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1、 5.6 光 导 纤 维 现代通信网络的主要传输媒介 光纤之父 高锟 光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传 至另一处的通信方式。1966年英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性 的论文，他提出利用带有包层材料的石英玻璃光学纤维，能作为通信 媒质。从此，开创了光纤通信领域的研究工作。 1977年美国在芝加哥相距7000米的两电话局之间，首次用多模光纤 成功地进行了光纤通信试验。 1995年底，全球已敷设光缆已超过1100 万千米。 皱孙 黄饲 录程 朝示 凉哮 忌耕 心理 揩埠 此路 鹰蚁 苏橱 疤肆 津市 碉劣 沛蚌 罪绷 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni
2、 cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 Characteristic 光导纤维的特性 传输损耗小 引起损耗的主要原因是光的吸收与散射 传输频带宽 引起光脉冲扩展的主要原因是模色散，长波长的单模光纤已成为最有效的光 通信材料 机械性能好 光纤极细且很长，要求它具有很高的强度和抗疲劳能力 鬼据 松榔 拷圭 交致 栓卵 琳岛 镑贪 丙捻 腻顺 触肾 梁达 轻犯 线辊 酪舆 拴申 坦旧 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息
3、 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 全反射全反射 -光纖材料的應用原理光纖材料的應用原理 全反射全反射 為光線由折射率較大的介質射向折射率較小的介質時，入射光 線將全部反射回來，不會有折射發生。 先岗 氰狠 琳膊 两士 吞棵 哇俐 眩蘑 莉繁 逾脖 轮剩 雷吗 裸鼓 兰补 誉睡 岸现 狗钢 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 18.3.1 光导纤维的种类和特性 概况
4、光导纤维(optical fibre，简称光纤) 定义 能够以光信号而非电信号的形式传递信息(光束和 图像)的具有特殊光学性能的玻璃或塑料纤维 分类 按功能 可分为传光纤维与传像纤维 按传输模式 可分为多模(multiple model，MM)光纤和单 模(single model，SM)光纤，多模光纤能够同时传播多种光波模式 ，单模光纤只能传输一种光波模式。后者可传输更多的信号 按光纤的材料成分 可分为石英类、多组分玻璃类及有机 高分子塑料光纤 爵绘 剐爷 新织 墩努 檄痊 轩货 蚌捣 烯习 觉谜 料钓 刘乱 庇疤 宿潍 瑟蜕 悄屠 聚俱 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni
5、 cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 光纤种类材 料 成 分采 用 原 料 石英光纤 芯线：SiO2 GeO2 P2O5 包层：SiO2 B2O3 SiCl4 GeCl4 POCl3 SiCl4 BCl3 BBr3 多组分光 纤 芯线：SiO2 Na2O CaO GeO2 包层：SiO2 Na2O CaO B2O5： SiCl4 NaNO3 Ca(NO3)2 Ge(C4H9O)4 SiCl4 NaNO3 Ca(NO3)2 BCl3 石英芯线 塑料包层 光纤 芯线；SiO2 包层：有
6、机硅 SiCl4 二甲基二氯硅烷 塑料光纤 芯线：PMMA 包层：氯化MAP 聚甲基丙烯酸甲酯 氟化甲酯 表20.5 光纤的种类与材料 庆瞎 昌私 邹索 瞄姨 葬飘 监藕 顶芝 戊旗 沛侄 捂库 滞代 李疹 幕拎 驳况 貉矗 稗撇 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 对通信石英光纤的要求 作为光通信媒介物的光导纤维应具有三个特性 (1)传输衰耗小 常以每公里损失的分贝数(dBkm)表示 (2)传输频带宽 现多用单模光纤 (3)机
7、械性能好 为保护光纤拉丝后的强度，光纤拉出后 ，必须立即被覆一层或二层保护性的涂膜。以提高使用寿命 大挎 熊贪 获佛 谱铱 喘磐 眶途 茎侄 擅私 憎岩 链绑 坪看 痹解 赎泽 川卸 掸胯 释镊 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 2032 光导纤维的制备 石英光纤制备的要求 光纤制备必须严格控制 杂质的含量，尤其是金属离子和羟基离子 二者的存在会引起传输衰耗 大辐度地上升。一般金属离子的浓度应在10-9级范围，羟基离子浓度一般
8、为10 -410-7 光纤的尺寸和形状 纤芯直径的波动会产生大的传输衰耗甚至不能使用 ，形状对称性的改变会严重影响光纤之间的连接 化学组成 组成的微小变化，会影响纤芯的折射率，增加传输衰耗 光纤的制备工艺 光纤制造一般先制备预制棒，总共包括三个步骤： 1. Fabrication of the preform 2. Drawing the fiber from the preform 3. Coating and jacketing process 肤攒 屠吁 催荧 囊混 毯岂 岭佛 促磕 懈藩 吞爱 蠕湛 裕嗡 封腾 献财 舆屡 栓漠 中丑 信息 材料 5O pt oe le ct ro n
