上海交通大学：《光纤通信系统与设计》教学资源（PPT课件）第五章 光功率发射和耦合

例 面LED有一个半径为35um的圆形发射区，朗伯辐射 方向图的轴向发射强度为150W/(cm2·sr）)。对于一根纤 芯半径为50um,NA=0.20的光纤，入纤功率为： PLED=P.(NA)=B(NA)Y =元2×0.0035cm2)k150w/cm2.sr)x(0.20} =0.725mW 如果纤芯半径为25um,NA=0.20,入纤功率为： P(NA) rs=10,P=0.207 25μm 35m (0.725mW） 对于同一光纤发 光面积越大耦合 =0.37mW 入纤的功率越多

面LED有一个半径为35 mm的圆形发射区，朗伯辐射 方向图的轴向发射强度为150W/(cm2·sr)。对于一根纤 芯半径为50 mm，NA = 0.20的光纤，入纤功率为：           mW cm W cm sr PLED step Ps NA rs B NA 0.725 0.0035 150 / 0.20 2 2 2 2 2 0 2 2 2 ,         p p 如果纤芯半径为25 mm，NA = 0.20，入纤功率为：   mW mW m m P NA r a P s s LED step 0.37 0.725 35 25 ( ) 2 2 2 ,                m m 例 rs = 10, P = 0.207 对于同一光纤发 光面积越大耦合 入纤的功率越多

面发光LED的功率耦合一梯度光纤 渐变折射率光纤NA与B无关但与r有关。对于r,<a的情 况，根据： P"NAdd,rdr 有： P=2B(r)rdr -2e门 -24-a2a n(r)= m1-2A(rla)" 0≤r≤a n,(1-2△)2=n,(1-△)=n2 r>a

                                 a s s s s r LED graded a r P n a r r B n P B n r n rdr s 2 2 2 1 2 2 2 1 2 ( ) 2 1 2 0 1 2 2 0 2 2 2 0 2 ,   p p  渐变折射率光纤NA与无关但与r有关。对于rs< a的情 况，根据： 有： 面发光LED的功率耦合—梯度光纤 P B NA d rdr sr    s 0 2 0 2 0 p p                    n n n r a n r a r a n r 1 2 1/ 2 1 1/ 2 1 (1 2 ) (1 ) 1 2 ( / ) 0 ( ) 

考虑端面反射的功率耦合 当端面存在反射时，对于垂直的光纤端面，耦合进 光纤的功率由于光的反射将降低一个因子大小： R为光纤纤芯端面的菲涅尔反射系数，n和n1分别为 外部介质和纤芯的折射率

2 1 1          n n n n R 当端面存在反射时，对于垂直的光纤端面，耦合进 光纤的功率由于光的反射将降低一个因子大小： R为光纤纤芯端面的菲涅尔反射系数，n和n1分别为 外部介质和纤芯的折射率。 考虑端面反射的功率耦合

例 一个折射率为3.6的GaAs光源耦合进折射率为1.48的石英光纤 中，如果光纤端面和光源在物理上紧密相接，于是分界面上 发生菲涅尔反射： R= %=n=3.60-148 =0.174 n +n 3.60+1.48 这相当于17.4%的发射功率反射回光源，与这一R值相对应的 耦合功率由下式给定： P.opea=(1-R）Pmed 由反射造成的功率损耗为： --1010g =-101og(1-R)=0.83dB

0.174 3.60 1.48 3.60 1.48 2 2 1 1                    n n n n R   Pcoupled  1 R Pemitted 10log  10log(1 )  0.83dB         R P P L emitted coupled 一个折射率为3.6的GaAs光源耦合进折射率为1.48的石英光纤 中，如果光纤端面和光源在物理上紧密相接，于是分界面上 发生菲涅尔反射： 这相当于17.4%的发射功率反射回光源，与这一R值相对应的 耦合功率由下式给定： 由反射造成的功率损耗为： 例

耦合入纤功率与工作波长无关 一方面，芯径为a的阶跃光纤中传播的模式数目为： 另一方面，由一个特定工作波长的光源激励起来的 每个模式平均携带的光功率为： Py BoR 于是，耦合入纤的功率总和不变： M.Py =2(xa)ni-n2 Bo =2(a2B。×NA

2 2 2 1 2 2 2 1 n n a M          p 2 PM  B0 一方面，芯径为a的阶跃光纤中传播的模式数目为： 另一方面，由一个特定工作波长的光源激励起来的 每个模式平均携带的光功率为： 于是，耦合入纤的功率总和不变： 耦合入纤功率与工作波长无关    a B NA M PM a n n B      0 2 0 2 2 2 1 2 2 2 p p