光纤耦合、光纤传感系统.ppt

第二讲 光纤耦合、光纤传感系统 光纤与光纤的耦合 直接焊接（熔接），损耗小，不方便。 连接器与法兰盘连接，应用方便，要求机械加工精密，光纤端头需要研磨平整。连接器型号有：FC,ST,SC等。 光源与光纤耦合 半导体光源一般采用LD，它与LED结构相似，但发光体后有一谐振腔，使受激发的光子与入射光子不仅波长相同，而且相位、方向也相同，所以，LD发出同一波长的激光。 LD产生激光后，一般采用直接或透镜与光纤连接，以保证有更多的激光进入光纤。其中透镜又有多种形式，如端面球形透镜、柱状透镜、圆锥透镜、半球透镜等。 LD的发光功率随电流增大而增大，且只有电流大于阈值之后才发出激光，发光功率与温度有密切关系。 各种LD的阈值不同，使用时查手册。 光纤耦合器及特性 光纤耦合器(光纤光分/合路连接器），有3个以上的端口，从形式上分为： 一入两出:两输出端的光功率比例可以控制。如：1：9，2：8，5：5等。 多入多出。 光纤耦合器光强分配与波长无关时称为光分路器；与波长有关时称为波分复用器。 其制作工艺有：光纤熔锥型、磨抛型、腐蚀型等。 具体方法见P14—P20。 光开关 光开关是通信系统的重要元件，其主要任务是切换光路。 光开关分为机械类和非机械类。 机械类光开关由机械机构带动光纤或反光镜与所需光纤的光路连通。特点：速度慢，不抗震，体积大。 非机械类光开关由电光效应、声光效应、磁光效应等制作成光电开关。特点：速度高，寿命长，易于集成。 光纤激光器与放大器 光纤激光器、放大器是利用特殊材料制作的光纤，它具有变波长或光强传递非线性的特点，使输出光强提高。 制作材料有：晶体光纤、光纤的非线性光学效应和掺杂光纤，其中稀土掺杂光纤发展迅速。 泵浦光：原始光，在光纤内激发另一波长的光，经谐振腔加强后输出激光，这是光纤激光器的工作原理。 光纤放大器与光纤激光器的区别在于：光纤放大器除有泵浦光外，还要有激光输入。只有在有效激光激励的情况下，泵浦光才转换成有效激光。 在光纤放大器中，泵浦光可以接在正向，也可以接在反相，还可以接多个泵浦光源。 光电探测器 光电探测器按原理分为吸收光子使器件升温的热电器件和将入射光转换为电流或电压的光电器件两大类。光纤光电探测器多采用光电器件检测。 PIN光电二极管：光照射PN结激发载流子使电流加大。 雪崩二极管（APD）：光照射PN结激发载流子并产生雪崩效应，使电流加大。 光敏电阻：在光照条件下，电阻率发生变化，导致电阻发生变化。 7 光纤传感器的分类 光纤传感器分为： 功能型：利用物理因素改变光纤中光的性质（强度、相位、波长、偏振态）从而对物理因素进行测量和数据传输的传感器。 非功能型：将光纤只作为传输和接收光的通道，光的调制发生在光纤之外。 光纤传感器的特点 （1）抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全。 （2）灵敏度高。 （3）体积小、质量轻、外形可变。 （4）测量对象广泛。 （5）对被测介质影响小。 （6）易于形成网络，便于复用。 （7）成本低。 思考题 1 光纤可以导光，其导光原理主要是依据光的全内反射，那么光纤是空心的吗？光纤纤芯折射率与包层折射率的大小关系如何？ 2 在图1-2所示的光纤结构中，裸光纤是指其中的纤芯（1）部分的说法正确吗？你是如何理解的。 3 一般通信光纤都是由石英制成的。由于石英可以耐很高的温度，所以用普通的光纤制成的光纤传感器适合在高温下使用，或者可以测量很高的温度。这种说法正确吗？你认为设计测量高温（如500度）的传感器应该考虑些什么？ 4 光纤传感领域，经常使用dBm表示光功率。请问：5mW，10mW的激光用dBm表示的数值各时多少？ 5 半导体激光二极管LD的光电特性是受温度影响的，实际中需要稳定的光源，则在设计LD驱动电路时应采用什么方法以获得稳定的输出功率？