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九、光纤无源及有源器件
1. 自聚焦透镜
2. 光纤定向耦合器
3. 光纤偏振控制器
4. 光纤隔离器
5. 光纤激光器与放大器
随着信息需求量的日益增加,光纤通信系统飞速发展。有两类光纤通信系统备受青睐,一类是长途光纤通信系统;另一类是局域网和用户回路光纤通信系统。
光纤干线通信系统中,人们致力于追求扩大通信容量,增大中继距离,导致了两种有源光纤器件-光纤激光器和光纤放大器的热度研究。
在光纤局域网和用户回路通信系统中,需要用到大量的光无源及部分有源器件,如:光耦合器、偏振控制器、波分复用器等。无源器件可分为光纤式和光纤耦合分立元件两种。光纤式是利用光纤自身的特性直接实现器件的各种功能;光纤耦合式是利用各种光学元件对光的特性变换,并利用透镜将器件与光纤耦合。
光有源与无源器件的区别是元件在实现其本身功能时是否发生光电能量的转换。
1. 自聚焦透镜
自聚焦光纤:折射率按平方分布的光纤-光纤的传播轨迹为正弦曲线-经一周期后又会聚到另一点。
自聚焦透镜原理上就是一段自聚焦光纤。
不同点:芯径大(2mm或更大),长度短(仅1~2个周期),
数值孔径大(可达2mm或更大);制作工艺也不
同,采用离子交换工艺。
优点:1、直径小,体积微型化;
2、端面平面,便于光学加工、系统调节;
3、长度和折射率改变可引起透镜焦距和成像特
性的变化,可以起几个普通透镜的作用;
4、像差可通过改变透镜材料组分和离子交换工
艺来控制;
5、还可用于弯曲传像。
主要应用:光纤通信中的光无源器件、复印传真机、摄影物镜、显微物镜和医用内窥镜等。
准直透镜:
许多应用中需要将光纤发出的发散光束变换为平行光束,可通过在光纤输出端加一准直透镜来实现。
准直透镜是将光纤置于自聚焦透镜的焦点上。
经自聚焦透镜后,输出端光束的半径和发散角为
其中为光纤纤芯半径, 为数值孔径;L为自聚焦透镜的长度, 称为透镜的聚焦常数。
等高成像透镜:
在复印机、传真机、印刷机等成像光学系统中需要采用1:1成像系统。这时采用自聚焦透镜最为简便,因为一根自聚焦透镜可满足正立、等倍、实像的条件。而普通透镜至少需要三块透镜组合成复合透镜。
实际使用时,将物置于自聚焦透镜物方主平面上,在像方主平面上就会成一个物等高的实像。透镜长度应在半倍节距和一倍节距之间。
采用自聚焦透镜可使物象变换系统大大缩短物像共轭长度。同时,它在整条直线上成像分辩率相同,可使整个视场的传递函数值比较均匀,从而提高成像质量。
2. 光纤定向耦合器
光纤耦合器是一种用于传送和分配光信号的无源器件。通常,光信号由耦合器一个端口输入,而从另一个端口或几个端口输出。