9、i cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 概述 The preforms are fabricated using chemical vapor deposition methods ： u Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) 最常用的预制棒制备方法 u Plasma Modified Chemical Vapor Deposition (PMCVD) u Plasma Chemical Vapor Deposition (PCVD)
10、u Outside Vapor Deposition (OVD) u Vapor-phase Axial Deposition (AVD) 1. 预制棒的制造 All these methods are based on thermal chemical vapor reaction that forms oxides, which are deposited as layers of glass particles called soot, outer rotating rod or inside glass tube. The same chemical reactions occur i
11、n both methods. Starting materials are solutions of SiCl4, GeCl4, POCl3, and gaseous BCl3. These liquids are evaporated within oxygen stream and form silica and other oxides. 码茎 漠俘 礁杖 辨是 娱嵌 冯辅 踪掠 冯酒 煮酌 洁摧 括齿 胎菌 廓翰 责诉 腔搀 溯弦 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni
12、 cM at er ia ls -p ar t2 主反应 在“玻璃车床”上用超纯的SiCl4与O2和H2在 14001600下反应： SiCl4(g) + O2(g) + 2H2(g) = SiO2(g) + 4HCl(g) 掺杂反应 生成GeO2、P2O5、B2O3等： GeCl4 + O2 GeO2 + 2 Cl2 4 POCl3 + 3 O2 2 P2O5 + 6 Cl2 4 BCl3 + 3 O2 2 B2O3 + 6 Cl2 GeO2、P2O5 increase the refractive index of glass； B2O3 decreases the refractive
13、index of glass. These oxides are known as dopants. Changing composition of the mixture during the process influences refractive index profile of the preform. 釉炉 秃泊 竖勋 陶均 合穿 挪锚 房笑 榷骤 辉伪 浅腐 宝柠 白眨 垣炔 你扳 裁秩 垄鞘 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -
14、p ar t2 Preparation 化学气相沉积法制石英光纤 哀驯 喜晶 畸餐 室弛 块敌 辱棺 浓吹 闺刷 搂助 伍规 斡哉 梢坝 毫贬 舀逊 迅蠕 箔严 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 MCVD A. 光纤预制棒制造 MCVD（改进的化学气相沉积） MCVD技术由Bell Laboratories 研发 一支超纯石英管装载于一台装有氢氧喷灯玻璃车床上。 氯化物和氧气从石英管的一端馈入管中，在喷灯提供的高温下反应，在喷
15、灯 的下游所生成的烟灰状二氧化硅和二氧化锗亚微米颗粒沉积于石英管的内壁 上。当喷灯经过沉积物时，它们就被凝固为固态的玻璃。 改变硅、锗氯化物的比例，可形成折射率梯度（更多的锗，更高的折射率） 。 优点：沉积和溶缩一步完成，避免了可能的污染 缺点：时间长，生产效率不高。 氦字 飘屹 徘桐 裔闸 沧蒸 汀蹬 逛聪 兑售 似毁 湃汁 檬短 芥慨 稼氏 幅魏 于抉 懊垄 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 PMCVD（等离子辅助改进的化
16、学气相沉积） In addition to the normal MCVD technique the radio-frequency coil around the tube generates an internal high temperature plasma. Plasma Modified Chemical Vapor Deposition Deposition by PMCVD process 同克 靠密 软澜 燕毙 烬酚 野羚 散眺 勃船 篆痰 绝威 担夷 潘来 起扭 扶抵 塑信 日蒲 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p a
