光纖光學(xué)緒論廖延彪黎敏1.纖維光學(xué)發(fā)展史第一階段：可行性研究1854英國(guó)J.Tyndall發(fā)現(xiàn)：1927英國(guó)J.C.Baird提出：用光纖（利用光的全內(nèi)反射原理）傳像1929美國(guó)C.W.Hanaell

通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)：石英光纖用于電視傳輸?shù)目赡苄?930德國(guó)H.Lamm提出：用柔軟的光纖束傳像用Φ40μm石英光纖束規(guī)則排列可構(gòu)成胃鏡問(wèn)題：光纖的制造工藝不成熟

第二階段：完善工藝、建立理論工藝上制成了完善的光纖；光纖元件開(kāi)始應(yīng)用1951，荷蘭VanHeel、英國(guó)Hopins&Kapany用Φ10μm光纖做傳像束：效果不佳問(wèn)題：漏光、排列工藝1951A.C.S.VanHeel制成有包層的光纖問(wèn)題：包層厚度不均勻：芯—包分界面不平整1954-1960改進(jìn)拉絲和排絲工藝

可彎曲、分辨率較好的光纖傳像束

醫(yī)療儀器1957制成：閃爍發(fā)光纖維：高能粒子探測(cè)1961制成：用銨玻材料的光纖建立纖維光學(xué)理論，光纖光學(xué)—獨(dú)立的新學(xué)科1956英國(guó)N.S.Kapany命名：FiberOptics第三階段：制成低損光纖、促進(jìn)光纖應(yīng)用特點(diǎn)：低損耗光纖1979年：0.2dB/km@1.55μm低色散光纖單波長(zhǎng)、零色散梯度折射率纖維透鏡結(jié)果：應(yīng)用：光纖通信—OFC：opticalfibercommunications；光纖傳感—OFS：opticalfibersensors衍生新學(xué)科導(dǎo)波光學(xué)WaveguideOptics光纖光學(xué)FiberOptics微光學(xué)Micro-Optics梯度折射率光學(xué)（變折射率光學(xué)）GradientIndexOptics第三階段：制成低損光纖、促進(jìn)光纖應(yīng)用1966，K.C.Kao(高錕)、Hockman(英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電信研究所)預(yù)計(jì)：石英光纖中損耗可<20dB/km，可用于通信1970，Corning公司：制成20dB/km石英光纖

1972，觀察到單模光纖中受激刺曼散射（SRS-StimulatedRamanScattering）受激布里淵散射（SBS-StimulatedBrillouinScattering）1973提出：光纖中出現(xiàn)光孤子（光纖中色散和非線性效應(yīng)相互作用的結(jié)果）1980觀察到纖維光學(xué)(1956年命名）微通道板（1960）光學(xué)纖維面板(1958)

密碼傳像等應(yīng)用內(nèi)窺鏡圖象變換器象增強(qiáng)器應(yīng)用非相關(guān)束傳光束1953相關(guān)束傳象束1958

梯度折射率分布特種光纖色散補(bǔ)償光纖零色散光纖摻雜光纖晶體光纖(1982)

梯度折射率透鏡(1969)導(dǎo)光束、信號(hào)顯示器光纖傳感器(1977)

低損耗光纖(1970)

塑料光纖紅外光纖(1966)

光子晶體光纖(1999)

應(yīng)用光學(xué)集成光學(xué)電子技術(shù)新發(fā)展梯度折射率光學(xué)(1978)

微型光學(xué)（1982）導(dǎo)波光學(xué)光纖通信（1973）引出分支學(xué)科電子光學(xué)普通光纖階躍折射率分布2、光纖的基本特征2.1全反射原理（totalinternalreflection)123123123corecladding2、光纖的基本特征2.2主要參數(shù)半徑r：芯（core）、包層（cladding）折射率n(r)：折射率分布，折射率差Δn數(shù)值孔徑：N.A.(numericalaperature)損耗a：dB/km,dB/m色散雙折射2.3光纖的類型傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量單模光纖：只能傳輸一種模式的光纖纖芯直徑?。?a=2-12μm）芯-皮折射率差也?。é?0.0005-0.01）。多模光纖：能同時(shí)傳輸多種模式纖芯直徑大（2a=50-500μm）,芯-皮折射率差大（Δ=（n1-n2）/n1=0.01-0.02）;纖芯折射率分布的方式階躍折射率光纖：纖芯折射率均勻，芯-包層分界面處折射率發(fā)生突變（或階躍）梯度折射率光纖：纖芯折射率是光纖半徑的函數(shù)2.4傳輸?shù)钠駪B(tài)非偏振保持光纖（簡(jiǎn)稱非保偏光纖）不能傳輸偏振光偏振保持光纖（簡(jiǎn)稱保偏光纖）單偏振光纖:

