《光纤光学教学课件》第十八讲.ppt

2019/4/29,第七章光纤的连接与耦合,2019/4/29,7.1 引言,光纤系统中光纤需要连接，光纤之间的连接不象金属导线那么简单。要精心设计。 光纤需要与光源、探测器以及各种无源器件耦合。,光纤间的连接（接续）： 1、光纤间连接的判断标准：连接损耗 2、引起连接损耗因素及特征 3、多模、单模光纤连接损耗的理论分析 4、光纤间连接,2019/4/29,光纤的连接方式,光纤端面对接,透镜扩束连接,固定连接头,活动连接头,连接质量的衡量标准：连接损耗,定义连接损耗：,T：透过率,2019/4/29,引起光纤连接损耗的因素：,内部损耗因子：光纤结构参数的失配,外部损耗因子：光纤调整参数的偏离、端面质量,端面反射损耗：光纤活动连接中,2019/4/29,(a)横向偏移 (b)纵向偏移 (c)角向偏移,2019/4/29,各种光纤连接损耗的特点：,（1）内部损耗因子引起的连接是非互易的； （2）横向失准和角向失准对损耗的影响比纵向损耗大的多，且难调准； （3）多模光纤间的a和的偏差会引起较大的损耗，其量级可达0.050.2dB ； （4）单模光纤的内部损耗因子归结为唯一的参数：基模的模场半径；单模光纤由于纤径小，对于横向偏移与角向偏移极为敏感。为保证接续损耗低于0.05dB，要求光纤对准调整误差在十分之几微米之内。,2019/4/29,菲涅尔反射损耗,：光纤端面间隙材料折射率,：光纤纤芯轴线处的材料折射率,一般 ，因此对于空气间隙（ng=1），有菲涅尔反射引起的总损耗可达0.32dB。如果两端面之间充以纯水（ng=1.33），则可使端面菲涅尔反射损耗下降到0.02dB。因此，在光纤端面之间充以折射率匹配可大大减小菲涅尔反射损耗。,2019/4/29,7.2 光纤与光纤之间的连接损耗,一、多模光纤连接损耗的理论分析,方法： 几何光学； 特点： 简单、直观，易于理解，结论符合实际； 基本思想：设发射光纤的端面可视为由无数个小光源构成的面光源。,针对接收光纤：,：接收孔径角；,的光纤不能被接收,2019/4/29,点光源透过率：能被接受的功率与点光源总功率之比。,：分布函数值下降到最大值的0.1时对应的全宽度；,光纤端面接收光功率的分布：,两光纤的纤芯差异,2019/4/29,总透过率T：能被接收光纤接收的光功率与总发射光功率之比。,其中：,连接损耗：,2019/4/29,二、单模光纤连接损耗的理论分析,2019/4/29,2019/4/29,2019/4/29,2019/4/29,2019/4/29,2019/4/29,7.3 光纤与光纤之间的固定接头,光纤固定接头的基本要求： 制作时间短、成本低、稳定插入损耗小,应用场合不同，要求不同： 长途干线通信系统：损耗低、性能稳定，对时间与成本要求则不高； 光纤局部区域网络：距离短、接头多、要求时间快、损耗满足一般要求。,光纤固定接头的制作：,光纤端面制备,光纤对准调节,光纤接头焊接,固定,2019/4/29,2019/4/29,一、光纤端面制备：,光纤端面要求：,平整光纤的镜面，且与光纤的纤轴相垂直。,光纤端面制备方法： 加热法、刻痕拉断法、研磨抛光法,2019/4/29,优点：,端面倾角小于1，一次可加工多根光纤。,2019/4/29,二、光纤对准调节：,无源对准：依靠光纤或辅助器件的几何尺寸一致性来进行对准。,2019/4/29,有源对准：通过检测光功率的大小来实现对准。,有源对准的方法：,透射率法：检测输出功率，达到光纤间的最佳耦合； 局部损耗法：光纤的接续损耗达到最小。,透射法：,远端透射监测、本地透射监测,2019/4/29,远端透射光功率监测法：对准时测到的光功率达到最大。,2019/4/29,本地透射光功率监测法：对准时测到的导模光功率达到最大。,2019/4/29,局部损耗功率监测法：对准时测到的泄漏或辐射模光功率达到最小。,2019/4/29,三、光纤的固定：,胶粘法 机械夹持方法 熔焊技术,2019/4/29,光纤间的熔焊：,2019/4/29,2019/4/29,7.4 光纤活动连接器,2019/4/29,按结构的不同可分为FC、SC、ST、 LC 、 MU等各种型式；,2019/4/29,按连接器的插针端面可分为FC、PC(UPC)和APC,球面接触（PC）：将装有光纤的插针体端面加工成球面，球面曲率半径一般为25mm60mm。其回波损耗可以达到50dB以上。由于球面接触使纤芯之间的间隙接近于0，达到“物理接触”。端面间隙和多次反射所引起的插入损耗将得以消除，从而使后向反射光大为减少。,斜球面接触（APC）:先将插针体端面加工成8 左右的倾角，再按球面加工的方法抛磨成斜球面。这种方案除了实现光纤端面的物理接触外，还可以将微弱的后向反射