纤 芯 中 逃 离

40、出 去 ， 造 成 到 达 目 地 的 光 功 率 比 从 光 源 发 出 的 进入 光 纤 时 的 光 功 率 小 ， 这 就 是 弯 曲 损 耗 ， 如 图 所 示 。 C包 层纤 芯 弯 曲 损 耗 是 光 信 息 传 输 所 受 衰 减 的 主 要 原 因 之 一 ， 它 与 光 纤 敷 设的 弯 曲 半 径 有 关 ， 最 小 弯 曲 半 径 常 作 为 光 纤 的 一 项 参 数 给 出 。 关 于 最小 弯 曲 半 径 的 经 验 数 据 是 ， 对 于 长 期 应 用 ， 弯 曲 半 径 应 超 出 光 纤 包 层直 径 的 150倍 ； 对 短 期 应 用 ， 应 超 过 包

41、 层 直 径 的 100倍 。 如 果 包 层 直 径为 125m的 话 ， 这 两 个 数 值 分 别 19mm和 13mm。 弯 曲 损 耗 的 另 一 种 形 式 是 微 弯 损 耗 ， 它 是 由 光 纤 受 到 侧 向 应 力 而产 生 微 小 形 变 而 引 起 的 ， 同 样 因 不 满 足 全 反 射 条 件 而 造 成 能 量 的 漏 泄 。 利 用 光 纤 的 弯 曲 损 耗 特 性 ， 可 以 在 光 纤 链 路 上 引 入 一 些 可 控 的 衰减 。 在 需 要 对 光 进 行 可 控 衰 减 时 ， 通 过 将 光 纤 绕 上 几 圈 就 可 以 实 现 ，所 绕

42、圈 数 和 半 径 均 可 控 制 衰 减 量 。 延 时 失 真当 光 脉 冲 在 光 纤 中 传 播 时 ， 脉 冲 可 能 扩 展 ， 这 种 现 象 称 为 延 时 失真 。 也 称 为 色 散 。 1. 模 式 色 散 在 多 模 光 纤 中 ， 纤 芯 的 直 径 比 较 大 ， 光 源 入 射 到 纤 芯 中 的 光 以 一 组独 立 的 光 线 传 播 ， 这 组 光 线 以 不 同 的 入 射 角 传 播 ， 入 射 角 的 范 围 从 零 度（ 直 线 ） 到 临 界 传 播 角 ， 如 图 ， 我 们 将 这 些 不 同 传 播 角 传 输 的 光 线 称 为不 同 的

43、模 式 。 在 多 模 光 纤 中 可 以 传 播 数 百 个 模 式 的 光 波 ， 显 然 ， 以 临 界传 播 角 入 射 的 光 线 经 历 的 路 程 最 长 ， 所 以 它 的 轴 向 传 播 速 度 最 慢 ； 而 与光 纤 横 截 面 垂 直 入 射 的 光 线 传 播 速 度 最 快 。 不 同 入 射 角 的 光 线 代 表 不 同 的 模 式纤 芯光 源 包 层 对 于 入 射 的 光 脉 冲 （ 在 数 字 信 号 中 表 示 1） ， 它 可 以 分 解 成 各 个 模 式 所 携 带一 组 脉 冲 ， 如 图 ， 由 于 它 们 各 自 在 光 纤 中 传 输 的

44、时 间 不 同 ， 到 光 纤 的 输 出 端 ，各 个 模 式 的 光 脉 冲 组 合 起 来 ， 就 形 成 了 一 个 脉 宽 增 加 的 光 脉 冲 。 脉 冲 因 多 个 模 式 而 起 的 展 宽 -模 式 色 散光 源 0 纤 芯包 层123 0123T T t 我 们 将 因 多 个 不 同 模 式 的 存 在 而 引 起 脉 冲 展 宽 称 为 模 式 色 散 或模 间 色 散 。 脉 冲 展 宽 的 计 算 如 下 ： 设 光 纤 的 长 度 为 L， 最 低 模 式（ 也 称 为 零 级 模 式 ） 沿 中 心 轴 线 到 达 光 纤 输 出 端 所 需 时 间 为Lt