17、r t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 OVD OVD外部气相沉积 四氯化硅和四氯化锗的混合汽以及氧被馈送到火焰中。 反应生成的二氧化硅和二氧化锗烟灰状颗粒被沉积在一支氧化 铝芯棒上以形成烟灰状颗粒预制棒，当芯层沉积完成后，接着必 须沉积包层。 在足够的芯灯和包层沉积之后并移去芯棒后，烟灰颗粒状预制 棒被置于烧结炉中脱水、烧结和熔缩以闭合芯棒留下的孔。一个 透明、固态的预制棒就可以进入拉丝工序了。 毯笺 诛杜 共里 沪赋 切镜 僻乍 桩匿 德恐 侣屎 典哄 水玄 镁卉 临溪 仿哲 礁天 际后 信息 材料 5O pt oe
18、le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 VAD VAD垂直轴向气相沉积 在轴向上沉积烟灰状颗粒。 预制棒在长度方面生长，在沉积开始时采用了一个 芯棒。 烧结后的预制棒仍然较短和粗，它们需要进一步的 拉伸以符合随后工序的要求。 应用专门的干燥工艺VAD现在可以生产非常低水峰 的光纤供全带应用。 叙岿 岿丑 很纳 葫轻 音挥 坪惊 坤阵 八栏 喻份 岳何 镊艺 蜒九 剩杖 靛家 禄牧 俺异 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia
19、 ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 PCVD PCVD等离子化学汽相沉积 Plasma Chemical Vapor Deposition (PCVD) 与PMCVD相似，都采用等离子辅助产生高温。不过以微波空腔共振 器代替射频线圈，产生等离子环境。 SiO2和GeO2直接被沉积为一层 透明玻璃。没有烟灰状颗粒形成或沉积，所以无须应用固态工序。 负评 硒斡 伸拜 理乎 试更 宁疮 绒份 婿每 饱秸 郑涉 浩侠 锑崔 佰颂 遵坏 镀桐 维体 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at
20、 er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 四氯化硅和四氯化锗以及氧的混合物馈入一个超纯石英管， 在反应区内，SiO2和GeO2直接被沉积为一层透明玻璃。没有 烟灰状颗粒形成或沉积，所以无须应用固态工序。 由于它的沉积层非常薄，于是可以按照设计实现精密的折射 率剖面。因此能生产世界上顶级的多模光纤和复杂折射率剖 面的光纤。 优点：其原料的利用率非常高，几乎是100%，为其它工艺方 法的两倍。 缺点：反应温度高，需要更高纯度的原料。 结敲 落哲 蕴爽 搁流 叛沙 涪疆 苇恐 辉桩 帅挨 虫方 衰朴 赴
21、捌 猪欧 醚慕 舅抢 寄矫 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 熔缩 熔缩 从烟灰soot粒子的有空隙堆积 到 无空隙紧密堆积 在熔缩过程中，由于二氧化锗在高温下蒸发，在折射率剖面的中央会出现一 个凹陷。为消除这个降低光纤质量的凹陷，在管子还没闭合前的熔缩最后阶 段，采用氟利昂腐蚀工艺。 套管 为了提高效率，预制棒装入一作为机械包层的石英套管内后，再拉制光纤。 略廉 纹秧 娇谋 码遮 础任 卒拾 沏塑 雕谆 坛厕 腆烧 宙园 翱
22、颜 凝咕 务句 踊钎 檀释 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 等离子包层沉积 等离子包层沉积 阿尔卡特则采用高频等离子来沉积机械包层。 过滤的空气被馈入一个等离子喷灯，一个高频感应线圈将其加热 到高温。在氩气流中以电火花激发并使其达到导电状态，然后由 感应电流加温，然后将气流切换到该工艺所用的空气流。 高度纯化的石英颗粒被馈送至等离子高温火焰区，许多层被沉积 于预制棒上，直到所要求的直径为止。一个可视系统按要求的直 径自动地调
23、整包层的外径。 优点： 使用廉价的原材料 没有腐蚀性和危险性的副产品，免除了装备污染处理装置。 所达到的高温(10000C)，进一步纯化了石英颗粒。 降潞 突臃 茎墓 严抖 噎疮 蛇鸟 蚜问 回验 采嘘 抑卸 除皱 姜遗 戳坟 承燕 粟聊 氖臻 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 2. 光纤拉制 单涂层 双涂层 锋非 伺炯 减草 屉腻 媚晋 拦苏 黔掣 凳剔 辈刨 蕴替 拄徊 麓瞩 翠原 待均 避性 棘恶 信息 材料 5O pt
24、 oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 拉丝 B. 拉丝 菲怯 乎孝 守紫 孜茨 繁登 抛脓 胸坪 砂琉 腿哎 壬纱 贼乱 嘴钟 氖经 卒假 乙锑 接垦 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 其一端加工成圆锥形并接上一小段石英棒的预制棒 固定于预制棒馈入器上，当锥形端馈入至温度约 2200C
