部分光电子的应用光纤光学

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1、光电子技术的主要应用光纤光学光纤传输的基本理论光纤是光导纤维的简称。其传输特性由其结构和材料决定。光纤是由中心的纤芯和外围的包层组成的同轴圆柱形石英细丝。纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。光纤的分类：1.按传输的模式数量：单模光纤只能传输一种模式的光纤多模光纤同时传输多种模式的光纤纤芯包层缓冲涂覆层单模：纤芯直径2a=2~12m纤芯－包层折射率差小＝(n1-n2)/n1＝0.0005~0.01多模：纤芯直径2a=50~500m纤芯－包层折射率差大＝

2、0.01~0.02光电子技术的主要应用光纤光学n2n1n2n1n2n12a2arr=ar=0单模阶跃折射率光纤多模阶跃折射率光纤多模梯度折射率光纤剖面折射率分布2.按纤芯折射率分布阶跃折射率光纤梯度折射率光纤3.按传输的偏振态，单模光纤可分为：a.非偏振保持光纤(非保偏光纤)b.偏振保持光纤（保偏光纤）单偏振光纤高双折射光纤低双折射光纤圆保偏光纤光电子技术的主要应用光纤光学阶跃折射率分布：梯度折射率分布a--纤芯半径，=1~当»10时，趋近阶跃型当=1时，三角型（色散位移）当=2时，平方律分布在石英光纤中相对折射率差折射率分布的

3、表示光电子技术的主要应用光纤光学4.按制造光纤的材料分：(1).高纯度熔石英光纤传输损耗低(2).多组分玻璃纤维纤芯－包层折射率可在较大范围内变化，易于制造大数值孔径的光纤。(3).塑料光纤成本低、材料损耗大、温度性能差。(4).红外光纤(5).液芯光纤纤芯为液体(6).晶体光纤纤芯为单晶，可用于制作有源和无源光纤器件。近红外1～5m，中红外～10m光电子技术的主要应用光纤光学光缆：光电子技术的主要应用光纤光学传输特性损耗(dB/km)、色散(ps/nm.km)、非线性效应等损耗直接影响中继距离；色散将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响

4、通信距离和容量。因此，高速长距离信息传输，要求光纤具有低损耗和低色散光电子技术的主要应用光纤光学子午光线的传播n0n1n2子午面：通过光纤中心轴的任何平面。子午线：位于子午面内的光线。子午光线的入射光线、反射光线和分界面的法线三者均在子午面内。要使光能完全限制在光纤内传输，则应使光线在纤芯－包层分界面上的入射角大于或等于临界角0，即n2sin0＝n1，≥0＝arcsin[n2/n1]或sin0=1－[n2/n1]2光纤的数值孔径（NA）：NA＝n0sin0＝n1－n222光电子技术的主要应用光纤光学光纤的特征参数1、光纤

5、的数值孔径（NA）sin0=NA=n0=n12;=n1－n22n12222、归一化频率V＝2a1＝2a1n123、衰减系数＝10LlogPiP0dB/Km4、色散特性n1－n222n1－n222≈n1－n2n1相对折射率差：模间色散模式色散材料色散波导色散光电子技术的主要应用光纤光学光纤的损耗光纤的损耗吸收损耗散射损耗杂质离子的吸收过渡族离子金属OH－离子本征吸收紫外吸收红外吸收制作缺陷本征散射及其他折射率分布不均匀芯－涂层界面不理想气泡、条纹、结石瑞利散射布里渊散射喇曼散射光电子技术的主要应用光纤光学第三传输窗口第二传输

6、窗口第一传输窗口13001550850紫外吸收红外吸收瑞利散射0.22.5损耗(dB/km)波长(nm)光纤损耗谱特性光电子技术的主要应用光纤光学外界因素引起的光纤系统的损耗1、弯曲引起的光纤损耗光纤的宏弯损耗微弯引起的光纤损耗2、光纤和光源的耦合损耗3、多模光纤和多模光纤的耦合损耗4、光纤种类不同对耦合损耗的影响光纤芯径不同折射率不同5、单模光纤和单模光纤直接耦合的损耗光电子技术的主要应用光纤光学光纤与光源的耦合光电子技术的主要应用光纤光学光纤的色散在光纤中传输的光脉冲，受到由光纤的折射率分布、光纤材料的色散特性、光纤中的模式分布以及光源

7、的光谱宽度等因素决定的“延迟畸变”，使光脉冲波形在通过光纤后发生展宽。1、多模色散：2、波导色散：3、材料色散：4、偏振模色散：色散一般分为4种：发生于多模光纤中由于各模式之间群速度不同而产生的色散，即各模式以不同时刻到达光纤出射端而使脉冲展宽。由于某一传播模的群速度对于光的频率（或波长）不是常数，同时光源的谱线又有一定的宽度，因而产生波导色散。由于光纤材料的折射率随入射光频率变化而产生的色散。一般的单模光纤中都同时存在两个正交模式。若光纤的结构为完全的轴对称，则这两个正交偏振模在光纤中的传播速度相同，即有相同的群延迟，故无色散。实际的光纤

8、必然会有一些轴的不对称，因而两正交模有不同的群延迟，这种现象称之为偏振模色散。光电子技术的主要应用光纤光学光纤器件光纤耦合器当两光纤纤芯相互充分靠近时，通过包层中消逝场的互相渗透