光源-光纤的耦合和光纤连接器
光纤耦合器的用途
光纤耦合器的用途1.光通信系统：光纤耦合器用于将光信号从一根光纤转移到另一根光纤，实现信号的传输。
在光纤网络中，光纤耦合器用于连接光纤之间的不同部分，如连接光缆到光收发器、光模块到光路复用器等。
它可以实现不同类型的光纤之间的互联，如单模光纤到多模光纤的连接，以及不同直径的光纤之间的连接。
2.光纤传感系统：光纤传感是一种利用光纤的光学特性进行测量和检测的技术。
光纤耦合器在光纤传感系统中起到将光信号从光源传递到传感器的作用。
光纤传感系统可以应用于多种领域，如温度、压力、应力、振动、湿度等物理量的测量。
光纤耦合器的作用是将传感器测得的物理量转化成光信号，然后通过光纤传输到接收端进行分析和处理。
3.光学测试和测量：光纤耦合器可以用于光学测试和测量领域，如光谱分析、波长选择、光功率检测和测量等。
通过光纤耦合器，可以将光信号从光学仪器中耦合到光纤中，然后进行传输和检测。
光学测试和测量常用的光学仪器包括激光器、光谱仪、功率计、光纤传感器等。
4.光纤传输系统：光纤传输是一种高带宽、低损耗、抗干扰的信号传输方式。
光纤耦合器在光纤传输系统中起到将光信号从一个传输通道转移到另一个传输通道的作用。
光纤传输系统广泛应用于通信、广播、电视、互联网和数据中心等领域。
光纤耦合器的作用是实现光纤之间的连接和转接，提高信号的传输效率和质量。
5.激光系统：激光是一种高强度、高方向性、单色性好的光源。
激光系统广泛应用于材料切割、焊接、医疗、测量等领域。
在激光系统中，光纤耦合器用于实现激光器和光纤之间的连接，将激光信号从激光器输出到光纤中。
光纤耦合器还可以用于激光束的合并、分离和调整，以及激光的功率调节和模式转换。
总之，光纤耦合器是一种重要的光纤连接和转接设备，广泛应用于光通信、传感、激光和光学测试等领域。
它能够实现光信号的传输、测量和控制，提高系统的性能和可靠性。
随着光纤技术的不断发展和进步，光纤耦合器的用途将会更加广泛和多样化。
源与光纤的耦合
6.5 光接收机噪声分析
1 数字光纤通信系统的信号变换特点 在数字光纤通信系统中，传输的是由
“0”和“1”组成的二进制光脉冲信号， 这是一种单极性码，即光功率在“接 通”(“1”码)和“断开”(“0”码)两个电平 上变动。
按照“1”码时码元周期T的大小，分 为 归 零 码 (RZ 码 ) 与 非 归 零 码 (NRZ 码 ) 两 种。
(1) 光电检测器 一般采用PIN光电二极管或APD雪崩光电二极管，
它们性能的优劣直接影响整个光接收机的性能 (2) 光电检测器输出的光电流是十分微弱的，需要
多级放大器进行放大，多级放大器的前级为前 置放大器。
一台性能优良的光接收机，应具有无失真地检 测和恢复微弱信号的能力，这首先要求其前端 应有低噪声，高灵敏度和足够的带宽。
包括以下方面： (1)光源特性 (2)调制特性 (3)输出特性
2 光发射机的组成
目前使用的光发射机大多数是直接调制 的光发射机，它的原理如图6-3-1所示。
3 输入电路
输入电路由图6-3-3所示电路组成
6.4光接收机
1 光接收机的组成
光接收机的作用是把接收来的光信号转 变为原来的电信号，它的性能的优劣直 接影响整个光纤通信系统的性能。
6.2 光调制
要实现光纤通信，首先要解决的问题是 如何将电信号加载到光源的发射光束上， 即需要进行光调制。
根据调制与光源的关系，光调制可分为： 直接调制和间接调制。
1 光源的直接调制
直接调制就是将调制信号直接作用在光源上， 把要传送的信息转变为电源信号注入到LD或 LED，获得相应的光信号。这种方法调制的是 光源的发光强度调制(IM)。
6.1光源与光纤的耦合
从光源发射出来的光功率尽可能多地 送入光纤中传输，这就是光源与光纤的
光纤耦合器使用方法
光纤耦合器使用方法光纤耦合器是一种用于将光信号传输的设备，它可以将光纤的输入光束分配到多个输出光纤中，或者将多个输入光纤的光束合并成一个输出光束。
光纤耦合器在光通信、光传感和光学仪器等领域中得到广泛应用。
下面将介绍光纤耦合器的使用方法。
1. 准备工作在使用光纤耦合器之前，首先要准备好所需的设备和材料。
包括光纤耦合器、光纤连接器、光源、光功率计、清洁纸巾等。
确保这些设备和材料的质量良好，以保证光纤耦合器的正常工作。
2. 检查光纤耦合器在使用光纤耦合器之前，要仔细检查其外观是否完好无损，是否有明显的划痕或损坏。
同时要检查光纤接口的连接是否松动，以确保光纤的连接质量。
3. 连接光纤将光纤连接器插入光纤耦合器的接口中，确保插入的深度适当。
然后用手轻轻旋转连接器，使其与光纤耦合器的接口紧密连接。
4. 连接光源和光功率计将光源的输出端与光纤耦合器的输入端相连，再将光功率计的接收端与光纤耦合器的输出端相连。
确保连接的牢固可靠，并避免光纤弯曲或拉伸。
5. 调整光纤耦合器启动光源并读取光功率计的数值，根据需要调整光纤耦合器的位置或角度，以最大程度地传输光信号。