45、0 12cos nnc )()1cos1( 2 2110 n nncLnLttt Cc 习 惯 上 记 2 211 212121 22212 n nnn nnnnnn nn 式 中 ， 为 光 在 折 射 率 为 n1的 纤 芯 中 传 输 的 速 度 ， c为 真 空 中的 光 速 传 输 ， 最 高 模 式 （ 以 临 界 角 传 播 的 光 线 ） 所 需 时 间式 中 ， C为 临 界 传 播 角 ， cc Lt cos脉 冲 展 宽 时 间 cLnt 1 显 然 ， 如 果 光 纤 中 传 输 的 光 只 有 零 级 模 式 ， 就 可 以 消 除 模 间 色散 ； 如 果 减 小

46、纤 芯 直 径 的 尺 寸 ， 就 可 以 减 少 模 式 数 量 ； 另 外 ， 减 小相 对 折 射 率 ， 也 可 以 有 效 地 控 制 模 间 色 散 ， 这 些 就 是 单 模 光 纤 设 计的 基 本 思 路 。 典 型 的 单 模 光 纤 的 纤 芯 直 径 和 相 对 折 射 率 分 别 是8.3m和 0.37%， 而 渐 变 折 射 率 光 纤 这 两 者 的 数 值 分 别 是 50m和2%。 2. 波 导 色 散 引 起 波 导 色 散 的 原 因 是 ： 进 入 单 模 光 纤 中 的 光 信 号 功 率 大 约 只 有80%在 纤 芯 中 传 播 ， 另 外 20%

47、在 包 层 传 输 ， 由 于 纤 芯 和 包 层 有 着 不 同的 折 射 率 ， 所 以 这 两 部 分 的 传 输 速 度 不 同 ， 在 包 层 中 传 播 的 光 功 率 速度 要 更 大 一 些 ， 因 而 在 光 纤 输 出 端 ， 脉 冲 会 展 宽 。波 导 色 散 引 起 的 单 位 长 度 脉 冲 展 宽 可 由 下 式 计 算 ：式 中 是 波 导 色 散 系 数 ， 单 位 为 ,它 与 光 纤 的 设 计 参数 有 关 ， 为 光 源 的 线 宽 ， 即 光 源 辐 射 光 的 波 长 范 围 ， L为 光 纤 长 度 。 |)(| WDLt )/( kmnmps

48、)( wD 3. 材 料 色 散 材 料 色 散 是 由 于 纤 芯 材 料 的 折 射 率 随 波 长 变 化 ， 使 得 各 个 模 式 的 群速 率 （ 光 脉 冲 包 络 线 速 度 ） 都 会 随 着 波 长 的 变 化 而 造 成 的 。 在 单 模 光纤 内 ， 即 使 光 经 过 完 全 相 同 的 路 径 ， ， 也 会 发 生 脉 冲 的 展 宽 ， 因 为 光源 发 出 的 光 不 是 单 一 波 长 的 ， 而 是 存 在 一 定 的 波 长 范 围 。 |)(| mDLt 孔 径 数 光 源 与 光 纤 端 面 之 间 存 在 着 空 气 缝 隙 ， 入 射 到 光

49、纤 端 面 上 的 光 ， 一 部分 是 不 能 进 入 光 纤 的 ， 而 能 进 入 光 纤 端 面 内 的 光 也 不 一 定 能 在 光 纤 中 传输 ， 只 有 符 合 特 定 条 件 的 光 才 能 在 光 纤 中 发 生 全 内 反 射 而 传 播 到 远 方 。 由 图 可 知 ， 只 有 从 空 气 缝 隙 到 光 纤 端 面 光 的 入 射 角 小 于 o， 入 射 到 光 纤里 的 光 线 才 能 传 播 。 实 际 上 o是 个 空 间 角 ， 也 就 是 说 如 果 光 从 一 个 限 制在 2o的 锥 形 区 域 中 入 射 到 光 纤 端 面 上 ， 则 光 可

50、被 光 纤 捕 捉 。 设 空 气 的 折射 率 为 no， 在 空 气 与 光 纤 端 面 上 运 用 斯 涅 尔 定 律 ， 有c包 层 n2纤 芯 n1包 层 n20 c光 源 空 气 n0 1光 纤 端 面 2/12221max )(sin nnNA cnn sinsin 100 090 cc 式 中 C与 临 界 入 射 角 C之 间 的 关 系 为 2/1212012/120101010 )(1)sin1(cossinsin nnnnnnnnnn ccc 对 空 气 ， 有 n01， 故 有 2/12 2210 )(sin nn 显 然 ， 0越 大 ， 即 纤 芯 与 包 层 的

