光纖光學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)講義-在線瀏覽
2025-07-25 14:43本頁(yè)面
【正文】 略微低一些，以形成全反射條件。③涂覆層：為了增加光纖的強(qiáng)度和抗彎性、保護(hù)光纖，在包層外涂覆了塑料或樹脂保護(hù)層。激光主要在纖芯和包層中傳播。1. 光纖具有良好的傳光特性，2. 頻帶寬，信息量大因?yàn)楣饫w傳輸?shù)氖枪?，現(xiàn)在使用的光纖的頻率在1014~1015Hz的范圍內(nèi)，比微波高5個(gè)數(shù)量級(jí)，即光的頻率高。4. 光纖的電絕緣性好，它不受電磁干擾，無(wú)火花，能在易燃、易爆的環(huán)境中使用。光纖的總直徑為100~200um，可放置在小孔和縫隙等被監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而且對(duì)測(cè)量點(diǎn)擾動(dòng)小。按纖芯徑向介質(zhì)折射率分布的不同，可將光纖分為均勻和非均勻兩類。按照傳輸特性的不同，又可將光纖分為單模和多模兩種。三、光纖的傳光原理當(dāng)光線從折射率為n1的介質(zhì)入射到n2的介質(zhì)時(shí)，在介質(zhì)分界面上將產(chǎn)生折射現(xiàn)象，其規(guī)律是：入射角與折射角的正弦之比與兩種介質(zhì)的折射率成反比，即sini1?sini2=n1n2，其中n1為線芯的折射率，n2為包層介質(zhì)的折射率。不滿足全反射條件的光線，由于在界面上只能部分反射，勢(shì)必有一些能量會(huì)輻射到包層中，致使光能量不能有效傳播，溢出光纖，造成光無(wú)法傳輸。理論證明：可以傳播的傳播模數(shù)為MSI=Vπ222，其中V=2πaλn12n22, 通常V稱為歸一化頻率，a為光波導(dǎo)的半徑。對(duì)于確定結(jié)構(gòu)的多模光纖，通常V。三、光纖的數(shù)值孔徑由于全反射臨界角ic的限制，光纖對(duì)自其端面外側(cè)入射的光束相應(yīng)的存在著一個(gè)最大的入射孔徑角，參考圖4。那么當(dāng)端面外側(cè)光線的入射角大于i0時(shí)，進(jìn)入光纖時(shí)將不滿足全反射條件?？梢宰C明，對(duì)于階躍型光纖，有：圖4 （1）i0icn0n1n2一般用光纖端面外側(cè)介質(zhì)折射率與最大孔徑角正弦的乘積n0sini0,表征允許進(jìn)入光纖纖芯且能夠穩(wěn)定傳輸?shù)墓饩€的最大入射角范圍，稱為光纖的數(shù)值孔徑。遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑是通過(guò)測(cè)量光纖遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度分布來(lái)確定的。當(dāng)遠(yuǎn)場(chǎng)輻射強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)態(tài)分布時(shí)，測(cè)量光線最大出射的光功率分布曲線及光纖端與探測(cè)界面的距離，利用光強(qiáng)下降到最大值的1/e2處的半張角的正弦值，計(jì)算光纖的數(shù)值孔徑。1。理論可以證明，對(duì)于波長(zhǎng)為1310nm或1550nm的光波當(dāng)纖芯小于10um時(shí)，我們所使用的光線中只有一個(gè)基?？梢苑€(wěn)定傳輸。這種光纖被我們稱為單模光纖。在本實(shí)驗(yàn)中采用的是單模光纖，但此“單模”是針對(duì)13101550nm波長(zhǎng)的，而本實(shí)驗(yàn)采用的是650nm的可見激光，因此有時(shí)光纖中耦合模式將不是單模，而是一個(gè)簡(jiǎn)單的多模（如梅花狀），各模式間可能有不同的傳輸路徑和偏振態(tài)。五、光纖的耦合和耦合效率光纖的耦合是指將激光從光纖端面輸入光纖，以使激光可沿光纖進(jìn)行傳輸。直接耦合技術(shù)上比較簡(jiǎn)單，但耦合效率比較低。（半導(dǎo)體激光器被固定在一個(gè)二個(gè)自由度的角度調(diào)整架上，光纖固定在一個(gè)三自由度的直線調(diào)整架上）。由于激光焦點(diǎn)和光纖的端面過(guò)于明亮和細(xì)小，因此無(wú)法用肉眼來(lái)判斷耦合的情況。當(dāng)將激光耦合進(jìn)光纖后，會(huì)在輸入端面后的一段光纖壁上看到一些泄漏的激光（光纖成紅色）這是一些不滿足光纖全反射條件的光，從光纖壁上泄漏出來(lái)的結(jié)果。這是由于強(qiáng)烈的彎曲破壞了該處光纖的軸方向，使一部分光線的全反射條件被破壞，激光從光纖芯中泄漏出來(lái)進(jìn)入了涂覆層中?？梢酝ㄟ^(guò)觀察輸出端的光斑來(lái)觀察這些現(xiàn)象。定義如下： （4）其中P1為進(jìn)入光纖中的光功
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