光导纤维与光纤传感器.ppt

光导纤维与光纤传感器
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例如，在石英中加入折射率低于石英的B2O3，即包层材料为B2O3·SiO2
例如，在石英中加入折射率高于石英的GeO2或P2O3；称为锗-硅光纤或磷-硅本征吸收,杂质吸收和原子吸收.
●多模长波长()光纤为1dB/km-；
●-。
杂质：金属离子Fe、Co、Ni、Mn
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梯度型光纤的时延差为：
对长波长光纤来说，，！
模式色散实际是指光线到达接收端的时延差！
阶跃型光纤的时延差为：
材料的折射率随波长的变化而变化，因光信号中各波长分量的群速度不同而引起的色散称为材料色散(又称为折射率色散)；
光纤的色散就是输入脉冲在光纤内的传输过程中，由于光波的群速度不同而出现的脉冲展宽现象。
由于波导结构不同，某一波导模式的传播常数随着信号角频率变化而引起的色散称为波导色散(结构色散)；
在多模光纤中由于各个模式在同一角频率下的传播常数不同，群速度不同而产生的色散称为多模色散(又称为模式色散) 。
光纤色散使传输的信号脉冲发生畸变，从而限制了光纤的传输带宽.

(1)材料色散
(2)波导色散
(3)多模色散
三种色散的大小顺序是:
多模色散
材料色散
波导色散
光纤色散
材料色散
波导色散
多模色散
单模光纤不存在模式色散,但由于它存在两个相互垂直的线偏模,因此存在偏振色散
对单模光纤而言：
处衰减量较大，但总色散为0；
处衰减量最小，但色散值较大；
为了得到衰减量小，色散值为0的光纤，采用0色散迁移的办法，把0色散位置从
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输入光纤的可能是强度连续变化的光束,也可能是一组光脉冲,由于光纤色散现象,会使脉冲展宽,造成信号畸变,从而限制了光纤的信息容量和品质。
设光源的中心频率为 ，带宽为 ，某一模式光的传播常数为 ，则总的延迟增量为
式中： ； ，c为真空中的光速。

光脉冲的展宽程度可以用延迟时间来反映。
光纤的弯曲性与光纤的抗拉强度有很大关系。抗拉强度大的光纤,不仅强度高,可挠性也好。同时,其环境适应性能也强。

光纤的抗拉强度取决于材料的纯度、分子结构状态、光纤的粗细及缺陷等因素。
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如果
那么
光纤波导的弱导条件是光纤与微波介质圆波导之间的重要差别之一.
弱导的基本含义：很小的折射率差就可能构成良好的光纤波导结构，而且为工艺制造提供了方便。
假设芯包间的相对折射率差为：

光纤的数值孔径NA定义为：当光从空气中入射到光纤端面时的光锥半角之正弦：
光锥的大小是使此角锥内所有方位的光线一旦进入光纤，就被截留在纤芯中，沿着光纤传播。
对于阶跃型光纤，其数值孔径可表示为
光纤的集光本领与数值
孔径有密切的关系:
数值孔径只决定于光纤的折射率，与光纤的尺寸无关
从真空入射时：
光纤波导的弱导条件
想一想：该公式是怎么得到的？
光纤可以做得很细使之柔软、弯曲。当光纤的数值孔径
最大时，光纤的集光本领也最大。
数值孔径的数值一般为：-
A
计算数值孔径NA
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光纤耦合器是实现光信号分路/合路的功能器件。
,纤芯中的部分传导模变为包层模,再由包层进入耦合臂中的纤芯,形成传导模。
把光纤埋入玻璃块的弧形槽中，将其侧面研磨抛光，使光纤耦合处的包层厚度达到一定的要求，然后将两根光纤拼接在一起。
(五)光纤的耦合
光纤的耦合分为强耦合和弱耦合两种
光纤强耦合是光纤纤芯间形成直通，传输模直接进人耦合臂
常用的耦合方式有三种：
拼接型
(2) 将两根光纤稍加扭绞，用微火炬对耦合部位进行加热，在熔融过程中拉伸光纤，最后拉细成型。
熔融拉锥型
此时,在两根光纤的耦合部位形成双锥区,两根光纤包层合并在一起,纤芯变细并靠近,,可构成弱耦合或强耦合。
Pin
耦合臂
直通臂
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还可通过控制扭力或张力，调节光纤间距，以达到调节光纤耦合强弱的目的。
(3) 将光纤的