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1、第二节光纤得持续损耗和光纤的连接器2022/10/181本讲稿第一页，共二十页第一节第一节 光无源元件的结构形式光无源元件的结构形式用途：连接器、耦合器、波分复器、波复用器、光调制器、光偏振控用途：连接器、耦合器、波分复器、波复用器、光调制器、光偏振控制器、光隔离器制器、光隔离器结构：体块型、全光纤型和波导型结构：体块型、全光纤型和波导型 本讲稿第二页，共二十页第二节第二节 光纤得持续损耗和光纤的连接器光纤得持续损耗和光纤的连接器一、光纤的连续损耗一、光纤的连续损耗A A、参数、参数耦合的有效性用传输 系数T或耦合损耗L表示。若输入光纤发出的光功率为 ，输出光纤接收的光功率为则：本讲稿第三页，
2、共二十页B B、引起光纤损耗的原因、引起光纤损耗的原因间隙间隙 Axial offset横向偏移横向偏移 Later offset倾斜角倾斜角 Tilt端面不齐Scattering/reflections棋式矢配棋式矢配Mode mismatch本讲稿第四页，共二十页二、单模光纤的耦合二、单模光纤的耦合 （Coupling to single Mode Fibers）本讲稿第五页，共二十页To find the coupling coefficient we must calculate how much of the incident field is in the propagating
3、mode本讲稿第六页，共二十页1 1、LPLP0101膜均匀的横向电场分布用膜均匀的横向电场分布用Gaussian Fuction Gaussian Fuction 来近似来近似2 2、该近似对大多数的光纤模式计算是正确的、该近似对大多数的光纤模式计算是正确的3 3、例外是、例外是cross-talk calculation,cross-talk calculation,4 4、采用、采用Gaussian approximation,Gaussian approximation,横向电场横向电场 三、三、Gaussian Approximation to the HE11 modeP P：峰值
4、功率：峰值功率采用采用Gaussian approximationGaussian approximation的主要问题在于找的主要问题在于找出合适的横场半径出合适的横场半径S S0 0本讲稿第七页，共二十页5 5、对阶跃光纤、对阶跃光纤（经验公式）（经验公式）对对 的抛物线型折射率分布光纤，且的抛物线型折射率分布光纤，且V V较大时较大时 V V：归一化率项：归一化率项 本讲稿第八页，共二十页四、存在纵向光纤间隙四、存在纵向光纤间隙D D时时（including Mode matching）A A、归一化光纤间隙、归一化光纤间隙（Axial offset of Mode Matching）n
5、 n3 3：两光纤方向面间的介质折射率指数两光纤方向面间的介质折射率指数S S1 1、S S2 2：两单模光纤的模场半径两单模光纤的模场半径B B、传输系数、传输系数 本讲稿第九页，共二十页当当D D0 0 T=|lT=|l0 0|2 2L L0 0：输入光纤在输出光纤中激发出的单模光场的幅度：输入光纤在输出光纤中激发出的单模光场的幅度传输损耗传输损耗L L（dBdB）10lg|l10lg|l0 0|2 2C C、当、当S S1 1/S/S2 2偏离越远损耗越大偏离越远损耗越大 TS TS1 1/S/S2 2 D D、TD/a TD/a 传输系数对光纤截面间隙的变化不太大不太敏感；同样间隙传输
