【正文】 y光纖結(jié)構(gòu) ? 10–4 m 8 ? 10–6 m core 纖芯 – a hairthin glass fibre cladding 包 層 – smaller refractive index than the glass at inner core protective coating 涂覆層 Institude of Lightwave Technology按制造光纖的材料分： (1). 高純度熔石英光纖 傳輸損耗低 (2). 多組分玻璃纖維 纖芯－包層折射率可 在較大范圍內(nèi)變化， 易于制造大數(shù)值孔徑 的光纖。 在理想情況下 ?r = ?f，但是由于非全耗盡性中載流子擴(kuò)散速度遠(yuǎn)小于漂移速度，使得 ?r≠?f，造成脈沖不對(duì)稱。 它取決于以下三個(gè)因素： 耗盡區(qū)的光載流子的渡越時(shí)間； 耗盡區(qū)外產(chǎn)生的光載流子的擴(kuò)散時(shí)間； 光電二極管以及與其相關(guān)的電路的 RC時(shí)間常數(shù)。 h是普朗克常數(shù) ， c是光在真空中的速度 ,λ 是光電檢測(cè)器的工作波長(zhǎng) 。 Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology光電檢測(cè)器的特性指標(biāo) 光電檢測(cè)器的工作特性 1. 響應(yīng)度 在一定波長(zhǎng)的光照射下 ， 光電檢測(cè)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 )。 n LED： 發(fā)輻 射， 輸 出 功率很低 ； 出光 頻譜較寬 ，也在幾十 nm。 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。 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(zhǎng) 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(jiǎn)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(jiǎn)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。 n 理想的超輻射光是一種相位不一致的非相干光。 ASE: 發(fā)輻 射， 輸 出 功率 較 高 ； 出光 頻譜較寬 ，也在幾十 nm。 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)。 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(zhǎng)一定時(shí) ，η 與 ρ 具有定量的關(guān)系 。 影響這三個(gè)因素的參數(shù)有：耗盡區(qū)寬度w、吸收系數(shù) as、等效電容、等效電阻等。 上升時(shí)間和下降時(shí)間 圖 10%~90%上升時(shí)間和下降時(shí)間 Institude of Lightwave Technology光電二極管脈沖響應(yīng) 1. 為了獲得較高的量子效率，耗盡區(qū)寬度 w必須大于 1/as (吸 收系數(shù)的倒數(shù) )，以便可以吸收大部分的光； 2. 同時(shí)如果 w較大，會(huì)讓二極管結(jié)電容 C變小，于是 RLC常數(shù) 變小，從而得到較快的響應(yīng)； 3. 但是過(guò)大的 w會(huì)導(dǎo)致渡越時(shí)間的增大 折衷取值范圍： 1/as w 2/as 不同參數(shù)條件下，光電二極管的脈沖響應(yīng) Institude of Lightwave Technology帶寬 設(shè) RT是負(fù)載電阻和放大器輸出電阻的組合， CT是光電二極管結(jié)電容和放大器輸入電容之和，則檢測(cè)器可以近似為一個(gè)RC低通濾波器，其帶寬為： TT CRB ?2 1?例：如果光電二極管的電容為 3 PF， 放大器電容為 4 PF， 負(fù)載電阻為 1 K歐姆，放大器輸入電阻為 1歐姆，則 CT = 7 PF，RT =1 K歐姆，所以電路帶寬： 如果將負(fù)載電阻降為 50歐姆，電路帶寬增加為 455 MHz。 (3). 塑料光纖 成本低、材料損耗大、 溫度性能差。 （ dB與 dBm） 光纖衰減定義 ) ( lg 10 ) ( 2 1 dB p p A ? ? 1 p 2 p Institude of Lightwave Technology 若光纖是均勻的 ， 則還可以用單位長(zhǎng)度的衰減即衰減系數(shù) α來(lái)表示： （ 2） ) / ( lg 10 1 ) ( 1 ) ( 2 1 km dB p p L A L ? ? ? ? a Institude of Lightwave Technology光纖衰減的測(cè)量方法 （單模） Test methods for the attenuation ?剪斷法 The cutback technique ?光時(shí)域反射法 （后向散射法） (measurement of optical time domain reflection━━ OTDR) The backscattering technique ?插入法 The insertion loss technique Institude of Lightwave Technology剪斷法 The cutback technique 包層模濾除器 （轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠＃? 注入系統(tǒng) (充分激勵(lì)基模 ) 白光源 （ 3） LD（ 1） LED， EDFA（ 2） 此處 剪斷 檢測(cè)器、鎖相放大， A/D轉(zhuǎn)換，計(jì)算機(jī)處理顯示（ 3） 光譜儀 （ 2） 光功率計(jì)（ 1） 光探測(cè)器 （光譜特性要求） 鹵鎢燈 、 斬波器 、 鎖相放大器 單色儀 被測(cè)光纖 （清潔、光滑、垂直纖軸） 濾模器 （去高階模） 1 2 Institude of Lightwave Technology2022年 6月 n 將被測(cè)光纖接入測(cè)量系統(tǒng)，得到 n 保持注入條件不變，在 2米處減斷光纖，得到 n 1— 2兩點(diǎn)間的損耗和衰減系數(shù)由 式 1和 式 2計(jì)算得到。在光纜施工中，因?yàn)橐槐P光纜的長(zhǎng)度一般在 2km以內(nèi)，所以兩根光纜的接續(xù)要采用熔接機(jī)將它們?nèi)廴谙噙B。另一類是連接器加工裝配引起的外部損耗。 分母部分表示內(nèi)部光纖端面的處理形式： PC是端面做成凸球面形， APC是端面處理成斜面。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)單模光纖的數(shù)值孔徑是 ，這相當(dāng)于 （ NA=sinθ0），所以 80的傾斜角使反射光角度大于接收角?？梢詫⒚總€(gè)波長(zhǎng)想象成可以攜帶數(shù)據(jù)的紅外范圍內(nèi)不同顏色的光。 隔離器由三個(gè)功能部件組成， 輸入偏振器（起偏器），法拉第旋轉(zhuǎn)器和輸出偏振器（檢偏器 )。經(jīng)過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)器，垂直偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)了 450，輸出偏振器的方向設(shè)計(jì)成 450，所以允許其通過(guò)；另一方面，在隔離器的反方向上，反射光經(jīng)輸出偏振器變成 450的線偏振光，經(jīng)法拉第旋轉(zhuǎn)器又一次旋轉(zhuǎn) 450后，變成了水平偏振，由于輸入偏振器只允許垂直偏振光通過(guò)，所以反射光便無(wú)法到達(dá)隔離器輸入端。 1 2 環(huán)形器 3 3 環(huán)形器 Institude of Lightwave Technology光功率的檢測(cè) 光纖損耗的檢測(cè) 光譜的檢測(cè) 光相位的檢測(cè) Institude of Lightwave Technology光譜的測(cè)量 O C S U L E Typical fiber loss spectrum over transmission