只能傳輸一種偏振模式高雙折射光纖:

只能傳輸兩正交偏振模式、且傳

播速度相差很大低雙折射光纖:

傳播速度近于相等圓保偏光纖:

傳輸圓偏振光2.5制造光纖的材料高純度熔石英：材料損耗低<1dB/km；多組分玻璃纖維芯-包層折射率差大

制造大N.A.光纖材料損耗大，在可見(jiàn)光波段一般為1dB/m；塑料光纖：成本低、材料損耗大、溫度性能差紅外光纖:近/中紅外（1-5μm或-10μm）透明液芯光纖:纖芯為液體晶體光纖CrystalFiber光子晶體纖PhotonicCrystalFiber紅外/紫外光纖Infrared/UVFiber摻雜光纖/增數(shù)光纖/去敏光纖2.6光纖制造方法內(nèi)氣相氧化法MCVD-modifiedchemicalvapordepositionprocess(改進(jìn)的氣相沉積法)PCVD-plasmachemicalvapordepositionprocess（等離子體化學(xué)氣相沉積法）外氣相氧化法OVD-outsidevapordeposition外（氣相）沉積法IVD—insidevapordepositionVAD—vaporaxialdeposition軸向（氣相）沉積法管棒法雙坩堝法3、光纖的應(yīng)用信號(hào)傳輸–光纖通信（長(zhǎng)距離）通信—單模（短距離、局域網(wǎng)）通信—多模光纖、塑料光纖信號(hào)采集–光纖傳感強(qiáng)度、相位、偏振、波長(zhǎng)調(diào)制

圖像傳輸—傳像束（像素）多組分玻璃、石英玻璃·能量傳輸—多模、大芯徑、大孔徑

·光纖器件—單模、多模4、主要研究課題4.1光纖設(shè)計(jì)單模光纖：各種色散光纖：色散位移、色散平坦光纖、色散補(bǔ)償光纖、分光散光纖各種摻雜光纖雙折射光纖（保偏光纖）多模光纖各種摻雜光纖、紅外光纖、塑料光纖、大芯經(jīng)、大NA光纖4.2制造工藝及性能測(cè)試工藝改進(jìn)、材料提純、測(cè)試方法4.3應(yīng)用光纖器件制作有源器件：光纖激光器、放大器、調(diào)制器無(wú)源器件：光纖偏振器、隔離器、衰減器、耦合器信息傳輸語(yǔ)音（光纖通信）、圖像、模擬/數(shù)字信號(hào)、微波信號(hào)信息提取光纖傳感：可探測(cè)多種物理量、化學(xué)量等?！つ芰總鬏敿す饧庸?、醫(yī)療—光纖可傳輸100W量級(jí)激光5、本課程內(nèi)容1.光纖傳輸?shù)墓饩€理論：均勻/變折射率光纖2.光纖傳輸?shù)牟▌?dòng)理論：均勻/變折射率光纖3.單模光纖的傳輸理論4.光纖的特性：

損耗、色散、偏振5.外界因素引起的光纖系統(tǒng)的損耗6.特種光纖7.光纖特征參數(shù)的測(cè)量器件8.無(wú)源與有源光纖器件9.光纖應(yīng)用實(shí)例

教材與參考書(shū)目《光纖光學(xué)》(第2版)廖延彪黎敏清華大學(xué)出版社2013

主要參考書(shū):劉德森等《纖維光學(xué)》科學(xué)出版社1987葉培大等《光波導(dǎo)技術(shù)基本理論》人民郵電出版社1988吳重慶《光纖理論》清華大學(xué)出版社2000葉培大《光纖理論》知識(shí)出版社1986SnyderAwetal，OpticalWaveguideTheoryChampmanandHall,1983Jeunhome

LueB，Single-ModeFiberOptics-PrinciplesandApplicationsMarcelDekker,Inc.大越孝敬（劉時(shí)衡等譯），《通信光纖》人民郵電出版社MarcuseD，TheoryofDielectricalOpticalWaveguides，AcademicPress,1974

中譯本：劉弘度譯，《介質(zhì)光波導(dǎo)理論》，人民郵電出版社，1982-BornMandWolfE.楊葭蓀等.光學(xué)原理.電子工業(yè)出版社，2005-廖延彪，光學(xué)原理與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，2006-季家镕，高等光學(xué)教程—光學(xué)的基本電磁理論，科學(xué)出版社，2007-吳重慶，光波導(dǎo)理論，清華大學(xué)出版社，2000-JEFFHECHT賈東方等譯光纖光學(xué)人民郵電出版社，2004-劉德森等.微小光學(xué)與微透鏡陣列.科學(xué)出版社，2013-SnyderAWandLoveJD.周幼威等譯.光波導(dǎo)理論.人民郵電