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第七章光纖的連接與耦合國家工程N(yùn)ational
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System§7.1
引言光纖系統(tǒng)中光纖需要連接，光纖之間的連接不象金屬導(dǎo)線那么簡單。要精心設(shè)計(jì)。光纖需要與光源、探測器以及各種無源器件耦合。光纖間的連接（接續(xù)）：1、光纖間連接的判斷標(biāo)準(zhǔn)：連接損耗2、引起連接損耗因素及特征3、多模、單模光纖連接損耗的理論分析4、光纖間連接?
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20132013年2-4月2/33國家工程N(yùn)ational
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System光纖的連接方式透鏡擴(kuò)束連接固定連接頭光纖端面對接活動連接頭連接質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)：連接損耗定義連接損耗：
10
log10
TT：透過率?
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20132013年2-4月3/33國家工程N(yùn)ational
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System引起光纖連接損耗的因素：損耗因子：光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)的失配外部損耗因子：光纖調(diào)整參數(shù)的偏離、端面質(zhì)量端面反射損耗：光纖活動連接中?
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20132013年2-4月4/33國家工程N(yùn)ational
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System(a)橫向偏移
(b)縱向偏移
(c)角向偏移?
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20132013年2-4月5/33國家工程N(yùn)ational
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System各種光纖連接損耗的特點(diǎn)：1損耗因子引起的連接是非互易的；橫向失準(zhǔn)和角向失準(zhǔn)對損耗的影響比縱向損耗大的多，且難調(diào)準(zhǔn)；多模光纖間的a和Δ的偏差會引起較大的損耗，其量級可達(dá)0.05～0.2dB；4
單模光纖的 損耗因子歸結(jié)為唯一的參數(shù)：基模的模場半徑；單模光纖由于纖徑小，對于橫向偏移與角向偏移極為敏感。為保證接續(xù)損耗低于0.05dB，要求光纖對準(zhǔn)調(diào)整誤差在十分之幾微米之內(nèi)。?
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20132013年2-4月6/33國家工程N(yùn)ational
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System反射損耗dB)2)24ngnco210
(n
ng
co210
log4ngnco110
(n
ng
co1gap
10
logng：光纖端面間隙材料折射率nco1,nco2：光纖纖芯軸線處的材料折射率一般nco
1.47，因此對于空氣間隙（ng=1），有反射引起的總損耗可達(dá)0.32dB。如果兩端面之間充以純水（ng=1.33），則可使端面反射損耗下降到0.02dB。因此，在光纖端面之間充以折射率匹配可大大減小反射損耗。?
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20132013年2-4月7/33國家工程N(yùn)ational
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System§7.2
光纖與光纖之間的連接損耗一、多模光纖連接損耗的理論分析方法：特點(diǎn)：幾何光學(xué)；簡單、直觀，易于理解，結(jié)論符合實(shí)際；基本思想：設(shè)發(fā)射光纖的端面可視為由無數(shù)個(gè)小光源構(gòu)成的面光源。針對接收光纖：R
arcsin[
NA(r)]c0aNA(r)
n
2
[1
(
r)g]1
/
2R：接收孔徑角；
R的光纖不能被接收?
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20132013年2-4月8/33國家工程N(yùn)ational
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System點(diǎn)光源透過率：能被接受的功率與點(diǎn)光源總功率之比。1tr
(Q
1)(Q
1)RNAT
NART1
QW
W
Q
NA
NAg
g22R
TQ
NA
/NA
Wg：分布函數(shù)值下降到最大值的0.1時(shí)對應(yīng)的全寬度；光纖端面接收光功率的分布：0Pr
P
1
Krg
2K
aR
/
aT兩光纖的纖芯差異?
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20132013年2-4月9/33國家工程N(yùn)ational
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System總透過率T：能被接收光纖接收的光功率與總發(fā)射光功率之比。
TPT
PRgT2x
1/
K0
02
0
0
1
(
Kr)rdrd
t(r)1
(Kr)
g
R
2
rdrd2x
x其中：1TaT
aRaT
aRak
aRx
10
log10
T連接損耗：?
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20132013年2-4月10/33國家工程N(yùn)ational
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System二、單模光纖連接損耗的理論分析,0
a
1
,.E
,E
,:AE
E
dAC*12
0
2
1
0A.,C
C00,2
00LP01
,:
10lg
C?
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20132013年2-4月11/33國家工程N(yùn)ational
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System:,,,,,
:2r
2
E
exp
W0
W0
,z:ik
rE
g2
r2W2
z
2Rz121
2expit
kzzWz
0
2
0?
