光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用演示文稿

光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用演示文稿當(dāng)前1頁，總共49頁。光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用當(dāng)前2頁，總共49頁。3內(nèi)容光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用Part1光纖（OpticalFiber）及光通信技術(shù)簡介Part2光纖光柵（OpticalFiberGrating）Part3光纖光柵的應(yīng)用內(nèi)容當(dāng)前3頁，總共49頁。4Part1光纖及光通信技術(shù)簡介當(dāng)前4頁，總共49頁。5通信波段劃分及相應(yīng)傳輸媒介頻率Hz10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015自由空間波長（m）電力、電話無線電、電視微波紅外可見光雙鉸線同軸電纜光纖衛(wèi)星/微波AM無線電FM無線電頻段劃分傳輸介質(zhì)電磁波譜的劃分光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用當(dāng)前5頁，總共49頁。6光纖及光通信技術(shù)簡介光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用光通信用光波載運信息，實現(xiàn)通信光纖通信以光波載運信息，用光纖作傳輸媒體，實現(xiàn)通信光纖通信的優(yōu)點頻帶寬、信息容量大傳輸損耗低、無中繼距離遠(yuǎn)材料豐富抗電磁干擾光纖間串話小，保密性好耐腐蝕、耐高壓體積小、質(zhì)量輕當(dāng)前6頁，總共49頁。7光通信的發(fā)展光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用光通信的發(fā)展過程雛形：古代烽火、手旗、燈光潛望鏡原理——光波導(dǎo)之雛形當(dāng)前7頁，總共49頁。8光纖基本理論光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用菲涅耳定律：n1sinθ1=n2sinθ2n1n2n1<n2θ1θ2n2n1n1>n2θ2θ1結(jié)論：若要實現(xiàn)全反射，則必須有n1>n2當(dāng)前8頁，總共49頁。9光纖基本理論光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用Φmax=arcsin(NA)φn1n2當(dāng)前9頁，總共49頁。10

可見，光纖的數(shù)值孔徑（NA）僅取決于纖芯的折射率的大小及包層相對折射率差，而于光纖的直徑無關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)多模光纖的NA公稱值一般為0.2，對應(yīng)的孔徑角約為11.5o。標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的NA公稱值一般為0.1～0.15，對應(yīng)的孔徑角約為5.7o~8.6o。光纖基本理論光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用當(dāng)前10頁，總共49頁。11光纖結(jié)構(gòu)纖芯包層涂敷層護(hù)套光纖結(jié)構(gòu)光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用單模光纖內(nèi)徑：9μm多模光纖內(nèi)徑：50μm外徑：125μm尺寸規(guī)格：當(dāng)前11頁，總共49頁。12光纖結(jié)構(gòu)光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用兩種常用光纖的結(jié)構(gòu)及其折射率分布當(dāng)前12頁，總共49頁。13機械手MechanicalhandleCapstan

