第一章辐射度和光度学基础介绍.ppt

1）模内色散：多色色散 是由光频率的不同，引起光纤折射率、传播常数不同 而产生色散的效应 材料色散和波导色散 材料色散是任何一种光纤都具有的性质，色散可正可负 波导色散是因为光纤传输模的群速度随光频率变化而 产生的，波导色散都是正值，且数值较小。 2）模间色散 是多模光纤中存在的一种弥散现象，是由光纤中不同的 传输模的传播速度不同造成 的。 光纤耦合和连接 光纤是光传播的通道，在实际应用中必须要与光源、 光探测器耦合，以及光纤之间的连接。 一）光源与光纤的耦合 光源----发光器件、激光器 发光二极管（LED）和激光二极管（LD） 1）LED与光纤的耦合 直接耦合----最简单的耦合方式 方法：将一根平端面的光纤放在光源发光面的前面，让光直接照射光纤，若入射光是平面波，则在垂直端面照射（ =0）且光纤的归一化频率较大时，在光纤中激发的主要是基模HE11。 其实LED发出的不是平面波，因为入射光不可能都是垂直照射，其中 0的入射光将激发出高阶模， 越大，激发出的高阶模的数目越多。 由于入射光的上限被光纤的NA限定。所以此耦合方式的效率不会太高。 透镜耦合---提高耦合效率的一种方法 透镜的作用： 使发光面积在光纤面的成像面积与光纤的纤芯面积匹配 使成像在光纤受光角以内的面辐射强度不断减少 耦合方式： A、端头透镜耦合法： B、分立透镜耦合法： 光纤的端头加工成球形----（效率提高3-5倍） 在LED和光纤之间放置削顶的圆球形透镜，用胶固定透镜的位置，并使LED的发光面不接触空气。可提高10-20倍。 C、将LED的发光面削成半圆球形 D、透镜与LED成一个整体，无交接面---几百倍 2）LD与光纤的耦合 激光源发出的辐射图形，一般具有很好的方向性 但对LD来说，在垂直的方向的发散角仍较大，以至于在直接耦合时，大部分射到光纤上的光线在光纤内形成全反射传输。 耦合效率不仅仅与光纤的NA有关，还与激光束的 进场宽度有关。 激光器的工作波长0.85um，NA=0.4，发光宽度0.25um 耦合方式 A、自聚焦光纤透镜耦合：60% B、将光纤端面加工成球面：20% C、光纤透镜耦合：30% 二）光纤连接 光纤连接与通常的电线连接有不同，电线连接只需要将接触电导体彼此接触即可，而光纤连接必须将纤芯对准，光学接触，实现比较困难 两根相同的光纤连接时，会产生连接损耗 对准损耗 反射损耗 为实现低损耗光纤连接，在连接过程中需用光纤连接器 连接程序： 1、削去光纤保护层 2、制备满足光学接触要求的光纤端面 3、将两根待接光纤可靠的定位在适当的装置中 4、用n匹配的粘合剂或用热熔法把对准光纤连接在一起 5、用机械方法把有涂层的光纤紧紧固定在定位装置上 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * * * * 若用吸收系数来表示辐射的吸收 以上用麦克斯韦电磁理论讨论了辐射在介质中传播的一般特性，对于无耗介质，n”＝0。辐射以速度v＝c/n在介质中以波的形式传播。对于有耗介质，n变为复数。 辐射在介质中的色散和选择性吸收 介质的折射率（或传播速度） 随辐射波长而变化的现象称为色散；即n＝f(?)。在?1和 ?2的波长区间介质的平均色散率为 令波长间隔趋于无限小，就得到在某一波长附近介质的色散率的值，即 n与?之间的关系曲线称为色散曲线，通常可以通过测量获得。n随?增加而单调下降的色散称为正常色散。在整个可见光和近红外光谱区，大部分透明物质都显示出正常的色散。 柯西给出了描述正常色散的经验公式 A、B、C是与介质有关的常数 当 的变化范围不大时，可只取前两项。这时，介质的色散率由下式确定： 实验表明，在有强烈吸收的波段，色散曲线的形状与正常色散曲线大不相同。 一种介质的全色散曲线（?从几纳米～几百米） 在相邻两个吸收带之间，n值单调下降；每经过一个吸收带，n值急剧增大；总的趋势是n随波长的增加而增加。 辐射在光学介质中有色散和选择性吸收过程，实质上是辐射与介质中的原子或分子的相互作用过程。在外界辐射场的作用下，原子或分子内的带电粒子作强迫振动，其频率与辐射频率相同。粒子受迫振动的方程是 解为 如果单位体积中有N个带电粒子，则单位体积中的电极化强度P为 静电场理论指出，电位移矢量D为 由前两式可得材料的极化率χe为 因而有 将上式展开并令两边的实部和虚部分别