第3章

外界因素引起的

光纖系統的損耗2023/7/273.1引言上一章（光纖制造、光纖材料）光纖彎曲產生的損耗光纖系統耦合產生的損耗2023/7/273.2彎曲引起的光纖損耗彎曲分類宏彎微彎3.2.1光纖的宏彎損耗

R>Rc附加損耗很小

R〈Rc附加損耗按指數迅速增加多模損耗單模損耗αRcR2023/7/273.2.1光纖的宏彎損耗1.多模損耗2023/7/272.單模損耗ABCλ/umRc/mm2023/7/273.2.2光纖的微彎損耗1.多模損耗（1）k’=kc,光纖的微彎損耗最大（2）在l=lc，主衰減譜寬為2lc2/L,兩側還有次級大出現（3）光纖的微彎損耗與微彎振幅平方成正比（4）光纖的微彎損耗與微彎總長成正比2023/7/272.

單模損耗2023/7/273.3光纖和光源的耦合損耗光纖與光源連接時，為獲得最佳耦合效率，主要考慮兩者特征參量相互匹配的問題。光纖參數：纖芯直徑、數值孔徑、截至波長（單模）、偏振特性光源參數：發光面積、發光的角分布、光譜特性（單色性）、輸出光功率、偏振特性2023/7/273.3.1半導體激光器和光纖的耦合損耗半導體光源特點2023/7/271.直接耦合的損耗2023/7/272.用透鏡耦合的損耗（1）球透鏡圖3·3·4端面球透鏡的光路簡圖圖3·3·5等效接收角和球半徑及光纖半徑的關系2023/7/27（2）柱透鏡

利用柱透鏡可把半導體激光器發出的光進行單方向會聚，使光斑接近圓形以提高耦合效率。也可利用球透鏡和柱透鏡的組合進一步提高耦合效率。這種耦合方式的缺點是它對激光器、柱透鏡、球透鏡以及光纖的相對位置的準確性要求極高，稍一偏離正確位置，耦合效率就急劇下降，甚至不如直接耦合。2023/7/27（3）凸透鏡耦合凸透鏡耦合一般用直徑為3~5mm，焦距為4一15mm的凸透鏡凸透鏡耦合的光路簡圖2023/7/27

（4）圓錐形透鏡耦合

2023/7/27為了滿足激光器長條發光面和圓形光纖的耦合要求，人們還提出了一種異形透鏡的耦合辦法。透鏡的一個端面為長條形，可與激光器發光面配合，另一個端面為圓形，可與光纖連接。最近由于微電子技術的不斷進步，二元光學得以迅速發展。于是有人在研制利用微型相位光柵以改變半導體激光器輸出光波的空間分布:由長條形分布改變為圓對稱分布，以提高半導體激光器和光纖的耦合效率。預計此法有較好前景。（5）異型透鏡

2023/7/27對于單模光纖的耦合，其微型元件的制造、定位、固定以及抗干擾問題都比多模光纖的耦合要困難。因為這時光纖的芯徑要小很多。光源和光纖耦合一些典型的光路簡圖2023/7/273.3.2半導體發光二極管和光纖的耦合損耗發光二極管激光器自發輻射受激輻射發射方向性差方向性好均勻面發光余弦發光高斯分布2023/7/271.直接耦合的損耗2023/7/272023/7/272.用透鏡耦合的損耗（1）球透鏡（2）柱透鏡（3）凸透鏡耦合（4）圓錐形透鏡耦合（5）異型透鏡2023/7/273.4多模光纖和多模光纖的直接耦合損耗

假設光功率在截面上分布均勻光強的角分布和偏振也是均勻的光纖是均勻折射率分布的多模光纖軸偏離的耦合損耗兩光纖端面之間的間隙的耦合損耗兩光纖端面之間傾斜的耦合損耗兩光纖端面之間不完整的耦合損耗兩光纖種類不同的耦合損耗2023/7/273.4.1軸偏離對耦合損耗的影響2023/7/273.4.2兩光纖端面之間的間隙對耦合損耗的影響2023/7/273.4.3兩光纖端面之間傾斜對耦合損耗的影響2023/7/273.4.4兩光纖端面之間不完整對耦合損耗的影響端面傾斜端面彎曲2023/7/273.4.5兩光纖種類不同對耦合損耗的影響光纖芯徑不同2023/7/27折射率不同2023/7/273.5單模光纖和單模光纖的直接耦合損耗

假設光功率在截面上分布為高斯分布3.5.1兩光纖離軸和軸傾斜對耦合損耗的影響2023/7/273.5.2兩纖端面間隙對耦合損耗的影響2023/7/273.5.3兩光纖種類不同對耦合損耗的影響

2023/7/273.6多模光纖通過透鏡耦合光纖和透鏡耦合：主要應考慮兩者數值孔徑的匹配以及透鏡的像差

單透鏡的近軸特性單透鏡的球差耦合效率2023/7/273.6.1單透鏡的近軸特性1.變折射率（自聚焦透鏡）

2.球透鏡

3.圓棒狀透鏡

2023/7/274.透鏡耦合系統

在光纖和透鏡的耦合系統中，考慮到接頭的互換，減小裝配誤差以及中間可插入光學元件(諸如偏振器、調制器、光隔離器等)，均采用平行光結構。這時對于軸上點需考慮透鏡球差引起的焦點光斑擴大。2023/7/273.6.2單透鏡的球差1.變折射率（自聚焦透鏡）2.球透鏡3.圓棒狀透鏡2023/7/27例對于典型的多模光纖，NA=0.2，若取

f=3mm，n0=1.552023/7/27寫在最后成功的基礎在于好的學習習慣Thefoundationofsuccessliesingoodhabits36謝謝聆聽·學習就是為了達到一定目的而努力去干,是為一個目標去戰勝各