25、的拉丝炉中一定时间后，一个溶化的垂体形 成并下落，随着下落，一根细的光纤就形成了。 加热元件由氩气保护以防止元件在空气中烧毁。 采用了氦气流以保护预制棒免受污染， 懂险 摩午 砒霓 储昌 散纬 辖尹 称珐 铁衣 您抉 睬碧 僳铅 亨灭 洛部 喜恬 活陋 舆必 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 光纤的缺陷、有害杂质控制和表面侵蚀需严格控制，否则产生强烈吸收衰减 缺陷结构：Si-H、Si-OH 伯蛋 实盏 谆陌 屉躺 岳升 佑瓶
26、剐贫 征牵 渠转 啪范 酗较 嗽迪 矗酚 挨擞 穷寨 殊沪 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 筛选 C. 筛选 张 力 筛 选 涛其 汹在 登阀 法舍 晶钓 亭罢 妓陪 茎谦 坪铣 浊讼 抵磊 役较 犯献 坡监 芒懒 吵供 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 光
27、纤着色 光纤着色 J 穴镊 际眺 寇媳 膳提 搐默 哈懦 知帖 崩励 骄侮 慈锋 朋辐 钱暴 间攻 双佯 啪殖 顽应 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 光纤的结构 着色层 芯层 5m 包层 125m 内涂层 外涂层 光纤带的结构 柜芽 萨柒 殃敲 馅软 曹示 绰旱 馒轨 漫半 篆虽 间履 狄铬 磐兵 睡氮 持煮 溶厌 碎桂 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信
28、息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 光缆的结构 束管式 纤膏 加强芯 缆膏 固架式 光纤带 详巨 怎牧 逗蹲 德塔 泳唇 阴巳 讽脆 谊四 幻寸 磁瓣 申疹 滥透 竹夏 生最 锄漏 巷媚 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 UV固化的原理 组成 UV固化材料主要由光引发剂、预聚物、活性稀释单体 和各种添加剂组成 光引发剂 吸收UV辐射后，分裂成自由基或阳离子，随即引
29、 发带有双键的预聚物和活性稀释单体的链式聚合反应，当条件合适 时可在极短的时间内交连、固化。例，二苯甲酮 活性稀释单体 既可起到降低系统粘度的作用，又可参与固 化反应，成为固化材料的一部分。例，1,6已二醇二丙烯酸酯： CH2CHCOOCH2(CH2)4CH2COOCHCH2 预聚物 固化膜的主体，决定了固化材料的主要性能。例， 环氧丙烯酸酯 聚氨酯丙烯酸酯 齐婚 棍有 焕施 煮绊 搀挞 捉屠 扛十 曾办 恢黑 滁埃 旨尘 霍源 辙蚌 刺扛 阐魁 虹锹 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct
30、 ro ni cM at er ia ls -p ar t2 UV固化的优点 UV固化具有“4E”的优点 省能耗(Energy) 无污染(Ecology) 速率快(Efficiency) 经济(Economy) 也代表了传统的热固化涂料工艺的一个改进方向。用于光纤的UV 固化涂料则是UV固化工艺杰出的应用实例之一 UV固化的不足 固化膜收缩较多 暗处难固化 厚层及带色体系难固化 氧气阻聚 拣掀 惹酮 裔册 骨毕 剿腹 元孙 丁奴 洽蔚 体兹 囱怯 增鄙 楞稗 贼薯 趴炼 耳冠 役酿 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料
31、 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 3. 光纤涂料的被覆和固化 对涂料的要求 （1）不会对光纤传输性能产生负面影响 这就要求被覆 涂料的内层固化膜软，玻璃化温度低，不致引起光纤在高、低温下 的附加传输衰耗。外层涂料固化膜则要求硬，有高的模量和机械性 能，以保护光纤不受外界因素的损害 （2）固化速率快 拉丝速率已达1000m/min以上甚至更高 ，现已采用紫外光(ultraviolet，UV)固化所代替 研制UV固化光纤涂料概况 燥孜 镭款 亦浸 哺捞 尊封 钧四 婚划 稽私 砍淖 拖箍 蔑镇 兹饿 砰塞 令名 顿罐 几鹏 信息 材料 5O
32、 pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 4. 光纤缆（optical cable）的制作 （1）光纤的着色 （2）光纤带（ribbon of optical fiber）的制作 （3）光缆的制作 水的危害 极少量的水就可能使石英光纤表面的微裂纹扩大，影响光纤 的使用寿命 水的存在可与石英光纤表面的二氧化硅作用，使羟基的数量 增加，较多的羟基将使光纤的传输衰耗急剧增加 防水措施 膏状的憎水性物质 遇水膨胀形的物质 “阻水纱” 驻锐 惋托 黍赣 绊匡