可以根据光功率计的读数来判断光纤耦合器的调整效果，如果读数稳定在一个较高的数值范围内，则表示光纤耦合器的调整正确。
6. 清洁光纤耦合器定期清洁光纤耦合器是保证其正常工作的重要步骤。
使用清洁纸巾轻轻擦拭光纤耦合器的表面，去除灰尘和污垢。
注意不要使用有腐蚀性的溶液或硬物来清洁光纤耦合器，以免损坏其表面。
7. 维护光纤耦合器除了定期清洁光纤耦合器外，还应注意保持其处于干燥、清洁的环境中，避免接触到水、油等液体。
同时要避免光纤耦合器受到强烈的震动或冲击，以免影响其性能和寿命。
总结：光纤耦合器的使用方法包括准备工作、检查光纤耦合器、连接光纤、连接光源和光功率计、调整光纤耦合器、清洁光纤耦合器和维护光纤耦合器等步骤。
正确使用光纤耦合器可以保证光信号的传输质量，提高光纤通信系统的性能。
《光纤通信》课后习题答案
《光纤通信》课后习题答案第一章1.光纤通信的优点和缺点是什么？答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。
缺点包括：接口昂贵、强度差、无法传输电源、需要专用工具、设备和培训、无法经受长期检查等。
2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电气接口、电压电流驱动电路和光源组件组成。
光源组件由光源、光源光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。
光源是led或ld，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。
电压―电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。
光源―光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光探测器组件、放大电路和模拟或数字电气接口组成。
光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤检测器耦合器、光检测器和电流电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。
常用的器件有pin和apd。
然后再通过电流―电压转换器，变成电压信号输出。
模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
一光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。
光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套组成。
光缆线路箱：光缆厂家生产的光缆一般为2km。
因此，如果光传输和光接收之间的距离超过2km，则需要每隔2km将光缆与光缆线路盒连接。
光缆接线盒：主要用于将光缆从室外（或室内）引入室内（或室外），将光缆中的光纤与光缆分开，一般放置在光设备室内。
光纤连接器：主要用于将光发射机（或光接收机）与从光缆接线盒中分离出来的光纤连接，即光纤跳线与光缆中的光纤连接。
3．假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5ghz的微波载波和1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？解决方案：根据问题的含义，得出在5GHz微波载波下，数字通信系统的比特率为50MB/s，可传输781路64KB/s音频信道。
光纤耦合器的介绍
光纤耦合器的介绍固定式光纤耦合器一般由光源模块、耦合模块和接收器模块组成。
光源模块通常使用激光二极管或LED作为光源，经过光驱动电路产生激发光，并经过光纤传输到耦合模块。
耦合模块包括光纤与光源的耦合结构，可以保证光能有效地输入到输出光纤中。
接收器模块由光电检测器和信号处理器组成，用于接收并处理输出光纤中的光信号。
可调式光纤耦合器的耦合参数可以根据需求进行调整，具有更大的灵活性。
它主要由耦合模块和调节结构组成。
耦合模块包括光纤与光源的耦合结构以及调节装置，通过调节装置可以改变耦合结构的位置和角度，从而调整耦合效果。
可调式光纤耦合器可以根据需要实现不同光纤之间的耦合，或者调整入射光的角度和位置，以满足不同的应用需求。
光纤耦合器的基本性能参数包括插损、回波损耗和耦合均匀性。
插损是指光信号从光源耦合到输出光纤时的功率损失，回波损耗是指从输出光纤反射回光源的功率损失，耦合均匀性是指不同光纤之间的耦合效果的一致性。
这些参数对于保证光信号的传输质量和系统的稳定性非常重要。
除了基本功能外，光纤耦合器还可以根据应用需求具备其他特殊功能。
例如，双向光纤耦合器可以实现双向光信号的耦合和输出；波分复用光纤耦合器可以实现不同波长光信号的耦合和分离；分束光纤耦合器可以将光信号分为多个输出光纤；耦合多路光纤耦合器可以实现多个光信号的耦合和输出等。
