1、第五章光功率的輻射與耦合，本章內(nèi)容，光源-光纖耦合光纖的連接與光纖連接器，5.1光源到光纖的功率輻射，耦合效率：耦合光纖的光功率(PF )與輻射總功率(Ps )之比：?jiǎn)栴}是如何提高耦合效率輻射強(qiáng)度定義：?jiǎn)挝惠椛涿嫒肷涞絾挝涣Ⅲw角內(nèi)的光功率輻射強(qiáng)度單位：平方厘米，單位球面度的瓦數(shù)W/(cm2sr )光源輻射區(qū)域輻射空間角分布：空間光功率的分布，光源的輸出方向圖：面LED，面輻射LED半功率光束的角度：2q=120度，面LED的偏角分布： 光源輸出方向圖：邊LED和LD，式中，t和l是垂直方向和水平方向的功率分布系數(shù)，一般邊發(fā)光LED的L=1，LD的L 100； t的值一般較大，兩者在pn結(jié)平面的

2、水平方向f=0和垂直方向f=p/2上具有分別不同的放射角分布：例如，半導(dǎo)體激光器的水平方向(f=0)的半功率束角度為2q=10度。 因此，由于相對(duì)邊LED的L=1，其水平半功率寬度為2q=120度。 功率耦合校正計(jì)算：相對(duì)于分布B(As，Ws )對(duì)稱的光源即面LED。 在此，As和Ws分別是光源的面積和放射立體角。 光源-光纖的耦合功率為面發(fā)光LED的輸出總功率、面發(fā)光LED的功率耦合階梯光纖、發(fā)光半徑r小于芯半徑a的情況：對(duì)于階梯光纖，由于NA與fs和r無關(guān)為常數(shù)，因此：作業(yè)，面LED具有半徑的芯半徑50 mm 對(duì)于1根NA=0.20的光纖，在芯半徑25 mm、NA=0.20、芯功率：例如r

3、s=10、P=0.207相對(duì)于同一光纖，發(fā)光面積越大則越是r a的情況下，面發(fā)光LED的功率耦合梯度光纖在端面對(duì)于垂直的光纖端面，通過光的反射與光纖耦合的功率降低一個(gè)因子的大?。?r是光纖芯端面的菲涅耳反射系數(shù)，n和n-1分別是外部介質(zhì)和芯的折射率。 考慮到端面反射的功率耦合，如果折射率為3.6的GaAs光源與折射率為1.48的石英光纖耦合，光纖端面與光源物理緊密接觸，則在邊界面產(chǎn)生菲涅耳反射。 這是17.4%的傳輸功率被反射到光源上，與該r值相應(yīng)的耦合功率由以下公式給出：由反射引起的功率損耗是：在芯半徑a的分階躍式光纖中傳輸?shù)膱D案數(shù)量耦合輸入功率與工作波長(zhǎng)無關(guān)，光源與多模光纖的多馀耦合損耗、

4、從LED射出的光耦合到多模光纖后與軸心所成的角度大的模式不斷損失，改善了5.2耦合器的透鏡結(jié)構(gòu)， 透鏡耦合器通常用于光源的發(fā)光面積比芯面積小的情況，擴(kuò)大光源的發(fā)光面積，根據(jù)芯區(qū)域改變光線的入射角，容易與芯耦合， 假設(shè)通過使微球折射率為2.0的球面與發(fā)光區(qū)域緊密接觸，能夠?qū)⒐庠吹陌l(fā)光區(qū)域面積擴(kuò)大m倍：在使用透鏡的情況下，LED能夠與一個(gè)張角2q的口徑耦合的光功率PL能夠通過以下公式進(jìn)行校正：非成像微球、NA、本章內(nèi)容、光源-光纖的耦合光纖由此光纖-光纖的耦合效率是多模光纖的連接，ME是發(fā)送光纖的模式數(shù)，Mcomm是在兩根光纖中共同的模式數(shù)。 因此，耦合損耗是多模光纖的兩個(gè)模分布對(duì)連接的要求，接收

