材料与人类文明.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流材料与人类文明.精品文档.材料与人类文明 专业班级：光信息01学 号：10095019姓 名：杨许仙 日 期：2012/5/24光信息工程中的材料问题的研究 杨许仙1) 1)（西安交通大学理学院，西安 710049）摘要：本文罗列了光信息工程中的材料问题，重点在光通讯、光存储中的材料。讨论和分析了各种光纤通讯材料，为超长距离光通讯建议用氟化物玻璃纤维，为光学数据存储推荐了光盘存储技术。较详细地讨论了烧蚀、相变、态变几类光存储介质材料。关键词：光信息工程，材料1 引 言 随着人类文明的发展和进步，信息技术已经显得日趋重要。而人类的生活更是离不开

2、光信息工程。光学的应用从很早就已经开始，古代的烽火台就是很好的实例。但是由于光学材料的限制，使得光信息工程在人类生活中没有发挥到应有的作用。但是随着材料科学的发展，光信息工程如光通讯、光存储等行业兴起。比如七十年代得到的低损耗光学玻璃纤维很快的形成了光纤通讯产业，八十年代初 由于光盘存储介质材料解决后,使目前光存储与磁存储趋向竞争。2 光通讯中的材料问题自1970年美国康宁玻璃公司研制出低损耗的20dB/km光纤后，光纤通讯有了很大发展。1977年光纤通讯系统正式投入使用，而八十年代开始铺设上千公里的长距离通讯干线。这种快速的发展很大程度上依赖光纤玻璃的不断提高和进步，以及造价的迅速下降。当前

3、大量使用的是熔石英光纤。而熔石英光纤降低损耗是从降低玻璃过度元素的有害杂志开始，通过提高沉积速率和效率，增加光纤连续制造的长度，使用较廉价的原料等，发展高速涂覆技术和拉制技术，极高光纤强度和尺寸精度，以期降低成本，稳定使用可靠性和改善系统传输性能。但这些还远远赶不上光通讯的发展对材料的要求，所以红外光纤的研究就显得非常重要。从七十年代末开始的红外光线的实验研究，取得的进展是明显的。近年来各种光纤的损耗呈下降趋势。红外光学纤维已经经历了一段时间的实验室研究，今后发展的的方向已经趋向明朗。作为下一代光通讯纤维，氟化物玻璃光线已经崭露头角，虽然还有不少问题待解决，如氟化物对潮气不够稳定，纤维的强度在

4、潮湿空气中随保存时间而下降（见图1）。光纤的损耗也有待于进一步下降，自聚焦型制造工艺要开发等等。随着科学研究的的深入，内氟化物玻璃纤维的损耗必将进一步降低，从而有代替熔石英光纤而应用于光通讯上。 图1 氟化物玻璃光纤的强度随时间的变化3 光存储中的材料问题对光存储材料的主要要求为：高灵敏度，高空间分辨率，存取速度快，使用寿命长，价格低廉和可反复使用等。长期以来光存储信息的主要手段是缩微胶片，以后发展了光全息存储，但是在灵敏度和存取速度上与要求还相差很远。特别是同计算机及其他信息运行设备的连接还是靠磁存储和半导体存储原件。70年代出现的光盘存储技术开辟了光存储发展的道路。光盘存储是通过调制激光束

5、以光点的形式把信息编码记录在光学圆盘镀膜介质中，需要再现信息时，用激光来读出信号，显示在电视屏或编码信号直接输入计算机。光盘存储技术优点为：1，存储容量大，可达10的9到10次方每盘，比磁盘容量高出1到两个数量级；2，系统可靠，与记录介质无接触；3，查找数据快，在几秒到一秒内可查到任何指定数据；4，读出速率高，1到10兆位/秒；5，使用寿命长，可达十年以上。光盘存储技术中，存储材料是最关键的，至今还没有找到最完全适合的材料。激光与物质相互作用而产生的想变、态变和性质变化都可以用来存储信息。光盘材料分以下几类：1、烧蚀型光盘材料：这事最早发展起来的，目前一商品化。在聚光点材料吸收光能而产生热烧蚀

6、，形成小穴火气泡，只要利用小穴与周围的反射条件不一而达到检出信号的要求，只是一种只读式光存储材料。2、态变型光盘材料：这种材料主要是不成化学计量比的氧化物，这种氧化物有两种特性:在紫外辐射下或热作用下，薄膜光谱透过变化，这事由于本征吸收极限引起，所以材料的折射率也变化。这类光盘材料有以下优点：1）转变温度低；2）光作用下响应快；3）金属单质在氧化物中受保护，化学稳定性高。适当调整材料成分和处理条件，利用这种可逆反应，可以用作可擦除光盘材料。3、相变型光盘材料：重要利用在热作用下晶态与非晶态的转变制成的光盘材料。这类材料要求相变温度低，而且多次相变的过程稳定，晶态和非晶态的反射率相差大，材料的化

7、学稳定性高等。 为了稳定佳和多次擦洗的稳定性 要求光盘材料具有热力学、磁学和光学以及化学上的稳定性。因此还有很多材料和工艺制作上的工作。除上述几类材料外,目前还在探索光色型,电色型和光伏特型等材料,新的光盘存储介质的设想还在不断出现。4 结 论 综上所述，氟化物玻璃纤维将在今后的光钎通讯中占据越来越重要的位置，而光盘存储技术也将在数据存储中占据一席之地。随着各种光盘存储材料的迅猛发展，光盘存储技术也将越来越完善。参考文献 1 Chu S, Hollberg L, Bjorkholm J E, Cable A, Ashkin A 1985 Phys. Rev. Lett. 55 482 Geng

8、 T, Yan S B, Wang Y H, Yang H J, Zhang T C, Wang J M 2005 Acta Phys. Sin. 54 5104 (in Chinese) 耿涛，闫树斌，王彦华，杨海菁，张天才，王军民 2005 物理学报 54 51043 Wang Y H 2007 Ph. D. Dissertation (Taiyuan: Shanxi University) (in Chinese) 王彦华 2007 博士学位论文（太原：山西大学）4 日本公开特许日报，昭和57-1498355 Tabbal A M, Mrel P, Chaker M 1999 Proceedings of the 14th International Symposium on Plasma Chemistry Prague, Czech Republic, August 2-6，1999 6Von Gutfeld . R . J . et at.: J. Appt. Phys., 43 , 1972 :