51、 折 射 率 之 差 越 大 ， 光 纤 捕 捉 光 线 的 能力 越 强 ， 而 参 数 sin0直 接 反 映 了 这 种 能 力 ， 我 们 称 为 光 纤 的 孔 径 数NA(Numerical Aperture)。 4.5.4光 纤 制 作 工 艺光 纤 的 制 作 工 艺 包 括 两 个 主 要 阶 段 ， 第 一 是 制 作 预 制 棒 ， 第 二 是 拉 丝 。1. 预 制 棒 的 制 作 预 制 棒 是 制 作 光 纤 的 原 料 ， 它 的 径 向 折 射 率 按 照 芯 层 和 包 层 的 折 射率 要 求 而 分 布 ， 但 尺 寸 则 要 大 的 多 ， 典 型 的

52、预 制 棒 直 径 约 为 10 25mm，长 度 约 为 60120cm。 目 前 ， 生 产 预 制 棒 的 工 艺 采 用 两 步 法 ， 先 制 造 预制 棒 的 棒 芯 ， 然 后 在 芯 棒 外 采 用 不 同 技 术 制 造 包 层 。 芯 棒 的 制 造 决 定 了光 纤 的 传 输 性 能 ， 而 包 层 的 则 决 定 了 光 纤 的 制 造 成 本 。 MCVD PCVD OVD VAD芯 棒外 套 管 技 术 外 沉 积 技 术 外 喷 技 术预 制 棒预 制 棒 制 造 工 艺 流 程 由 图 可 见 ， 芯 棒 的 制 作 有 四 种 工 艺 ， 它 们 分 别 是

53、 改 进 的 化 学 汽 相沉 积 法 MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition)， 外 部 气 相 沉积 法 OVD(Outside Vapor Deposition)， 汽 相 轴 向 沉 积 法 VAD(Vapor Axial Deposition)和 等 离 子 体 化 学 汽 相 沉 积 法 PCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)， 其 基 本 化 学 反 应 是 用 两 种 气 体 SiCl 4和O2在 高 温 下 进 行 混 合 ,生 成 二 氧 化 硅 SiO2， 为 了 控 制 折 射 率 ,往 往

54、还 要加 入 一 些 掺 杂 物 。 （ 1） 外 部 汽 相 沉 积 法 OVD这 种 方 法 如 图 2.5.2所 示 。 基 棒 由 石 墨 石 英 或 氧 化 铅 做 成 ， 从 喷 管 出 来 的SiO2粉 尘 在 旋 转 并 移 动 的 基 棒 上 形 成 一 层 沉 积 层 ， 沉 积 层 较 为 松 散 ， 沉 积过 程 完 成 后 抽 走 基 棒 ， 将 粉 尘 预 制 棒 置 于 固 化 炉 中 ,在 高 温 (大 约 1400 )环境 下 将 其 脱 水 固 化 ， 制 成 洁 净 的 玻 璃 基 棒 ， 这 种 管 状 芯 棒 的 中 心 空 洞 在 拉丝 过 程 中

55、会 消 失 。OVD法 要 求 环 境 清 洁 ， 严 格 脱 水 ， 可 以 制 得 0.16dB/km， 的 单 模 光 纤 ， 几乎 接 近 于 石 英 光 纤 在 1.55窗 口 的 理 论 损 耗 0.15dB/km。 沉 积 层SiO2粉 尘 基 棒O2 SiCl4 （ 2） 改 进 的 化 学 汽 相 沉 积 法 MCVD MCVD广 泛 用 于 低 损 耗 渐 变 折 射 率 光 纤 的 生 产 ， 下 图 给 出 了 其 过 程 ， 反应 气 体 (O2、 SiCl4、 CeCl4等 )由 基 管 (合 成 石 英 管 )的 左 侧 流 进 基 管 ， 基 管 是旋 转 的

56、， 下 面 有 来 回 移 动 的 喷 灯 ， 这 样 SiO2、 GeO2和 其 它 掺 杂 物 将 形 成 粉尘 并 沉 积 在 基 管 内 的 表 面 ， 经 过 喷 灯 烧 结 成 一 层 纯 净 的 玻 璃 薄 层 ， 其 工 作温 度 大 约 有 1600 。 当 管 子 内 壁 的 玻 璃 沉 积 层 达 到 一 定 厚 度 时 ， 停 止 反 应气 体 的 供 给 ， 将 基 管 加 热 至 2000 ， 使 之 成 为 实 心 棒 。 MCVD时 是 目 前 制 备 高 质 量 石 英 光 纤 比 较 稳 定 可 靠 的 方 法 。 该 法 备 制 的单 模 光 纤 性 能

