光电实验（五）光纤的基本特性.PDF

光電實驗（五） 光纖的基本特性 (一) 實驗目的： 將雷射光耦合進入光纖時，除了要將光纖端面處理平整避免散射外，還要配合光纖 的 NA(Numerical Aperture)值與模態分佈。學習如何有效率地將 He-Ne雷射光耦合入光 纖，並觀察單模光纖與多模光纖的橫模態分佈。 (二) 實驗原理： 光纖 在光纖通訊系統中所扮演的角色為傳輸介質，能將光訊號由光源處傳遞到遠方 的目的地，以達到通訊的功能。以 ray-optics 來講，為達到傳遞訊息的目的，可視同光 在纖衣裡以全反射的方式行進。其基本結構，如圖一所示，是由 SiO :GeO 形成折射率 2 2 (refractive index)較高的纖心 (Core) 、純SiO2或摻雜比例較低的混合物形成折射率 (refractive index)較低的纖衣 (Cladding) 以及最外層的塑膠保護層(jacket)所組成；有一物 理量 (fractional refractive index difference) ，常用以表示光纖折射率差值比例的定義： (ncore ncladding )  . n core 一般而言，單模光纖的纖衣直徑約為 4-8 µm 、纖衣直徑約為125-140 µm 左右，而多模 光纖直徑便已經大約為 50-100 µm 了，最外層的保護層直徑則約為500-1000 µm 左右。 圖一 光纖剖面 圖二 步階式光纖 光纖其實是圓柱型電介質波導管的一種，在此，為簡化起見，則以一電介質平板的 波導模型來說明光纖的導光作用，如圖二所示。 由 Snell’s 定律可知： n0 sinc ncore sint ncos e sin(90 crit ) n cos n 1sin 2 ( ) core crit core crit 又 n sin n sin 90 n core crit cl cl n sin n2 n2 N .A. 0 c core cl 式中N.A. 定義為光纖的數值孔徑(Numerical Aperture) ，稱為光纖的接受角 (fiber c acceptance angle) ，意即只有當入射角小於時，光才有可能藉由全反射效應而被侷限 c 在光纖的核心中傳播不致散射至核心之外而造成訊號衰減。另外， N .A. n2 n2 (n n )(n n ) n 2 if 1 。 core cl core cl core cl core 但除了滿足