5、光纖必須與發(fā)送光纖完全對(duì)準(zhǔn)以減少損耗，輕微的對(duì)準(zhǔn)誤差不會(huì)顯著影響連接損耗，機(jī)械對(duì)準(zhǔn)誤差、芯尺寸微細(xì)、完全由此引起的機(jī)械對(duì)準(zhǔn)誤差成為連接損失的主要原因。 由于機(jī)械損耗(1)橫向(軸向)誤差(2)縱向誤差(3)角度誤差、橫向誤差步進(jìn)光纖、步進(jìn)光纖的數(shù)值孔徑在端面是一定的，所以從一根光纖耦合到另一根光纖的光功率與兩根光纖的共同的區(qū)域面積成比例，即p(r ) 與光纖的出射端面的總功率p的關(guān)系如果將光纖的折射率截面假定為拋物線，則根據(jù)折射率的梯度分布，在A1中得到發(fā)送光纖的數(shù)值孔徑比接收光纖小、在A2中得到接收光纖的數(shù)值孔徑大的關(guān)系。 由于A1或A2功率是橫向誤差梯度光纖耦合功率，可以通過積分求出的2個(gè)

6、區(qū)域的耦合功率P1和P2是：橫向誤差梯度光纖，所以接收光纖耦合的總功率為：橫向?qū)?zhǔn)誤差d a的情況下，上式為：可近似于d/的橫向誤差引起的耦合損耗： 2根傾斜從第一條光纖耦合至第二條光纖的光功率的比例用例如分貝表示，對(duì)于分步光纖的由于縱向誤差而引起的損耗為縱向誤差、qc、s， 對(duì)于具有當(dāng)兩根光纖軸存在角度對(duì)準(zhǔn)誤差時(shí)損失的角度對(duì)準(zhǔn)誤差q的兩根階梯折射率光纖，在連接部位的光功率損失由各種誤差引起的損失最大，如果放射芯半徑aE和接收aR不相等，則如果折射率分布與NA不相等， 對(duì)于可以表示為芯半徑aa的高斯分布的光束，同一光纖間的橫向連接損耗為：角度對(duì)準(zhǔn)誤差引起的損耗依賴于波長(zhǎng)：?jiǎn)文９饫w的連接。 其中

7、，w是模式場(chǎng)半徑，G=s/kW2。 將縱向偏差設(shè)為s、將間隙折射率設(shè)為n3的連接損耗為： 1根單模光纖的標(biāo)準(zhǔn)化頻率V=2.40、芯折射率n1=1.47、n2=1.465、芯尺寸2a=9 mm，當(dāng)前橫向的偏差d為1mm(d/)以單模光纖的模場(chǎng)半徑W0 :得到橫向誤差損失：例如，在波長(zhǎng)1300 nm且角度對(duì)準(zhǔn)誤差為1時(shí)引起的損失：在本章中，光源-光纖的耦合光纖-光纖的耦合光纖的連接和光纖連接器、5.5光纖連接光纖熔接法連接器的設(shè)定要求：-(多次連接、拆卸后)保持低耦合損失- (使用技術(shù)要求低)安裝容易- (溫度粉塵濕氣)環(huán)境敏感性低-低成本和高可靠性- (不需要特別工具)連接容易，5.6光纖連接器

8、：非NTT公司開發(fā)：其外部加強(qiáng)方式緊固方式采用螺釘緊固，連接器的類型按接頭外形分類： SC，NTT公司開發(fā)：外殼采用矩形，緊固方式采用插拔銷閂鎖式，具有無需旋轉(zhuǎn)、安裝密度高的特點(diǎn)，連接器的類型按接頭外形分類： LC，Bell Lab光框中連接器截面、連接器的類型按引腳端面分類，單模光纖連接器損耗式，W1和W2分別是發(fā)送光纖和接收光纖的模場(chǎng)半徑，該式考慮了不同的模場(chǎng)直徑、橫向、縱向、角度偏差和端面反射等因素垂直光纖端面的折射率匹配連接方式、h、n2、n0、n1、折射率介質(zhì)匹配區(qū)域的返回?fù)p耗RLIM為：式中：是單層材料涂層的反射率，分別是從涂層到芯的反射率，折射率一致的連接器的返回?fù)p耗， 垂直端面直接接觸的連接器的返回?fù)p耗，2個(gè)垂直端面直接接觸時(shí)，返回?fù)p耗RLPC