57、可 达 0.20.3dB/lm。 MCVD属 于 内 沉 积 工 艺 。 内 沉 积 技 术 的优 点 在 于 可 精 确 地 控 制 径 向 折 射 率 的 分 布 ， 而 芯 棒 的 外 沉 积 技 术 （ 如 OVD）的 优 势 在 于 不 用 价 格 很 昂 贵 的 合 成 石 英 管 ， 沉 积 速 率 、 沉 积 层 数 不 会 受 到基 管 直 径 的 限 制 ， 特 别 有 利 于 以 高 沉 积 速 率 制 造 大 型 预 制 棒 。 反 应 气 体 粉 尘 生 成 氢 氧 喷 灯 （ 移 动 ）O2、 SiCl4、 GeCl4等 粉 尘 沉 积玻 璃 膜 层 （ 3） 汽

58、相 轴 向 沉 积 法 VAD这 种 方 法 是 在 反 应 室 里 放 置 一 根 基 棒 石 英 玻 璃 棒 ， 基 棒 可 以 旋 转 并 向反 应 室 外 移 动 ， 如 图 所 示 。 当 反 应 气 体 送 入 反 应 室 之 后 ， 就 在 基 棒 上 沉 积 ，基 棒 的 旋 转 运 动 保 证 了 芯 棒 的 轴 对 称 性 ， 疏 松 的 预 制 棒 在 向 上 移 动 的 过 程中 经 过 一 环 形 加 热 器 ， 从 而 生 成 玻 璃 预 制 棒 。 玻 璃 预 制 棒 沉 积 预 制 棒 环 形加 热 器 反 应 气 体 入 孔 反 应 室 玻 璃 预 制 棒沉

59、积 预 制 棒环 形 加 热 器反 应 气 体 入 孔反 应 室 （ 4） 等 离 子 体 化 学 汽 相 沉 积 法 PCVD 该 方 法 与 MCVD有 些 相 似 ， 它 用 微 波 加 热 腔 代 替 喷 灯 ， 在 合 成 石 英 管内 形 成 离 子 化 气 体 等 离 子 体 。 等 离 子 体 激 发 的 化 学 反 应 可 直 接 将 一 层纯 净 玻 璃 直 接 沉 积 在 管 壁 上 ， 而 不 形 成 粉 尘 ， 当 达 到 所 需 的 厚 度 的 玻 璃 以后 ， 再 将 管 子 制 成 实 心 预 制 棒 。 目 前 微 波 加 热 腔 的 移 动 速 度 在 8m

60、/min，这 允 许 管 内 沉 积 数 千 个 薄 层 ， 从 而 使 每 层 的 沉 积 厚 度 减 小 ， 因 此 折 射 率 分布 的 控 制 更 为 精 确 ， 可 以 获 得 更 高 的 带 宽 。 2. 拉 丝 预 制 棒 被 放 在 拉 丝 加 热 炉 ， 其 底 部 受 热 熔 化 ， 受 热 熔 化 的 部 分 开 始 下降 ， 置 于 底 部 的 拉 线 塔 上 卷 绕 轴 的 转 速 决 定 光 纤 的 拉 制 速 度 ， 而 拉 制 速 度又 决 定 了 光 纤 的 粗 细 ， 所 以 卷 绕 轴 的 转 速 必 须 精 确 控 制 并 保 持 不 变 。 光 纤直

61、径 监 测 仪 通 过 反 馈 实 现 对 于 拉 丝 速 度 的 调 整 ， 光 纤 拉 成 以 后 ， 将 被 立 即涂 覆 上 一 层 有 弹 性 的 覆 盖 物 。 夹 具 预 制 棒 拉 丝 加 热 炉 直 径 监 测 仪 涂 覆 设备 硬 化 设 备 （ 紫 外 灯 或 热 源 ） 卷 线 轴 夹 具预 制 棒拉 丝 加 热 炉直 径 监 测 仪涂 覆 设 备 硬 化 设 备 （ 紫 外 灯 或 热 源 ）卷 线 轴 光 纤 的 使 用 特 性光 纤 的 使 用 特 性 包 括 传 输 特 性 ， 几 何 特 性 ， 机 械 特 性 ， 环 境 特 性 等 ， 下面 分 别 介 绍