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20132013年2-4月12/33國家工程N(yùn)ational
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System0gK
2ng;02g
022
nW
/
R
g0z
k
W;
z
R
1
z
z
tg;201
22
1
zR
zWz
Wz;Rz
z
1
z
Rz2
;?
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20132013年2-4月13/33國家工程N(yùn)ational
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System;zR
:z
zR
,z>>
zR
,W(z)
z;:
zR
60m,:42
2
dBexp
10
logq
puqn
n
co
gco
g16n
n
,2g
Tp
kW
2q
G2
12
42u
1F2
2
FGsin
t
cos
G
1
/
4
sin
2t?
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20132013年2-4月14/33國家工程N(yùn)ational
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System2TR0202g
Tg
TF
r
kW
;
G
z
kW
;:;r0:
W
W
.,:0TRW
W
W
dBW
r
2r
4.34
0
dB
縱向偏移12200gk
W
gap1
z
z
10
log橫向偏移?
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20132013年2-4月15/33國家工程N(yùn)ational
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Systemgttgap2
sin
4.34kW242,
10
lg1
g1
ggap
n
n
16n
2n.e
,,t
1
ge
1
n n
;0.5o
~
1o,
t
0.47e
;0.05
~
0.2dB.gapTRT
RW
2222
2W
W
10
lg4W
W?
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20132013年2-4月16/33國家工程N(yùn)ational
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System§7.3
光纖與光纖之間的固定接頭光纖固定接頭的基本要求：制作時(shí)間短、成本低、穩(wěn)定
損耗小應(yīng)用場合不同，要求不同：長途干線通信系統(tǒng)：損耗低、性能穩(wěn)定，對時(shí)間與成本要求則不高；光纖局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)：距離短、接頭多、要求時(shí)間快、損耗滿足一般要求。光纖固定接頭的制作：光纖端面光纖對準(zhǔn)調(diào)節(jié)光纖接頭焊接固定?
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20132013年2-4月17/33國家工程N(yùn)ational
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System?
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20132013年2-4月18/33國家工程N(yùn)ational
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System一、光纖端面
：光纖端面要求：平整光纖的鏡面，且與光纖的纖軸相垂直。光纖端面
方法：加熱法、刻痕拉斷法、研磨拋光法?
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20132013年2-4月19/33國家工程N(yùn)ational
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System研磨拋光法：剝除光纖保護(hù)層陶瓷套管加固模具加工研磨拋光光學(xué)冷加工技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：端面傾角小于1‘，一次可加工多根光纖。?
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20132013年2-4月20/33國家工程N(yùn)ational
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System二、光纖對準(zhǔn)調(diào)節(jié)：無源對準(zhǔn)：依靠光纖或輔助器件的幾何尺寸一致性來進(jìn)行對準(zhǔn)。?
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20132013年2-4月21/33國家工程N(yùn)ational
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System有源對準(zhǔn)：通過檢測光功率的大小來實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)。有源對準(zhǔn)的方法：透射率法：檢測輸出功率，達(dá)到光纖間的最佳耦合；局部損耗法：光纖的接續(xù)損耗達(dá)到最小。透射法：遠(yuǎn)端透射監(jiān)測、本地透射監(jiān)測?
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20132013年2-4月22/33國家工程N(yùn)ational
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System接頭金屬線纜或光纜nn+1中心室遠(yuǎn)端透射光功率監(jiān)測法：對準(zhǔn)時(shí)測到的光功率達(dá)到最大。?
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20132013年2-4月23/33國家工程N(yùn)ational
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System單模光纖探測器參考信號LOCK-IN放大器GE-APDLD焊接調(diào)制器（f=270Hz）（λ=1.55um）90o本地透射光功率監(jiān)測法：對準(zhǔn)時(shí)測到的導(dǎo)模光功率達(dá)到最大。?
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20132013年2-4月24/33國家工程N(yùn)ational
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System局部損耗功率監(jiān)測法：對準(zhǔn)時(shí)測到的泄漏或輻射模光功率達(dá)到最小。?
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20132013年2-4月25/33國家工程N(yùn)ational
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System三、光纖的固定：膠粘法機(jī)械夾持方法熔焊技術(shù)金屬夾具精度玻璃管光纖光纖金屬夾具精度玻璃棒精度玻璃管光纖金屬夾具玻璃棒?
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20132013年2-4月26/33國家工程N(yùn)ational
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System光纖間的熔焊：?
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20132013年2-4月27/33國家工程N(yùn)ational
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System?
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20132013年2-4月28/33國家工程N(yùn)ational
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System§7.4
光纖活動連接器?
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20132013年2-4月29/33國家工程N(yùn)ational
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按結(jié)構(gòu)的不同可分為FC、SC
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