6、系数对光纤截面间隙的变化不太大不太敏感；同样间隙D D光纤光纤芯径大时连接损耗小。芯径大时连接损耗小。本讲稿第十页，共二十页五、五、TiltTilt（轴向倾斜角（轴向倾斜角 时的输出系数）时的输出系数）A A、B B、T T随随 的增加按的增加按Gaussian Fuction Gaussian Fuction 的规的规 律减小。设：律减小。设：T=TT=T0 0/e /e 即：即：本讲稿第十一页，共二十页 A、B、s1=s2=s T=1/e de=s 3 3、横向位移、横向位移d（lateral offset）本讲稿第十二页，共二十页(1)(1)可通过观测同单模光纤耦合功率随横向位移的变化来
7、确定光纤的模场半可通过观测同单模光纤耦合功率随横向位移的变化来确定光纤的模场半径，它是用径向失调法来测单模场半径的基础。径，它是用径向失调法来测单模场半径的基础。(2)(2)如果如果tilt offset and separation 用时存在，用时存在，T T有其交叉项，但是如果有其交叉项，但是如果每个矢配都很好，其交叉项可以忽略。每个矢配都很好，其交叉项可以忽略。本讲稿第十三页，共二十页六、阶跃多模光纤的链接损耗六、阶跃多模光纤的链接损耗 多模光纤的耦合情况比较复杂，例如多模光纤中存在模式耦合和多模光纤的耦合情况比较复杂，例如多模光纤中存在模式耦合和模式转换，使各模式所携带的能量比例随光纤
8、长度而变，连到达平衡模式转换，使各模式所携带的能量比例随光纤长度而变，连到达平衡长度为正。长度为正。所谓平衡长度是指个模式的功率比例达稳定值时的长度。只有达到平衡所谓平衡长度是指个模式的功率比例达稳定值时的长度。只有达到平衡长度后光纤端面才有稳定的功率分布，从而有稳定的耦合损耗。长度后光纤端面才有稳定的功率分布，从而有稳定的耦合损耗。本讲稿第十四页，共二十页ModleModle：输入、输出光纤芯子上的光纤都是均匀分布的：输入、输出光纤芯子上的光纤都是均匀分布的1 1、理论上可以计算所有的源模式和接收光纤模式的耦合系数、理论上可以计算所有的源模式和接收光纤模式的耦合系数2 2、总的耦合系数是所有
9、耦合系数的就和。、总的耦合系数是所有耦合系数的就和。3 3、假定原有、假定原有m m个模式，光纤有个模式，光纤有n n个模式个模式 总的耦合系数：总的耦合系数：4 4、这一计算非常复杂，因而没有用处、这一计算非常复杂，因而没有用处5 5、一个简单而又有效的模型是假定源和接收光纤上的功率是均匀分布的。、一个简单而又有效的模型是假定源和接收光纤上的功率是均匀分布的。6 6、耦合可从几何角度进行考虑、耦合可从几何角度进行考虑7 7、考虑源的一个积分作元面积上有多少入射到光纤的数值几径之内、考虑源的一个积分作元面积上有多少入射到光纤的数值几径之内.总的耦合系数是对源面积积分。总的耦合系数是对源面积积分
10、。8 8、GRINGRIN的耦合更复杂。的耦合更复杂。本讲稿第十五页，共二十页七、损耗七、损耗MMFMMFA A、横向偏移情况下的耦合损耗、横向偏移情况下的耦合损耗光纤耦合损耗将由输入光纤面积光纤耦合损耗将由输入光纤面积 和输出光纤的有效接收面和输出光纤的有效接收面积积A AR R重合面积所决定。重合面积所决定。当：当：d/2a0.2d/2a0.2时时本讲稿第十六页，共二十页B.B.光纤端面间隙光纤端面间隙D D引入的耦合损耗引入的耦合损耗1 1、损耗的途径、损耗的途径（1 1）光束发散引起的耦合损失）光束发散引起的耦合损失（2 2）光纤芯子界面上的）光纤芯子界面上的FresnelFresnel反射损耗反射损耗 2 2、光束发射：、光束发射：N NA A：光纤的数值孔径：光纤的数值孔径本讲稿第十七页，共二十页3 3、FresrelFresrel损耗损耗Fresrel反射系数：反射系数：本讲稿第十八页，共二十页C、Tile一般一般D D、参数、参数mismatchingmismatching1 1、本讲稿第十九页，共二十页本讲稿第二十页，共二十页