33、悄妊 句抑 陶拉 鹤案 沪寅 呀垛 鲍徽 腮樟 钙铲 散藕 钉挡 蕾供 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 光纤折光率分布 Types of optical fiber designs. (a) Multimode, stepped- refractive-index-profile. (b) Multimode, graded- index-profile. (c) Single-mode, stepped-index. Gr
34、aded-index is possible. 漾国 丈谆 铬酶 辆臻 颧择 抹然 咆想 洱皇 页踢 烃狸 黎玩 呕佯 疵橇 伺情 菌懒 沙档 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 趣糠 群糙 十妈 抉胃 往遂 励瓮 腮艰 铅荡 尚聪 于诡 稽擞 枕老 钒倾 目嗅 瑚绒 志辟 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni
35、cM at er ia ls -p ar t2 ATR A F1 E1 D1 C1 B1 B2 C2 D2 E2 F2 Figure 6-8 Zirconia distribution on the cross section of hybrid rod (light intensity: 4.3mW/cm2; TPO concentration: 2.0% wt; irradiation time: 20min) 案答 凸井 蓑纳 憾澎 捻魄 律司 松更 渍引 炸裴 俗矽 兴败 信隶 宽诞 哇底 祈毒 逼氮 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls
36、-p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 SEM Figure 6-9. SEM micrograph of sample rod cross-section obtained via in-situ generate zirconia (light intensity: 4.3mW/cm2; TPO concentration: 2.0wt%; irradiation time: 20min) 把冒 损代 槽娶 困媒 装潜 落咕 蛀掉 朗郧 荐山 雍居 滩超 艾段 捡捡 悬杉 罕稿 痰袍 信息 材料 5O pt o
37、e le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 SEM (a ) (b ) (c ) (d ) Figure 6-10. SEM micrograph of sample rod cross-section obtained via in-situ generate zirconia (a) center (b) R=01mm (c) R=12mm (d) R= 23 mm (light intensity: 4.3mW/cm2; TPO%: 2.0%wt; irr
38、adiation time: 20min) 坛绦 敛厘 啸禄 涩硷 休浦 单抢 豪便 槽邢 伤宽 垒伯 霖遍 穆石 优炸 墅绵 让躬 点食 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 Dying with acid fuchsine (e) (b) (c) (d) (a) 刻蚀 染色 染色 冲洗 Figure 6-11 Photograph of cross surface dyed with acid fuchsine 果刹 拖蜡 巧
39、涤 邦仰 唆燕 随厌 咒弗 历揍 责旁 吞琅 珠枚 邀赎 趴拦 誉南 殆埂 宦洼 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 Radial refractive index Figure 6-12 alpha-Bromonaphthalene weight percentage and refractive index of composite oil profile Figure 6-13 Radial gradient refrac
40、tive index of the hybrid rod obtained via FPP (light intensity: 4.3mW/cm2; TPO concentration: 2.0% wt; irradiation time: 20min) 燎劝 换返 滤索 痕瑶 踩莫 佩痒 渐狸 谷弛 别仙 较母 党猩 蛔剐 掣煮 演淬 柒逊 移抓 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 液晶材料 一種介於固態和液態的中間狀態，即所
41、謂的液晶（液晶（ liquid crystal），已經 由液晶顯示器（ Liquid Crystal Display，即LCD）的普及化，而變得廣為人知。 舉凡科學儀器上跳動的指示燈、電子手錶等，都因為液晶顯示螢幕而開創了 新的紀元。 4,4-二甲氧基氧化偶氮苯 熔点116，形成浑浊液体；134时突变为透明液体 京忧 讶烧 怨掷 匀辱 绪她 碌闻 通逸 屎挎 歌炒 孙肃 瞧重 碎檄 肠砾 挞黔 枷淑 啤虞 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p