62、 。 传 输 特 性 :内 容 主 要 有 衰 减 ， 数 值 孔 径 ， 色 散 ， 反 向 散 射 特 性 ， 群 折 射 率 (渐 变 折 射率 光 纤 的 等 效 折 射 率 )。2. 几 何 特 性 几 何 特 性 有 纤 芯 直 径 ， 包 层 直 径 和 涂 覆 盖 层 直 径 ， 纤 芯 非 圆 性 ， 包 层 非圆 性 和 涂 敷 层 非 圆 性 ， 纤 芯 /包 层 和 涂 敷 层 同 心 性 误 差 ， 标 准 长 度 。 其 中非 圆 性 的 计 算 公 式 为 ： 纤 芯 /包 层 和 涂 敷 层 同 心 性 误 差 是 指 纤 芯 与 包 层 或 包 层 与 涂 敷

63、 层 的 几何 中 心 间 的 最 大 可 能 距 离 。 1001(%) 最大直径最小直径非圆性 3. 机 械 特 性 机 械 特 性 对 光 纤 的 使 用 特 别 重 要 。 光 纤 必 须 能 够 经 受 住 成 缆 和 光 纤 敷设 过 程 中 的 压 力 和 张 力 ， 其 参 数 有 抗 拉 强 度 ， 静 态 、 动 态 稳 定 疲 劳 ， 光 纤翘 曲 半 径 ， 涂 敷 层 剥 离 力 等 。 纯 净 玻 璃 光 纤 的 纵 向 拉 伸 张 力 是 可 以 与 金 属 丝 相 比 拟 的 ， 其 最 大 抗 拉强 度 为 14Gpa， 钢 丝 为 20Gpa。 但 由 于

64、光 纤 在 生 产 过 程 中 ， 玻 璃 基 体 存在 小 的 不 均 匀 性 ， 高 温 熔 融 骤 冷 拉 丝 形 成 应 力 不 均 匀 及 环 境 尘 埃 、 机 械损 伤 使 光 纤 中 有 许 多 裂 纹 ， 从 而 造 成 一 定 长 度 的 光 纤 拉 伸 张 力 大 为 降 低 。 光 纤 翘 曲 半 径 是 指 涂 敷 层 剥 除 后 石 英 玻 璃 光 纤 自 然 弯 曲 的 曲 率 半 径 。它 是 由 于 光 纤 制 造 过 程 中 的 高 速 拉 制 和 骤 然 冷 却 使 光 纤 产 生 内 应 力 的 结果 ， 对 光 纤 的 连 接 损 耗 影 响 较 大

65、， 特 别 是 对 多 模 光 纤 构 成 的 光 纤 带 的 连 接 影 响 较 大 ， 因 为 各 根 光 纤 的 翘 曲 方 向 使 随 机 的 。 4. 环 境 特 性 环 境 特 性 有 温 度 特 性 ， 水 浸 性 能 和 湿 热 性 能 ， 这 部 分 说 明 因 为 环 境 条件 的 变 化 导 致 衰 减 会 增 加 多 少 ， 比 如 因 为 石 英 和 光 纤 涂 敷 层 的 热 膨 胀 系数 不 同 ,两 者 的 长 度 的 变 化 量 相 差 非 常 大 ， 于 是 产 生 的 张 力 会 使 光 纤 发 生弯 曲 ， 增 加 损 耗 。筛 选 应 变 是 筛 选

66、试 验 结 果 的 表 示 方 法 ， 筛 选 试 验 的 目 的 是 将 整 根 光 纤长 度 上 强 度 低 于 筛 选 应 力 的 点 去 除 ， 保 证 光 纤 的 机 械 可 靠 性 。 采 用 的方 法 是 纵 向 张 力 法 ， 即 施 加 张 力 荷 载 至 拉 丝 涂 敷 层 的 整 根 光 纤 上 ， 被测 的 初 始 光 纤 会 断 成 几 段 ， 可 以 认 为 每 段 光 纤 通 过 了 筛 选 试 验 。 4.5.5光 纤 产 品 介 绍国 际 电 信 联 盟 电 信 标 准 部 ITU-T(Telecommunication Standardization Sector of International Telecommunication Union)公 布 的 几 种 光 纤 标 准 如 下 ：G.651光 纤 （ 渐 变 多 模 光 纤 ）G.651光 纤 的 工 作 波 长 有 两 种 ： 1310nm和 1550nm。 在 1310nm处 具 有 最 小 色散 值 ， 在 1550nm处 具 有 最 小 衰 减 系 数 。 按 照 纤 芯 /包 层