光功率发射和耦合.ppt

第五章光功率发射和耦合本章内容5.1光源至光纤的功率发射光源的辐射强度与空间角分布光源的输出方向图：面LED光源的输出方向图：边LED和LD例功率耦合计算：面LED面发光LED的输出总功率面LED有一个半径为35mm的圆形发射区，朗伯辐射方向图的轴向发射强度为150W/(cm2·sr)。对于一根纤芯半径为50mm，NA=0.20的光纤，入纤功率为：渐变折射率光纤NA与q无关但与r有关。对于r<a的情况，根据

有：当端面存在反射时，对于垂直的光纤端面，耦合进光纤的功率由于光的反射将降低一个因子大小：

R为光纤纤芯端面的菲涅尔反射系数，n和n1分别为外部介质和纤芯的折射率。一个折射率为3.6的GaAs光源耦合进折射率为1.48的石英光纤中，如果光纤端面和光源在物理上紧密相接，于是分界面上发生菲涅尔反射：

这相当于17.4%的发射功率反射回光源，与这一R值相对应的耦合功率由下式给定：

由反射造成的功率损耗为：一方面，纤芯半径为a的阶跃光纤中传播的模式数目为：光源与多模光纤的额外耦合损耗5.2改善耦合的透镜结构假设微球的折射率为2.0，曲
率半径为RL。将球面紧贴发
光区域它可使光源发射区域
面积可被放大M倍：

在使用透镜的条件下，LED能够耦合进一个张角为2q的口径中的光功率PL可以由下式计算：本章内容多模光纤的连接假设所有模式功率均匀分布，光纤-光纤的功率耦合与两根光纤共有的模式数成正比。由此光纤-光纤的耦合效率为：多模光纤的两种模式分布对连接的要求机械对准误差横向误差—阶跃光纤光纤尾端面上某点r处的光功率密度是r的函数：由于折射率的梯度分布，在A1发射光纤的数值孔径小于接收光纤，在A2发射光纤的数值孔径大于接收光纤。A1或A2的功率可由下式计算：

其中积分限为：通过积分可以分别求出两个区域的耦合功率P1和P2为：假设两根梯度光纤存在着横向偏移d=0.3a的对准误差。可以得到从第一根光纤中耦合进第二根光纤中的光功率比例为：对阶跃光纤，纵向误差产生的损耗为：当两根光纤轴存在角度对准误差时，将损失掉置于接收光纤的立体接收角之外的光功率。对于两根具有角度对准误差为q的阶跃折射率光纤，在连接处的光功率损耗可以表示为：各种误差带来的损耗如果发射纤芯半径aE与接收aR不相等，但NA与折射率分布相同：在单模光纤连接过程中，最严重的也是横向偏移损耗。对于高斯分布的光束，相同光纤间的横向连接损耗为：一根单模光纤的归一化频率V=2.40，纤芯折射率n1=1.47,n2=1.465，纤芯尺寸2a=9mm，现在计算一下当横向偏移d为1mm(d/a≈22%)，光纤连接时的插入损耗。

单模光纤的模场半径W0：本章内容5.5光纤连接：永久连接光纤熔接机V形槽机械连接法弹性管连接连接器的设计要求： -(多次连接、拆卸后)保持低耦合损耗
-(对使用技巧要求低)易于安装
-(温度、粉尘、湿气)环境敏感性低
-低成本和高可靠性
-(无需特殊工具)易于连接连接器的类型—按接头外形分类：FC连接器的类型—按接头外形分类：SC连接器的类型—按接头外形分类：LC连接器剖面连接器的类型——按插针端面分类单模光纤连接器损耗公式折射率介质匹配区域的回波损耗RLIM为：垂直端面直接接触的连接器回波损耗具有一定倾角的连接器作业