【正文】 Institude of Lightwave Technology常見光纖傳感器的原理及應(yīng)用 基本的光纖測量 光纖光柵傳感器 2 3 4 主要內(nèi)容 OTDR與分布式光纖傳感器 5 信號的檢測與處理 6 Institude of Lightwave Technology光功率的檢測 光纖損耗的檢測 光譜的檢測 光相位的檢測 Institude of Lightwave Technology光有源器件 n 定義：需要外加能源驅(qū)動(dòng)工作的光電子器件 – 半導(dǎo)體光源 (LD,LED,DFB,DBR,QW,VCSEL) – 半導(dǎo)體光探測器 (PD,PIN,APD） – 光纖激光器（ OFL:單波長、多波長） – 光放大器 (SOA,EDFA) – 光波長轉(zhuǎn)換器 (XGM,XPM,FWM) – 光調(diào)制器 – 光開關(guān) /路由器 Institude of Lightwave Technology原子的激發(fā)和輻射 E2 E1 N2 N1 h? 1. 自發(fā)輻射 原子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的 會自發(fā)躍遷到低能級 同時(shí)放出一個(gè)光子 這個(gè)過程叫 自發(fā)輻射 Institude of Lightwave Technology2. 受激吸收 E2 E1 N2 N1 h? ● 原子就可能 吸收 光子 而從低能級躍遷到高能級 這個(gè)過程叫 受激吸收 ● 原子就可能 吸收 光子而從低能級躍遷到高能級原子就可能 吸收 光子這個(gè)過程叫受激吸收而從低能級躍遷到高能級原子就可能 吸收 光子當(dāng)入射光子的能量 h? 等于 E2 ? E1時(shí) 另有某個(gè)能量為 E2的高能級 若原子處在某個(gè)能量為 E1的低能級 Institude of Lightwave Technology 若入射光子的能量 h? 等于原子高、低 能級的能量差 E2 ? E1 且高能級上有原子存在時(shí) 入射光子 的電磁場就會誘發(fā)原子 從高能級 躍遷 到低能級 同時(shí) 放出一個(gè)與入射光子 完全相同 的光子 3. 受激輻射 Institude of Lightwave Technology全同光子 : h? E2 E1 N2 N1 ● ● 頻率 相位 振動(dòng)方向 傳播方向 相同 ?受激輻射有光放大作用 好激光器： / 量 子 態(tài) 個(gè)光子2022? Institude of Lightwave Technology??1?s ??10ms 980nm E3 E1 E2 1480nm 鉺離子（ Er3+）的能帶結(jié)構(gòu)和光放大原理 Institude of Lightwave Technology光耦合器 (合波器 ) 光隔離器 光濾波器 光隔離器 摻鉺光纖 (10–50m) 泵浦光源 光輸出 EDFA的組成部分 : 摻鉺光纖 , 泵浦光源 ,光耦合器 (合波器 ), 光隔離器 ,光濾波器 光輸入 Institude of Lightwave TechnologyEDFA的增益譜 Institude of Lightwave TechnologyPN結(jié) NPf f ge V E E E? ? ?耗盡區(qū) Institude of Lightwave Technology3 )使激光具有極好的 單色性 （選頻） 激勵(lì)能源 全反射鏡 部分反射鏡 激光 1. 光學(xué)諧振腔的作用 光學(xué)諧振腔的作用2 )增強(qiáng) 光放大 作用（相當(dāng)于延長了工作物質(zhì)） 1 )使激光具有極好的 方向性 （沿軸線） 光學(xué)諧振腔的作用 Institude of Lightwave Technology半導(dǎo)體激光器的工作特性 光 電流 (LI) 特性和光譜特性 IIth:閾值條件 。 Ith:閾值電流 Institude of Lightwave Technology可靠性較高 室溫下連續(xù)工作時(shí)間長 光功率－電流線性度好 價(jià)格非常便宜 驅(qū)動(dòng)電路較為簡單 輸出功率小 發(fā)射角大 譜線寬 響應(yīng)速度低 效率高 體積小 調(diào)制速率快 單色性好 響應(yīng)速度高 LED Laser 1. 在一些簡易的光纖傳感器的設(shè)計(jì)中，如果 LED能夠勝任，選用它作為光源即可大大降低整個(gè)傳感器的成本。 2. 在一些需要功率高、調(diào)制速率快、單色性好的光源的傳感器設(shè)計(jì)中需要 Laser。 Institude of Lightwave Technology超輻射的概念 n 超輻射光是有自發(fā)發(fā)射光子在增益介質(zhì)中傳播經(jīng)歷了受激放大過程而得到的。我們把放大了的自發(fā)發(fā)射稱為超輻射。 n 這是一種強(qiáng)激發(fā)狀態(tài)下定向的輻射現(xiàn)象，當(dāng)激發(fā)密度足夠高時(shí)，自發(fā)發(fā)射的光子受激放大呈雪崩式倍增，發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)強(qiáng)度超線性地急劇增加，譜線寬度變窄，由初始的自發(fā)發(fā)射占主導(dǎo)地位很快地演變?yōu)橐允芗ぐl(fā)射為主要特征。 n 理想的超輻射光是一種相位不一致的非相干光。 Institude of Lightwave Technology光功率 — 電流特性 Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave TechnologyLD、 SLD、 LED、 ASE比較 n LD： 輻 射 ，因此 功率非常高 ； FP腔的 篩選 作用，因此 輸 出光的 頻譜 很窄 ，光源相干性好。 n SLD： 輻 射， 輸 出 功率很高 ； FP腔的 篩選 作用（ 這 是它跟激光器的最大不同）， 輸 出光的頻譜較寬 ，在幾十 nm。 n LED： 發(fā)輻 射， 輸 出 功率很低 ； 出光 頻譜較寬 ，也在幾十 nm。 ASE: 發(fā)輻 射， 輸 出 功率 較 高 ； 出光 頻譜較寬 ，也在幾十 nm。 Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology光探測器 ? PN結(jié)光電效應(yīng) Institude of Lightwave Technology，請遵守靜電敏感器件的防護(hù)措施。 地，以防漏電擊穿器件。 Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology光電檢測器的特性指標(biāo) 光電檢測器的工作特性 1. 響應(yīng)度 在一定波長的光照射下 ， 光電檢測器的平均輸出電流與入射的平均光功率之比稱為響應(yīng)度 (或響應(yīng)率 )。 響應(yīng)度可以表示如下： 式中： Ip為光生電流的平均值 (單位： A)； P為平均入射光功率值 (單位： W)。 Institude of Lightwave Technology 響應(yīng)度是器件在外部電路中呈現(xiàn)的宏觀靈敏特性 ， 而量子效率是器件在內(nèi)部呈現(xiàn)的微觀靈敏特性 。 量子效率定義為通過結(jié)區(qū)的載流子數(shù)與入射的光子數(shù)之比 ，常用符號 η 表示： 2. 量子效率 Institude of Lightwave Technology 式中： e是電子電荷 ， 其值約為 1019G； ν 為光頻 。 h是普朗克常數(shù) ， c是光在真空中的速度 ,λ 是光電檢測器的工作波長 。 代入相應(yīng)數(shù)值后 ， 可以得到： 從上式可以看出：在工作波長一定時(shí) ，η 與 ρ 具有定量的關(guān)系 。 Institude of Lightwave Technology例 能量為 J的光子入射到光電二極管上，此二極管的響應(yīng)度為 ， 如果入射光