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《变折射率光纤折射率分布的测量》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、变折射率光纤折射率分布的测量葛捷殷宗敏(上海交通大学区域光纤通信网与新型光纤通信系统国家重点实验室,上海200030)摘要:本文阐述了变折射率光纤折射率的几种测量方法以及最新研究进展,并讨论了各种方法的优劣。介绍了目前最前沿的几种折射率测量仪器及其性能。1引言2渐变折射率测量方法随着信息时代的发展,人们对数据传输的需求越来越大,同时对于系统的带宽要求也越来越高。在局域网(LAN)领域亦如此。纵观以太网在20世纪90年代的发展,从低速以太网(10Mbit/s)、高速以太网(100Mbit/s)到1998年通过的Gbit/s以太网标
2、准IEEE802.3z以及2002年通过的10Gbit/s万兆以太网标准IEEE802.3ae,其发展速度十分惊人。标准的提高和技术的发展是一种互动的过程,它要求系统指标同步提升。作为系统传输的重要媒介,同样要求光纤的性能不断提高。在过去的几十年里,为了满足这种不断增长和变化的性能要求,各种材料制成的光纤元件不断涌现。加强型传输器、光纤为传输模块的有线电视系统、远程通信系统以及一些无源设备,如相位阵列、Mach2Zehnder干涉开关等设备均开始使用这些新型的光纤元件。对于这些光纤元件而言,折射率是一项重要的参数。特别是变折射率
3、型光纤,精确测量其折射率的分布对于设备商和应用商都是重中之重。错误的或不够精确的折射率数据会导致严重的后果。本文首先对目前已经成熟和刚刚提出的各种折射率测试方法进行了较为全面的介绍,并作以2.1干涉法干涉法是在光纤折射率测试诸多方法中最为灵敏的一种方法。在测量中使用干涉显微镜或Mach2Zehnder干涉仪,即可得到来自被测光纤试样的干涉条纹。根据条纹中均匀的间距和条纹的位移量,便能得到光纤折射率分布的信息。其基本原理是两束相干光(来自同一光源)中的一束由于在传播路径上放置了被测样品,在光程上和另一束产生了差异,并在最终的观测中
4、以条纹变化的形式表现出来。各种方法的主要区别在于如何产生光程差以及如何合理设置光路。图1横向干涉法横向干涉法(TIM)普遍用于测量塑料光纤(POF)以及玻璃光纤的折射率分布。以前这种方法只应用于最大外径125μm的单模和多模玻璃镜来实施。如图1所示,一束从钨灯发射的光被分成两部分:一束光通过光纤样品;另一束光作为参照光传输到光纤轴线。然后两束光再结合,并相互干涉。没有光纤样品时,如果两束光经过的路径相等,则得到的干涉结果如图2(a)所示。的现象。重合后的光束通过汇聚透镜5之后,再使其通过用于观察的测量显微镜6就可以观察到呈同心圆
5、环状的干涉条纹。干涉法原理简单,若结果精度要求较高,对设备的要求也非常高。例如干涉显微镜的使用要求测试环境很严格,而且仪器笨重、不适于移动,特别是必须对待测样品进行破坏性测量。这些特点决定其不会成为移动式测量平台,多应用于实验室测量,或小型移动式实验室。但如果不要求实验室使用,如光纤应用商在安装和使用时进行移动测试,它仍然是一种可行的方案。2.2近场折射法近场通过测量从光纤泄漏出来的折射模强度来实现。其测量示意图示于图4。650nm的连续激光波经过一个10X显微凸透镜和一个小孔来滤光,然后由偏振器和1/4波片的配合,将其转变为圆
6、形偏振光。可以将空气和玻璃表面光反射的角度依赖关系减小到最小程度。一个2倍、数值孔径为0.501(比光纤大很多)的显微凸透镜将光聚焦成一个非常小的光斑入射到光纤端面上,在光纤中激励起传导模、泄漏模和折射模。传导模和部分泄漏模沿光纤传输,而其余部分则从光纤辐射出去,呈现一个似空心圆锥的输出光锥。光锥的内层含有泄漏模,而外层只有折射模。通过一个菲涅耳透镜,用硅光电二极管收集折射光,用一个遮光盘来吸收光锥内层含有泄漏模的光。光纤被浸入盛有匹配液的盒子内,盒子放置在三维的压电台上。样品盒的前窗口有一个200nm的显微镜覆片,后窗是带有小
7、孔图2干涉观察结果插入光纤样品时,相互干涉的结果如图2(b)所示,通过干涉条纹可得到光纤折射率分布。图3两次干涉法两次反射干涉法如图3所示。由作为光源的激光器1发出的光经过光学平晶2的2个表面的反射分成两束,这两束光又经过光学平晶3的2个表面反射之后又被分成四束光。如果平晶的位置与光束的入射角度的位置适当,从平晶2的表面反射又经过平晶3的底面反射的那一束光与经过平晶2底面反射又经过平晶3表面反射的那一束光重合在一起(在图中省略了另外两束光,只作标注)。图中有一束光经过事先放置进去的待测光纤样品薄片4,所以在两束光重合之前就产生的
8、有机玻璃盘,光纤通过这个孔被插入到盒子里。从He2Ne激光器射出的光被注入光纤的末端,与接收目镜配合调整,使650nm的光束聚集进入光纤的前端面。当注入光斑沿平整的光纤端面进行扫描时,由于不同位置的局部折射率n(r)不同,检测到的功率也不同。可以通过式(1)、(
