光纤测量技术课件.ppt

《光纤测量技术课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、6.1光纤概述6.2光纤用光源和传输连接器件6.3光纤传感原理6.4光纤光栅传感器6.5光纤传感器的应用第6章光纤测量技术6.1光纤测量技术以光波为载体，光纤为媒质来感知和传输外界被测信号纤芯、包层、涂敷层、护套主体----纤芯与包层特殊场合：没有涂敷层和护套---裸纤(1)光纤的基本结构涂敷层---材料：硅酮或丙烯酸盐---隔离杂光。纤芯---石英玻璃；直径：5~75μm；材料：二氧化硅（主体），掺杂其他微量元素---提高折射率包层---直径：100~200μm；材料：二氧化硅（主体）---折射率略低于纤芯。护套---材料:尼龙/其他有机材料---提高机械强度，保护光

2、纤(2)光纤原理θ1θ2n2n1θc全反射：光密介质1→光疏介质2(n1>n2)→θ1<θ2θ1↑→θ2↑临界角：θ2=90º→θ1=θC→→θ2=90º→θ2>90º→全反射光纤波导原理：光束：空气→纤芯n1→从一端到另一端空气→纤芯：纤芯→包层：（全反射）空气n0、纤芯n1、包层n2(n1>n2>n0)集光性能(3)光纤模式光波在光纤中的传播途径和方式，是离散的。①单模光纤：只传输主模（波长1310nm/1550nm）；传输频带宽，适于大容量，长距离通讯。优点：信号畸变小、信息容量大、线性好、灵敏度高缺点：纤芯较小，制造、连接、耦合困难。②多模光纤：在工作波长（85

3、0nm/1300nm）下多个模式在光纤中传输；频带较窄，适于小容量，短距离。优点：纤芯面积较大，制造、连接、耦合容易。缺点：性能较差。a)图6-4单模/多模光纤光线轨迹图b)(4)光纤分类按原材料：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、复合材料（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等。2.按传输模式：单模光纤、多模光纤。单模光纤只传输一种模式，多模光纤能传几百至几千种模式。3.按折射率分布：阶跃型、近阶跃型、渐变型、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。4.按工作波长：紫外光纤、可观光纤、近红外光纤、红外光纤。短波长光纤为0.8～0.9μm的光纤；长波长光纤为1.0～1.7μm；超长波

4、长光纤为2μm以上。5.按制造方法：汽相轴向沉积、化学汽相沉积，拉丝法等。(5)光纤特性1.物理特性：计算机网络用两根光纤组成传输系统。按波长分3种：0.85μm短波长区，多模光纤方式；1.3μm长波长区，多模和单模两种方式；1.55μm长波长区，单模光纤方式。2.传输特性：通过内部全反射传输光信号，传输率Gb/s级，信号损耗和衰减非常小，适合长距离传输。3.连通性：普遍用于点到点链路。功率损失和衰减小，带宽较大，支持比双绞线或同轴电缆多的分接头数。4.传输范围：6～8km距离内不用中继器传输，可在几个建筑物之间通过点到点的链路连接局域网络。5.抗干扰性：不受电磁干扰及

5、噪声影响的独有特征，长距离保持高数据传输率，很好安全性。(6)光纤损耗与色散1．光纤的损耗——固有损耗和附加损耗固有损耗由光纤材料特性决定，包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗。附加损耗由光纤铺设过程中人为造成的，包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗，应尽量避免的。2．光纤的色散光脉冲传播时因各波长群速度不同产生的脉冲展宽现象，与波速、波长变化有关原因：光源发出的并不是单色光；调制信号有一定的带宽。分类：①模式色散：多模光纤中不同模式的光因传播速度不同而引起的色散。②色度色散：光源光谱中不同波长在光纤中的群延时差所引起的光脉冲展宽现象。③偏振模色散：当光纤存在

6、双折射时，因单模光纤中存在偏振方向相互正交的两个基模的传输速度不同而引起的色散。（7）光纤的偏振与双折射1.单模光纤仅传播HE11一种模式。理想情况下HE11模为垂直于光纤轴线的线偏光，可以分解为彼此独立、互不影响的两个正交偏振分量HEX11和HEY11，它们的传播常数相等，即x=y，在传播过程中始终保持相位相同。实际的光纤总含有一些非对称因素，使两个本来简并的模式HEX11和HEY11的传播常数出现异常，即x-y≠0。线偏态沿光纤不再保持不变而发生连续变化，这种现象称为光纤的双折射效应。可用归一化双折射系数B或拍长来表示。nav——单模光纤的平均折射率；a

7、v——单模光纤的平均传播常数。通常在10cm～2m之间2.保偏/高双折射率光纤，B值达10-4～10-3量级，相当于在毫米量级，结构如下所示。椭圆芯椭圆包层熊猫型领结型图6-5保偏光纤横截面结构3.低双折射率光纤，B为10-7量级以下，达100m以上的单模光纤。按其生产工艺的特性命名的。结论：上述单模光纤实际存在着两个彼此独立的正交模态，为双模态工作。若在制造光纤时，使单模光纤的两个模态具有不同的衰减率，二者的消光比达到50dB以上，则其中的高损耗模态实际上已经截止，光纤中只剩下一个偏振模传输，此时才是真正纯粹的单模光纤。纯单模光纤