2016-05-04 152409 课件2 光电材料器件7.ppt

第三章 （光纤材料与光纤器件） 主要内容 光纤的材料 玻璃光纤 塑料光纤 晶体光纤 光纤器件 光纤特性和参数 光纤光学特性参数（optical characteristic parame-ters of optical fiber）,反映光纤波导光学特性的参数。主要有相对折射率差、折射率分布系数、数值孔径和损耗特性等。 光纤特性和参数相对折射率差 定义：折射率 光在两种(各向同性)媒质中速度的比值叫做折射率。 说明 ① n=v1/v2表明光由第一媒质进入第二媒质后它们速度的比。这叫做第二媒质相对于第一媒质的折射率，又叫相对折射率。 ② 媒质相对真空的折射率叫做绝对折射率。由于光在真空中传播速度为最大，所以媒质的绝对折射率总是大于1。 ③ 同一媒质中不同波长(或频率)的光，具有不同的折射率。一般而言，折射率数值都是指对钠黄光(5893埃)的折射率。 ④ 光从某媒质进入另一媒质时，由于传播速度变化会引起波长变化，但它的频率是不变的。 光纤特性和参数相对折射率差 定义：相对折射率 表示纤芯的最大折射率n1与包层的折射率n2的差异程度的参数。用式： 说明 ① 上式反映了光纤中把光封闭在纤芯里传输的难易程度； ② △越大，越容易把光封闭在纤芯里，有利于减小光纤的弯曲损耗，但是大的△会使光纤的带宽降低或色散增大； ③ 通常以百分比表示，其中多模光纤的△约为1%，单模光纤约为0.3%。△很小的光纤称为弱导光纤。 光纤特性和参数折射率分布系数 当光纤纤芯的折射率为指数（幂）律分布时，其数学表达式为 式中a为纤芯半径；r是从纤芯轴心沿半径方向的一个变量； α称为折射率分布系数，简称分布指数，或分布参数。 说明 ① α=1时，纤芯的折射率分布为三角形；α=2表示抛物型折射率分布，α为无穷大时就成为突变型分布。 ② α的变化影响光纤的传输特性。理论和实验均证明α约为2时，多模光纤的模间色散最小，带宽最高。 光纤特性和参数数值孔径 定义：数值孔径 衡量光纤集光能力、体现了光纤与光源之间的耦合效率的参数。是一个无量纲的数，用以衡量该系统能够收集的光的角度范围 说明 在多模光纤中，只有沿着特定锥角（也就是所谓受光锥角）进入光纤的光线才能沿着光纤传播。该锥角的半角即被称为受光角 θmax。 光纤特性和参数数值孔径 定义：数值孔径 衡量光纤集光能力、体现了光纤与光源之间的耦合效率的参数。是一个无量纲的数，用以衡量该系统能够收集的光的角度范围 说明 在多模光纤中，只有沿着特定锥角（也就是所谓受光锥角）进入光纤的光线才能沿着光纤传播。该锥角的半角即被称为受光角 θmax。 光纤特性和参数数值孔径 说明 对于突变型多模光纤，受光角的大小仅取决于光纤核心与外部包覆层的折射率： 其中，n1 是光纤核心的折射率，n2 则是包覆层的折射率。 尽管更高角度的光也能进入核心层，但这些光是无法在两层之间的界面上发生全反射的，因而也无法通过光纤传播。 光纤特性和参数数值孔径 说明 对于突变型多模光纤，受光角的大小仅取决于光纤核心与外部包覆层的折射率： 其中，n1 是光纤核心的折射率，n2 则是包覆层的折射率。 尽管更高角度的光也能进入核心层，但这些光是无法在两层之间的界面上发生全反射的，因而也无法通过光纤传播。 光纤特性和参数数值孔径 说明该公式可证明如下: 由斯涅尔定律可知： 几何上： 其中 是全内反射的临界角。 用cosθc 代替 sin θr，则斯涅尔定律写作： 等号两侧分别平方： 就得到前面所述的结果： 由于等式左侧的形式与数值孔径的定义形式相近，因此一般也用此式来定义各种类型光纤的数值孔径： 光纤特性和参数损耗特性 定义： 光在光纤中传输时，光功率随传输距离呈指数衰减。一般用分贝（dB）表示光纤的损耗特性。通常采用 式中：z为光纤的长度；P0为z=0时的光功率；Pz表示长度为z时的光功率值。 光纤特性和参数损耗特性 说明： 光纤通信中常用单位的定义： dB = 10 log10 ( Pout / Pin ) Pout :输出功率 ; Pin :输入功率 。 dBm = 10 log10 ( P / 1mw) 是通信工程中广泛使用的单位； 通常表示以1毫瓦为参考的光功率； 而mw值=反log（dB值/10）。反log 就是，点计算器上的Inv键后再点log。得出的值就是mw。 example: –10dBm表示光功率等于100uw。 光纤特性和参数损耗特性 分类 光纤损耗主要有弯曲损耗和纤芯和包层损耗！ 弯曲损耗有两种形式 （1） 曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲，我们习惯称之为弯曲或宏弯。 光纤特性和参数损耗特性 分类 （2）光纤轴线产生微米级的弯曲，这种弯曲习惯称之为微