對中卡頭Three-jawchuckModifiedChemicalVaporDeposition高溫爐Graphitefurnace測溫儀Pyrometer分離及沉積處理Separatedeposition測徑儀FiberdiameterGauge空氣凈化系統(tǒng)ClearAirSystem機械手Mechanicalhandle涂杯Coatcup對中itioncentercontrol光固化vioietCuringSystem涂杯Coatcup對中itioncentercontrol光固化UltravioietCuringSystem對中itioncentercontrol熱固化UltravioietCuringSystem涂杯Coatcup對中itioncentercontrol熱固化UltravioietCuringSystem氣相色譜VaporPhasechromatogrameter基座高溫爐配重排除尾氣當(dāng)前13頁，總共49頁。14光纜構(gòu)成光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用常用光纜的典型構(gòu)成當(dāng)前14頁，總共49頁。15國外光纖技術(shù)發(fā)展情況光纖技術(shù)發(fā)展概況光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用20世紀(jì)60年代中期，所研制的最好的光纖損耗在400dB以上1966年英國標(biāo)準(zhǔn)電信研究所高錕及Hockham從理論上預(yù)言光纖損耗可降至20dB/km以下日本于1969年研制出第一根通信用光纖損耗為100dB/km1970年康寧公司（Corning）采用“粉末法”先后獲得了損耗低于20dB/km和4dB/km的低損耗石英光纖1974年貝爾實驗室（Bell）采用改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積法制出性能優(yōu)于康寧公司的光纖產(chǎn)品。到1979年，摻鍺石英光纖在1.55μm處的損耗已經(jīng)降到0.2dB/km，這一數(shù)值已經(jīng)十分接近由Rayleigh散射所決定的石英光纖理論損耗極限當(dāng)前15頁，總共49頁。16光纖技術(shù)發(fā)展概況光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用1963年開始光通信的研究1977年，第一根短波長(0.85mm)階躍型石英光纖問世，損耗為300dB/km1978年，階躍光纖的衰減降至5dB/km。研制出短波長多模梯度光纖，即G.651光纖1979年，研制出多模長波長光纖，衰減為1dB/km。建成5.7km、8Mb/s光通信系統(tǒng)試驗段1980年1300nm窗口衰減降至0.48dB/km，1550nm窗口衰減為0.29dB/km。1981年多模光纖活動連接器進(jìn)入實用1984年武漢、天津34Mb/s市話中繼光傳輸系統(tǒng)工程建成(多模)1990年，研制出G.652標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，最小衰減達(dá)0.35dB/km1992年降至0.26dB/km國內(nèi)現(xiàn)狀當(dāng)前16頁，總共49頁。171991年，研制出G.653色散位移光纖。最小衰減達(dá)0.22dB/km1997年，研制出G.655非零色散位移光纖“六五”、“七五”、“八五”鋪設(shè)“八縱八橫”光纖線路總長約七萬公里光纖技術(shù)發(fā)展概況光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用

雖然光纖光纜的研制僅短短的20多年，其應(yīng)用卻已相當(dāng)普遍。迄今，已敷設(shè)光纜長度超過100萬km，光纜已敷設(shè)到世界屋脊西藏。生產(chǎn)光纜的廠家有200多家，每年所用光纖的數(shù)量超過400萬km。在實際網(wǎng)絡(luò)中，無論是核心網(wǎng)還是接入網(wǎng)，目前主要應(yīng)用的還是G.652光纖。在核心網(wǎng)中新建線路已開始采用G.655光纖，在接入網(wǎng)中已開始應(yīng)用光纖帶光纜。我國光通信領(lǐng)域已掌握了光纖、器件、系統(tǒng)等各方面的關(guān)鍵技術(shù)，逐漸走進(jìn)了國際光通信的先進(jìn)行列。尤其在主要技術(shù)上，都有了自己的特色和創(chuàng)新。

當(dāng)前17頁，總共49頁。18

中國網(wǎng)通公司光纖通信網(wǎng)絡(luò)采用鐵道部光纖連接成環(huán)，總長3400km；江蘇/安徽/上海/江西/浙江/福建6省市，17個節(jié)點，52個傳輸站；系統(tǒng)容量16×2.5=400Gb/s；應(yīng)用IPoverSDH/WDM技術(shù)；2000年底開通運行上海石家莊北京天津濟(jì)南合肥南京杭州福州廣州長沙武漢鄭州南昌深圳廈門國內(nèi)光纖通信網(wǎng)示例光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用當(dāng)前18頁，總共49頁。19光纖通信系統(tǒng)方框圖單信道全光中繼數(shù)字通信光--電--光中繼的數(shù)字通信光纖通信技術(shù)基礎(chǔ)光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用當(dāng)前19頁，總共49頁。20時分復(fù)用技術(shù)光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用時分復(fù)用TDM－TimeDivisionMultiplexingSignal1Signal2SignalnSignal3MultiplexerDemultiplexerOpticalFiber當(dāng)前20頁，總共49頁。21

Lucent公司研制的單波長速率320Gb/sOTDM試驗系統(tǒng)是目前單波長速率最高的系統(tǒng)。在發(fā)送端：20Gb/s電信號經(jīng)光調(diào)制器輸出光信號，再經(jīng)由20GHz驅(qū)動的半導(dǎo)體電吸收光調(diào)制器、再生器使20Gb/s的光信號的脈沖寬度壓縮變窄，之后采用延遲插入和極化正交的光時分復(fù)用OTDMMUX，產(chǎn)生出320Gb/s光信號。

時分復(fù)用技術(shù)示例光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用當(dāng)前21頁，總共49頁。22波分復(fù)用技術(shù)光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用波分復(fù)用WDM－WavelengthDivisionMultiplexingλnλ1λ2λnλ3DemultiplexerMultiplexerλ1λ2λ3當(dāng)前22頁，總共49頁。23

