第五章材料的光学性能2014.ppt

对于入射的光脉冲（在数字信号中表示1），它可以分解成各个模式所携带一组脉冲，如图，由于它们各自在光纤中传输的时间不同，到光纤的输出端，各个模式的光脉冲组合起来，就形成了一个脉宽增加的光脉冲。 　脉冲因多个模式而起的展宽---模式色散 光源 0 纤芯 包层 1 2 3 0 1 2 3 T T＋Δt 我们将因多个不同模式的存在而引起脉冲展宽称为模式色散或模间色散。脉冲展宽的计算如下：设光纤的长度为L，最低模式（也称为零级模式）沿中心轴线到达光纤输出端所需时间为 式中，为光在折射率为n1的纤芯中传输的速度，c为真空中的光速传输，最高模式（以临界角传播的光线）所需时间 式中，αC为临界传播角， 显然，如果光纤中传输的光只有零级模式，就可以消除模间色散；如果减小纤芯直径的尺寸，就可以减少模式数量；另外，减小相对折射率，也可以有效地控制模间色散，这些就是单模光纤设计的基本思路。典型的单模光纤的纤芯直径和相对折射率分别是8.3μm和0.37%，而渐变折射率光纤分别是50μm和2%。 习惯上记 脉冲展宽时间 2. 波导色散 引起波导色散的原因是：进入单模光纤中的光信号功率大约只有80%在纤芯中传播，另外20%在包层传输，由于纤芯和包层有着不同的折射率，所以这两部分的传输速度不同，在包层中传播的光功率速度要更大一些，因而在光纤输出端，脉冲会展宽。 波导色散引起的单位长度脉冲展宽可由下式计算： 式中 是波导色散系数，单位为 ，它与光纤的设计参数有关， 为光源的线宽，即光源辐射光的波长范围，L为光纤长度。 3. 材料色散 材料色散是由于纤芯材料的折射率随波长变化，使得各个模式的群速率（光脉冲包络线速度）都会随着波长的变化而造成的。在单模光纤内，即使光经过完全相同的路径，，也会发生脉冲的展宽，因为光源发出的光不是单一波长的，而是存在一定的波长范围。 四、孔径数 光源与光纤端面之间存在着空气缝隙，入射到光纤端面上的光，一部分是不能进入光纤的，而能进入光纤端面内的光也不一定能在光纤中传输，只有符合特定条件的光才能在光纤中发生全内反射而传播到远方。只有从空气缝隙到光纤端面光的入射角小于θo，入射到光纤里的光线才能传播。实际上θo是个空间角，也就是说如果光从一个限制在2θo的锥形区域中入射到光纤端面上，则光可被光纤捕捉。 θc 包层n2 纤芯n1 包层n2 θ0 αc 光 源 空气n0＝1 光纤端面 式中αC与临界入射角θC之间的关系为 对空气，有n0≈1，故有 显然，θ0越大，即纤芯与包层的折射率之差越大，光纤捕捉光线的能力越强，而参数sinθ0直接反映了这种能力，我们称为光纤的孔径数NA(Numerical Aperture)。 设空气的折射率为no，运用斯涅尔定律有 五、光纤的型号 光纤的规格代号由光纤数目、光纤类别、光纤主要尺寸参数、传输特性（使用波长、损耗系数、模式带宽）及适用温度等5个部分组成，各组成部分均用代号或数字表示。 1. 光纤数目 光纤数目在光缆中用阿拉伯数字表示。 2. 光纤类别的代号及其意义 J－二氧化硅多模渐变型光纤 Z—二氧化硅多模准突变型光纤 X－二氧化硅纤芯塑料包层光纤 T－二氧化硅系多模突变光纤 D－二氧化硅系单模光纤 S－塑料光纤 3. 光纤主要尺寸参数 用阿拉伯数字以微米为单位表示多模光纤的芯径/包层直径或单模光纤的模场直径/包层直径。 4. 传输性能 这部分用三组数字分布表示使用波长、损耗系数及带宽距离积，第一组数字规定如下： 1－使用波长在0.85μm区域 2－使用波长在1.31μm区域 3－使用波长在1.55μm区域第二组数字表示损耗系统的个数和小数点后一位的值，单位为dB/km，第三组数字是带宽距离积的千位数和百位数，单位为MHz·km，单模光纤无此项。  5. 适用温度代号及意义 A－适用于－40～＋40℃ B－适用于－30～＋50 ℃  C－适用于－20～＋60 ℃  D－适用于－5～＋60 ℃  * 光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴，并在空间分开而产生电位差的现象。即将光能转化成电能。 光伏探测器 放在磁场内的均匀半导体材料受到光照射时，若磁场垂直于xoy平面，洛伦兹力把扩散电子和空穴偏转到相反方向，导致电