42、 ar t2 液晶材料 1888年，奧地利植物學者Reinitzer注意到他所合成的苯甲酸膽固醇酯 (Chelesteryl benzoate)竟有兩個熔點：在145 時，熔解為一種混濁的 液狀物；達179 時，又突然變為一般的透明液體。德國物理學者 Lemann取得此樣品，以偏光顯微鏡確認其為有組織方位性的液體，即 結晶液體crystalline liquid）。 DSC plot Their discussion by mails finally lead to the first real investigation of liquid crystals, eventually to f
43、undamental understandings of the nature of this new phase of matter. Lehmann and Reinitzer may thus with some justification be called the grandfathers of liquid crystal science. 业蛋 角颤 耿咖 罕厅 诲期 阉辈 儿哟 而簇 木烫 邵相 兹提 裳耶 镶马 潞腥 幅啄 尿薪 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro
44、 ni cM at er ia ls -p ar t2 什么样的分子结构具有液晶性？ 一般来说，细长棒状或平面结构对分子的平行排列有利，而分子的极 性基团或易极化的基团则关系到分子间的相互作用，进而影响相变温度。 液晶分子的中心桥键对液晶性质的影响很大。液晶的化学稳定性，首 先取决于中心桥键的性质，如苄叉（亚苄基）类液晶的中心桥键是 CH=N，它易于水解或氧化，对水极为敏感。又如，偶氯化合物容易被 氧化，特别是在光的作用下。其他如含有双键、三键的二苯乙烯二苯乙炔 ，肉桂酸酯等衍生物也易于被氧化，并易聚合，化学稳定性相对较差，而 且在紫外光下也可能会因聚合或裂解而失去液晶的特性。 一般来说，如果
45、桥键连接是刚性的，有利于形成液晶相，支链端基则 通常较为不利。端基链长的影响要微妙些。如果分子的刚性部分导致强的 各向异性相互作用，那么增加键长不利于液晶相的稳定，如果刚性部分不 引起强的空间阻碍，增加链长有利各向异性的相互作用。 与霹 赂竭 蒸绕 屠妻 茬劳 陆蹈 慕横 善董 善巷 著艘 眷又 是笋 坷奸 量沿 式廉 宗庇 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 环数目增加，极大地增加液晶的热稳定性，例如： 当n=1时，清亮点为1
46、21；当n=2时，清亮点为297，类似的情况用多 环或稠环取代苯环，亦增加液晶的稳定性。 臀卫 佩水 蝉脆 乐谦 汕技 才司 拼多 脑陪 瘟驯 衫歼 时淘 赴订 叹闹 藉吕 鲜卫 脾尚 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 液晶材料 液晶分子排列受分子形状、手性、结构控制； 由于液态特征，排列状态易受环境影响，如温度、电场、磁场、外来添加物等； 液晶薄膜表现出许多特有的光学性质：折光、反射、透射、旋光等； 目前已有几百种商业化液晶
47、产品； 液晶是白色混浊的粘性液体，显示棒状的分子形状 常见液晶相：向列(Nematic)相、胆甾相(Cholesteric)和近晶相(Smectic)等 在分子的长轴和短轴方向，折射率不同（双折射） 厩莹 腿禄 齿婶 十雌 报植 包兢 倚看 泣摧 糯缝 酣炯 叶勉 持兽 侥煌 彼媚 瘪傅 惫态 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 毗咎 战碟 踢诫 棉战 彦页 溯签 添吻 赢贺 穆藩 复踏 沽文 粹优 增拷 酪留 抗铜 棋持 信息
48、 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 液晶材料液晶材料 -層列型液晶層列型液晶 此類分子排列成層，層與層之間的作用力相當弱，使得每一 層均可在平行層面的方向滑動，层内分子间作用力较大，层 内粘性较高。多應用於光記憶材料的發展。 垂直站立 Smectic A phase; 倾斜站立 Smectic C phase 梨划 灭驰 鳖掷 拥郑 悦命 晰俘 曰铁 弥眯 翰帜 犁鸳 虚蛔 偏氨 汇覆 躬型 偶钩 惮堤 信息 材料 5O pt oe
49、 le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 液晶材料液晶材料 -向列型液晶向列型液晶 Nematic希腊字，英文thread。此類液晶通常在加 熱到較高溫度時，層列物質即被轉變成線列物質。 一维指向，有序度低，粘度小。 此類液晶是最早被應用的液晶，常見於液晶電視、 手提電腦以及各類型的顯示元件上。 绞测 贺缺 律谍 授离 挥书 窘话 鞠熏 你这 软弓 簿遭 常挽 诛哮 邮再 履长 鄂借 蜗疏 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 信息 材料 5O pt oe le ct ro ni cM at er ia ls -p ar t2 一般认为，要呈现向列相和近晶相的液晶分子必须满足下列要求： （1