Nortel和Worldcom公司聯(lián)合對1Tb/sWDM系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場試驗。從美國Dallas到Longview市。全長200公里，采用單纖雙向傳輸。

波分復(fù)用技術(shù)光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用當(dāng)前23頁，總共49頁。24波分復(fù)用技術(shù)光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用

密集波分復(fù)用(DWDM,DenseWavelengthDivisionMultiplexing)當(dāng)波分復(fù)用的峰波長之間的間隔為1.6nm，0.8nm或更低時(對應(yīng)的約為200G，100GHz或更窄的帶寬)。頻分復(fù)用(FDM,FrequencyDivisionMultiplexing)更為密集的波分復(fù)用。波分復(fù)用系統(tǒng)的主要缺點是由于WDM的插入損耗減小了系統(tǒng)的可用功率，信道間的串?dāng)_也會惡化接收機的靈敏度，最關(guān)鍵的是波分復(fù)用器件的價格仍太高。當(dāng)前24頁，總共49頁。25時分—波分復(fù)用技術(shù)光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用時分－波分復(fù)用Time-FrequencyDivisionMultiplexingλ1,λ2…λkTx1TxnTx2Tx2WDMMUXTx(λ1）λ1λ2λkTDMMUX當(dāng)前25頁，總共49頁。26

Lucent公司研制的3.28Tb/s試驗系統(tǒng)是目前容量最大的試驗系統(tǒng)。系統(tǒng)速率為40Gb/s,共82個波長光濾波器波長間隔為100GHz，系統(tǒng)工作于C和L兩個波段分別容納40和42個波長通道波分復(fù)用，后采用時分復(fù)用。時分—波分復(fù)用技術(shù)光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用當(dāng)前26頁，總共49頁。27Part2光纖光柵當(dāng)前27頁，總共49頁。28光纖光柵簡介光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用

光纖光柵是在光纖纖芯內(nèi)介質(zhì)折射率呈周期性調(diào)制的一種光纖無源器件，它是利用摻雜（如鍺、磷等）光纖的光敏性，通過某種工藝方法使外界入射光子和纖芯內(nèi)的摻雜離子相互作用導(dǎo)致纖芯折射率沿纖軸方向周期性或非周期性的永久變化，在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵。光纖折射率變化部分Λ當(dāng)前28頁，總共49頁。29光纖及光通信技術(shù)簡介光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用K.O.Hill等人實驗原理示意圖光功率計氬離子激光(514.5nm)摻鍺光纖當(dāng)前29頁，總共49頁。30

光纖光柵有如一道道的柵門，一個波長的光線經(jīng)過這一排柵門，就會被分解成很多道波長比較短的光線，不能通過柵門的光線就會被打回頭，由另一個儀器收集后交給接收者。其作用實質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的（透射或反射）濾光器或反射鏡。

光纖光柵簡介光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用輸入譜傳輸譜反射譜應(yīng)變引起波長移動III當(dāng)前30頁，總共49頁。31光纖光柵簡介光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用

根據(jù)光纖光柵周期的長短及均勻性的不同，光纖光柵可分為短周期光柵(BraggGrating，也稱光纖反射光柵)長周期光柵(LongPeriodGrating，也稱光纖透射光柵)和啁啾光柵(ChirpedGrating，又稱為非周期光柵)。當(dāng)前31頁，總共49頁。32FBG有較小且均勻的周期，一般約為0.5～1μm，具有反射固定波長之特性。多用于溫度、應(yīng)力以及以此為基礎(chǔ)而發(fā)展出的振動、流量、載荷疲勞、結(jié)構(gòu)損傷、腐蝕等方面的分布式檢測系統(tǒng)。光纖布拉格光柵光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用光纖布拉格光柵當(dāng)前32頁，總共49頁。33tf啁啾光柵啁啾光柵光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用tftp當(dāng)前33頁，總共49頁。34

啁啾通常是指一種頻率變化的現(xiàn)象，如果Bragg光纖光柵的周期或折射率沿長度方向發(fā)生一定變化，則其Bragg頻率沿長度方向也會發(fā)生一定變化，即發(fā)生了啁啾，這種光纖光柵就稱為啁啾光纖光柵。啁啾可以是線性的也可以是非線性的，周期沿長度方向線性變化的光柵稱為線性啁啾光柵。

