1、数值孔径
阶跃光纤:定义最大入射角的正弦为数值孔径
NA表示光纤接收和传输光的能力。
1)NA越大,纤芯对光能量的束缚越强,光纤抗弯曲性能越好。 2)NA越大 经光纤传输后产生的信号畸变越大
渐变光纤:由于光纤折射率分布是径向坐标r的函数,纤芯各点数值孔径不同,所以要定义局部数值孔径NA(r)和最大数值孔径NAmax
五、光纤的损耗与色散(带宽)
1、损耗种类:与元件的耦合损耗,吸收损耗。散射损耗,弯曲引起的辐射损耗,连接损耗。αf的单位为“奈贝每千米”.
2、损耗计算:
损耗主要机理:材料吸收、瑞利散射和辐射损耗
4、色散种类:(1)、材料色散:n=n(λ) ,n是波长λ的非线性函数。(2)、波导色散:同一模式的相位常数β随波长λ而变,从而引起色散。(3)、模式色散:多模光纤中,即使在同一波长,不同模式的传播速度也不同,它引起的色散叫模式色散。(4)、偏振色散:单模光纤中实际存在偏振方向相互正交的两个基模。当光纤中存在双折射时,这两个模式的传输速度不同,引起偏振色散。从实际含义上,这也应该属于模式色散的范畴。 MMF模式中:以模式色散为主,SMF:以材料色散为主 如何减小色散:见书本第92页最后一段
六、光无源器件(用途、工作原理、性能参数)
自聚焦透镜:工作原理:性能参数:书本129页表格 用途:130到131书本
光纤定向耦合器:工作原理:133页最后一段性能参数:139页用途:132页 光隔离器与光环行器,工作原理:性能参数:用途:140页至143页, 光纤光栅:工作原理:
性能参数:书本148到152页,传输矩阵,耦合系数(直流和交流),相位延迟,导模的能量有关的公式。
用途:光纤光栅具有带宽范围大、附加损耗小、器件微型化、耦合性好、易与其他光纤器件融成一体等特性, 这使得光纤光栅以及基于光纤光栅 的器件被广泛地应用于科研、生产和生活。特别在光谱学、光通讯、光信息处理等许多领域都有着十分重要的应用。在光通信中的应用是光通信网络中的理想器件, 而且完全满足光通信器件集成化、光纤化、全光化的发展要求。 在传感领域的应用:光纤光栅不仅在通信领域, 在传感领域也发挥着无可替代的作用, 从最基本的温度、压力、应变到电压、电流、磁场、微振动等各种物理量的测量, 光纤连接器(各类耦合) 工作原理:181到182页 性能参数:损耗 用途:
七、 光纤参数测试技术
光纤的特性参数很多,基本上可分为几何特性、光学特性和传输特性三类。 1.几何特性:纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度;
2.光学特性:折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长; 3.传输特性:损耗、带宽和色散。 每个特性参数有多种不同的测量方法
基准法:严格按照定义进行测量的方法。
替代法:在某种意义上与定义相一致的测量方法。
当两者有争议时,应以基准法为准。用特定波长的光通过光纤,然后测出输出端相对于输入端的光功率或幅度、相位等物理量的变化,再经过相应的数据处理而实现的。
3、单模光纤的模式特性
单模条件和截止波长,对于阶跃光纤,当V<2.405时,只有HE11(LP01)一个模式存在,其余模式全部截止。HE11称为基模,由两个正交偏振态简并而成。 由此得到单模传输条件为
可以看到,对于给定的光纤(n1、n2
和a确定),存在一个临界波长λc,当λ<λc时,是多模传输,当λ>λc时,是单模传输,这个临界波长λc称为截止波长。
单模条件:
归一化截止频率:
截止纤芯半径:
截止波长:
截止频率:
光纤中传播的模式可分为三类:
• 传导模:满足全反射条件的那些模式。其光场分布特点是:在纤芯内为驻波场或行波场,波场功率被在纤芯内传播。
• 辐射模:不满足全反射条件的模式,其电磁场不限于光纤芯区而可径向辐射至无穷远。辐射模在纤芯和包层之中均为行波场,光纤失去了对光波场功率的作用。
• 漏泄模:以临界角入射的光线,在纤芯内传播时,光波场功率透过一定厚度的“隧道”泄漏到包层之中,在包层中沿传播方向为衰减的行波场 • 偏振:光纤中模场的横向分量为偏振波,其中TE模与TM模是偏振方向正交的线偏振波,HE模与EH模是椭圆偏振波;场强:EH模电场占优势,HE模磁场占优势;位相: EH模的HZ分量超前于EZ90度, HE模的HZ分量落后于EZ90度;光纤中的模式取决于L值以及EZ和HZ的相位与幅值关系;本征模:对应于一个βmn就有一个本征模,本征模是相互的,它们的传播互不干扰;耦合模:本征模之间发生模式耦合,产生能量交换,相互影响以至于不再保持,这样的模称为耦合模。