《光功率发射和耦合》PPT课件.ppt

1、第五章光功率的辐射与耦合，本章内容，光源-光纤耦合光纤的连接与光纤连接器，5.1光源到光纤的功率辐射，耦合效率：耦合光纤的光功率(PF )与辐射总功率(Ps )之比：问题是如何提高耦合效率辐射强度定义：单位辐射面入射到单位立体角内的光功率辐射强度单位：平方厘米，单位球面度的瓦数W/(cm2sr )光源辐射区域辐射空间角分布：空间光功率的分布，光源的输出方向图：面LED，面辐射LED半功率光束的角度：2q=120度，面LED的偏角分布： 光源输出方向图：边LED和LD，式中，t和l是垂直方向和水平方向的功率分布系数，一般边发光LED的L=1，LD的L 100； t的值一般较大，两者在pn结平面的

2、水平方向f=0和垂直方向f=p/2上具有分别不同的放射角分布：例如，半导体激光器的水平方向(f=0)的半功率束角度为2q=10度。 因此，由于相对边LED的L=1，其水平半功率宽度为2q=120度。 功率耦合校正计算：相对于分布B(As，Ws )对称的光源即面LED。 在此，As和Ws分别是光源的面积和放射立体角。 光源-光纤的耦合功率为面发光LED的输出总功率、面发光LED的功率耦合阶梯光纤、发光半径r小于芯半径a的情况：对于阶梯光纤，由于NA与fs和r无关为常数，因此：作业，面LED具有半径的芯半径50 mm 对于1根NA=0.20的光纤，在芯半径25 mm、NA=0.20、芯功率：例如r

3、s=10、P=0.207相对于同一光纤，发光面积越大则越是r a的情况下，面发光LED的功率耦合梯度光纤在端面对于垂直的光纤端面，通过光的反射与光纤耦合的功率降低一个因子的大小： r是光纤芯端面的菲涅耳反射系数，n和n-1分别是外部介质和芯的折射率。 考虑到端面反射的功率耦合，如果折射率为3.6的GaAs光源与折射率为1.48的石英光纤耦合，光纤端面与光源物理紧密接触，则在边界面产生菲涅耳反射。 这是17.4%的传输功率被反射到光源上，与该r值相应的耦合功率由以下公式给出：由反射引起的功率损耗是：在芯半径a的分阶跃式光纤中传输的图案数量耦合输入功率与工作波长无关，光源与多模光纤的多馀耦合损耗、

4、从LED射出的光耦合到多模光纤后与轴心所成的角度大的模式不断损失，改善了5.2耦合器的透镜结构， 透镜耦合器通常用于光源的发光面积比芯面积小的情况，扩大光源的发光面积，根据芯区域改变光线的入射角，容易与芯耦合， 假设通过使微球折射率为2.0的球面与发光区域紧密接触，能够将光源的发光区域面积扩大m倍：在使用透镜的情况下，LED能够与一个张角2q的口径耦合的光功率PL能够通过以下公式进行校正：非成像微球、NA、本章内容、光源-光纤的耦合光纤由此光纤-光纤的耦合效率是多模光纤的连接，ME是发送光纤的模式数，Mcomm是在两根光纤中共同的模式数。 因此，耦合损耗是多模光纤的两个模分布对连接的要求，接收

5、光纤必须与发送光纤完全对准以减少损耗，轻微的对准误差不会显着影响连接损耗，机械对准误差、芯尺寸微细、完全由此引起的机械对准误差成为连接损失的主要原因。 由于机械损耗(1)横向(轴向)误差(2)纵向误差(3)角度误差、横向误差步进光纤、步进光纤的数值孔径在端面是一定的，所以从一根光纤耦合到另一根光纤的光功率与两根光纤的共同的区域面积成比例，即p(r ) 与光纤的出射端面的总功率p的关系如果将光纤的折射率截面假定为抛物线，则根据折射率的梯度分布，在A1中得到发送光纤的数值孔径比接收光纤小、在A2中得到接收光纤的数值孔径大的关系。 由于A1或A2功率是横向误差梯度光纤耦合功率，可以通过积分求出的2个

6、区域的耦合功率P1和P2是：横向误差梯度光纤，所以接收光纤耦合的总功率为：横向对准误差d a的情况下，上式为：可近似于d/的横向误差引起的耦合损耗： 2根倾斜从第一条光纤耦合至第二条光纤的光功率的比例用例如分贝表示，对于分步光纤的由于纵向误差而引起的损耗为纵向误差、qc、s， 对于具有当两根光纤轴存在角度对准误差时损失的角度对准误差q的两根阶梯折射率光纤，在连接部位的光功率损失由各种误差引起的损失最大，如果放射芯半径aE和接收aR不相等，则如果折射率分布与NA不相等， 对于可以表示为芯半径aa的高斯分布的光束，同一光纤间的横向连接损耗为：角度对准误差引起的损耗依赖于波长：单模光纤的连接。 其中

7、，w是模式场半径，G=s/kW2。 将纵向偏差设为s、将间隙折射率设为n3的连接损耗为： 1根单模光纤的标准化频率V=2.40、芯折射率n1=1.47、n2=1.465、芯尺寸2a=9 mm，当前横向的偏差d为1mm(d/)以单模光纤的模场半径W0 :得到横向误差损失：例如，在波长1300 nm且角度对准误差为1时引起的损失：在本章中，光源-光纤的耦合光纤-光纤的耦合光纤的连接和光纤连接器、5.5光纤连接光纤熔接法连接器的设定要求：-(多次连接、拆卸后)保持低耦合损失- (使用技术要求低)安装容易- (温度粉尘湿气)环境敏感性低-低成本和高可靠性- (不需要特别工具)连接容易，5.6光纤连接器

8、：非NTT公司开发：其外部加强方式紧固方式采用螺钉紧固，连接器的类型按接头外形分类： SC，NTT公司开发：外壳采用矩形，紧固方式采用插拔销闩锁式，具有无需旋转、安装密度高的特点，连接器的类型按接头外形分类： LC，Bell Lab光框中连接器截面、连接器的类型按引脚端面分类，单模光纤连接器损耗式，W1和W2分别是发送光纤和接收光纤的模场半径，该式考虑了不同的模场直径、横向、纵向、角度偏差和端面反射等因素垂直光纤端面的折射率匹配连接方式、h、n2、n0、n1、折射率介质匹配区域的返回损耗RLIM为：式中：是单层材料涂层的反射率，分别是从涂层到芯的反射率，折射率一致的连接器的返回损耗， 垂直端面直接接触的连接器的返回损耗，2个垂直端面直接接触时，返回损耗RLPC