fib n (a)阶跃折射率分布 (b)渐变折射率分布 m() (c)叶状折射率分布 图1.2几种常见的折射率分布曲线 图1.3显示阶跃型光纤的接收角锥 空气20 图1.3阶跃型光纤的接收角锥 对于阶跃折射率光纤,根据定义可得数值孔径为:
fib (1.4) 由于42<<24,经过推算之后,可以得到 N.A=n1(24)2=[2n1(n1-n2)] (1.5) 3.衰减 峰值强度(光功率)为Ⅰ的光脉冲从左端注入光纤纤芯,光沿着 光纤传播时,其强度将按指数规律递减,即 I(Z)=loe. (1.6) 式中I—进入光纤纤芯(Z=0处)的初始光强 Z—沿光纤的纵向距离 a—光强衰减系数 光功率在光纤的衰减情况如图1.4所示 ∧ 输人 图1.4光强与距离的函数关系 光纤衰减率的定义:光在光纤中每传播lkm,光强损耗的分贝 数定义为衰减率。即 衰减率=-10logr(dB/km) (1.7) 若Z的单位用km表示,则当Z=1km时,由式1.6可得 I(1)=l 将此式代入1.7式,则得 衰减率=4.3a(dB/km) 1.9)
fib 可见,衰减率只与衰减系数有关 引起光衰减的原因有材料吸收、弯曲损耗和散射损耗等几种。限 于篇幅,在这里不一一叙述的。目前,单模光纤的衰减率可以达到 0.4dB/km,多模光纤的衰减率可以达到0.5dB/km的水平。 模式 光线理论是光在有限介质中传播的一种近似的表达方法。只有 在光波长与波导横截面尺寸相比较小的时候,这种理论才能适用氦 氖激光器的光波长是0.63m,光线理论能很好地应用于芯径大于 5m的光纤。但对于芯径为4pm的光纤来讲,光线理论的近似性较 差。此时用电磁波的理论来表述光的传播更为合适。 根据麦克斯伟方程,当引入纤芯一包层界面处的边界条件时,只 能存在波动方程的特定(离散)解,这些特定解代表了许多离散的沿 波导轴线传播的波,每个波都具有不同的振幅和速度都代表了一种 模式。 正因为如此,光纤可以分为单模光纤和多模光纤制作这两种光 纤连接器时,其加工精度,测试方法将有所区别。 5.光纤的几何和机械参数 (1)纤芯直径:这是制作连接器要考虑的重要指标 一般要求单模为9μm±0.5pm;多模为50μm±1ym。 (2)纤芯不圆度:小于0.5m。 (3)包层直径:一般选用125m±2m (4)包层不圆度:小于2% (5)同轴度:是指纤芯中轴线对包层外圆柱面的同轴度,要求小 于1m。 (6)抗拉强度:制作连接器的光纤,其抗拉强度要求高一些,应 大于0.5kg 1.1.2连接器的重要指标 评价一个连接器的指标很多,但最重要的指标有4个,即插入损
fib 耗、回波损耗、重复性和互换性。 插入损耗 插入损耗是指光纤中的光信号通过活动连接器之后,其输出光 功率相对输入光功率的比率的分贝数表达式为 olog b(dB) (1.10) 其中Po—输入端的光功率 P1输出端的光功率 对于多模光纤连接器来讲注入的光功率应当经过稳模器,滤去 高次模,使光纤中的模式为稳态分布这样才能准确地衡量连接器的 插入损耗 插入损耗愈小愈好。 2.回波损耗 回波损耗又称为后向反射损耗。它是指在光纤连接处,后向反射 光相对输入光的比率的分贝数,表达式为 olog D(dB) Po—输入光幼率 P.一后向反射光功率 回波损耗愈大愈好,以减少反射光对光源和系统的影响。 3.重复性和互换性 重复性是指光纤(缆)活动连接器多次插拔后插入损耗的变化 用dB表示。互换性是指连接器各部件互换时插入损耗的变化,也用 dB表示。这两项指标可以考核连接器结构设计和加工工艺的合理 性,也是表明连接器实用化的重要标志连接器的部件一般分为跳线 和转换器两部分(下述)。互换性是指这两种部件的任意互换或有条 件的互换。 1.1.3影响插人损耗的各种因素 光纤连接时,由于光纤纤芯直径数值孔径、折射率分布的差异
fib 以及横向错位、角度倾斜、端面间隙、端面形状、端面光洁度等因素的 影响,都会产生连接损耗。下面分别予以探讨。 纤芯错位损耗 纤芯错位如图1.5所示 图1.5纤芯错位 由于纤芯横向错位引起的损耗叫错位损耗。它是产生连接损耗 的重要原因渐变型折射率多模光纤在模式稳态分布时,其错位损耗 用下式表示: I4=-10log[1-2.35(d/a)2] (1.12) 单模光纤的传输模为高斯分布,其错位损耗由下式表示: 1ologe-(d/a) 0.65+161 V=2xan1√2△/A Δ一相对折射率 λ一传输光波长 n1一纤芯折射率 图1.6表示错位与损耗之间的关系曲线 图1.6中多模光纤2a=50m,△=1%;单模光纤2a=10m,△ 0.3%。图中显示,若要求错位损耗小于0.1dB,对于多模渐变型光 纤在模式稳态分布时,横向错位应小于3m;对于单模光纤,横向错