啁啾光柵光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用當(dāng)前34頁，總共49頁。35啁啾光柵光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用色散產(chǎn)生原理示意圖

波長色散的起因有兩個：1）折射率隨波長呈非線性變化，色散系數(shù)與折射率的二階導(dǎo)數(shù)成正比，稱為材料色散；2）傳播常數(shù)與波長呈非線性關(guān)系，色散系數(shù)與傳播常數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)成正比，稱為波導(dǎo)色散。當(dāng)前35頁，總共49頁。36啁啾光柵光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用當(dāng)前36頁，總共49頁。37長周期光柵光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用LPG周期在100μm以上。其主要特性則是透射光在耦合的波長下將耦合到光線薄層中去損耗掉，而不是被反射。這樣在某些不需要回波、甚至盡量避免回波的場合，長周期光柵將一展身手。另外，長周期光柵對環(huán)境的變化與FBG相比更加敏感。但是，在實際應(yīng)用中，長周期光柵還存在著一些局限性，比如：它對彎曲過于敏感，一個很小的彎曲會將他的峰值波長向短波方向移動；另外，由于它的透射譜具有幾個峰，且每個峰都有一定的帶寬，這限制了LPG在準(zhǔn)分布式傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用。

當(dāng)前37頁，總共49頁。38Part3光纖光柵應(yīng)用當(dāng)前38頁，總共49頁。393S：SmartSkinSmartMaterialSmartStructure光纖光柵光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用當(dāng)前39頁，總共49頁。40

分布式光纖傳感器測量是運用光纖的一維特性進(jìn)行測量的技術(shù)，它可同時獲得被測量的空間分布狀態(tài)和隨時間變化的信息。它可以在整個光纖上對沿光纖分布的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行連續(xù)測量。在理論上，它可以把被測量作為光纖位置長度的函數(shù)，能得到任意大小的分辨率。分布式光纖傳感器光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用分布式光纖傳感系統(tǒng)當(dāng)前40頁，總共49頁。411、反射法：利用光纖在外部擾動作用下產(chǎn)生的Reyleigh、Raman、Brillouin等效應(yīng)進(jìn)行測量的方法。2、偏振光時域反射法(POTDR)：利用后向散射光的偏振態(tài)信息進(jìn)行分布式測量的技術(shù)。3、波長掃描法(WLS)：用白光照射保偏光柵，運用快速Fourier算法來確定模式耦合系數(shù)的分布。4、干涉法：利用各種形式的干涉儀或干涉裝置把被測參量對干涉光路中光波的相位調(diào)制進(jìn)行解調(diào)，從而得到被測參量信息的方法。分布式光纖傳感器光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用當(dāng)前41頁，總共49頁。42準(zhǔn)分布式光纖光柵傳感結(jié)構(gòu)準(zhǔn)分布式光纖光柵傳感系統(tǒng)光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用寬帶光源光譜分析儀當(dāng)前42頁，總共49頁。431、在光敏光纖同一位置重疊寫入兩個具有不同Bragg波長的光柵來區(qū)別溫度和應(yīng)變效應(yīng)；2、利用同一光纖Bragg光柵的一階和二階衍射效應(yīng)來區(qū)別出溫度和應(yīng)變效應(yīng)；3、采用特殊封裝、埋入方式的方法來消除溫度－應(yīng)力的交叉敏感問題。光纖光柵溫度去敏光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用光纖光柵的溫度去敏當(dāng)前43頁，總共49頁。44光纖光柵溫度去敏光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用硅管光纖光柵螺母有涂敷的光纖鋁帽環(huán)氧膠螺紋鋁管光纖光柵溫度補償裝置結(jié)構(gòu)當(dāng)前44頁，總共49頁。45FBG光纖紫外固化膠空心玻璃球光纖光柵溫度去敏光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用采用空心玻璃球提高光纖光柵壓力靈敏度當(dāng)前45頁，總共49頁。46準(zhǔn)分布式光纖光柵的信號解調(diào)準(zhǔn)分布式光纖光柵傳感系統(tǒng)尋址光纖光柵技術(shù)與應(yīng)用

準(zhǔn)分布式光