与传统的电缆传输方式相比，光纤耦合器具有传输距离远、带宽大、抗干扰性强等优点。
它在通信系统、光纤传感系统、医学仪器、工业自动化等领域都有广泛的应用。
同时，随着光纤技术的不断发展，光纤耦合器的性能也在不断提高，对于满足更高要求的光纤传输应用提供了更多的选择。
基本光纤系统实验报告
一、实验目的1. 理解光纤通信的基本原理和系统组成。
2. 掌握光纤的传输特性，如损耗、色散等。
3. 学习光纤连接器、耦合器等无源器件的使用方法。
4. 通过实验验证光纤通信系统的性能。
二、实验原理光纤通信是利用光波在光纤中传输信息的一种通信方式。
其基本原理是：将电信号转换为光信号，通过光纤传输，再由光接收器将光信号转换回电信号。
光纤通信系统主要由以下几部分组成：1. 光源：产生光信号，如激光二极管（LED）或发光二极管（LED）。
2. 光纤：传输光信号的介质，具有低损耗、宽带宽、抗干扰等优点。
3. 光耦合器：将光信号从光源耦合到光纤中。
4. 光接收器：将光信号转换为电信号。
5. 无源器件：如连接器、耦合器、衰减器等，用于连接和调节光信号。
三、实验仪器与设备1. 光纤通信实验系统2. 激光二极管（LED）光源3. 光纤4. 光耦合器5. 光接收器6. 双踪示波器7. 光功率计8. 光纤连接器9. 光纤耦合器10. 光衰减器四、实验内容与步骤1. 光纤连接与测试(1) 将激光二极管（LED）光源、光纤、光耦合器、光接收器等设备连接成光纤通信系统。
(2) 使用光纤连接器将光纤连接到光耦合器上，确保连接牢固。
(3) 使用光功率计测量光信号的输入功率和输出功率，记录数据。
2. 光纤传输特性测试(1) 测试不同长度光纤的传输损耗，记录数据。
(2) 测试不同波长光信号的传输损耗，记录数据。
(3) 测试光纤的色散特性，记录数据。
3. 无源器件测试(1) 测试光耦合器的插入损耗和隔离度。
(2) 测试光纤连接器的插入损耗和回波损耗。
(3) 测试光衰减器的衰减量。
4. 系统性能测试(1) 测试系统的误码率，记录数据。
(2) 测试系统的信噪比，记录数据。
五、实验结果与分析1. 光纤连接与测试光纤连接成功，光信号传输正常。
光功率计测得的输入功率和输出功率符合预期。
2. 光纤传输特性测试(1) 随着光纤长度的增加，传输损耗逐渐增加。
光纤耦合原理
光纤耦合原理
光纤耦合是指通过光纤将光信号从一个光学系统传输到另一个光学系统的过程。
在现代通信和光学领域，光纤耦合技术已经成为了不可或缺的一部分。
光纤耦合的原理涉及到光的传输、损耗和耦合效率等多个方面，下面我们将详细介绍光纤耦合的原理。
首先，光纤耦合的原理基于光的全内反射。
光线在两种介质之间传播时，如果
入射角大于临界角，光线将会被完全反射回原介质中。
这种全内反射的特性使得光能够在光纤内部传输，而不会发生大量的能量损耗。
因此，光纤成为了一种理想的光传输介质。
其次，光纤耦合的原理还涉及到光的衍射和色散。
光在光纤中传输时会发生衍
射现象，这会导致光的传输损耗。
另外，不同波长的光在光纤中传播速度也会有所不同，这就是色散现象。
因此，在光纤耦合设计中，需要考虑衍射和色散对光传输的影响，以提高光的耦合效率。
此外，光纤耦合还需要考虑到光的模式匹配。
光在光纤中传输时会呈现出不同
的传输模式，如单模和多模。
在进行光纤耦合时，需要保证光源和接收器的模式能够匹配，以提高耦合效率和光的传输质量。
光纤耦合的原理还涉及到光纤连接器的设计和制造。
光纤连接器是将光纤与光
学器件（如激光器、光纤放大器等）连接起来的关键部件。
光纤连接器的设计需要考虑到光的传输损耗、耦合效率和连接稳定性等因素，以确保光的有效传输和耦合。
总之，光纤耦合的原理涉及到光的传输、全内反射、衍射、色散、模式匹配和
连接器设计等多个方面。
通过合理设计和优化光纤耦合系统，可以提高光的传输效率和质量，从而实现更高性能的光学通信和光学传感应用。
光源与光纤耦合实验
课程名称：光纤传感原理与技术实验题目：光源与光纤耦合实验指导教师：班级：学号：学生姓名：一、实验目的和任务1、了解光源与光纤的耦合方法。
2、通过耦合过程熟悉glens或clens的特性。
二、实验仪器及器件1、单模光纤两根2、光纤测试实验箱一台三、实验内容及原理1、所谓光源与光纤耦合是指把光源发出的光功率最大限度地输送到光纤中去。
它涉及到光源辐射空间分布、光源发光面积以及光纤接收光特性和传输特性等。
2、各种透镜耦合（1）薄透镜耦合利用薄透镜成像的原理，把光斑汇集在光纤端面，在数值孔径以内的光能量大部分将耦合到光纤中去，这种方法原理简单，但可操作性，特别是批量生产的可操作性变差，所以目前在生产中逐渐减少。
（2）glens和clensglens和clens是目前使用较多的方案，广泛应用于隔离器、WDM、光开关等等无源器件中。
它的最大优势在于它批量生产中的可操作性，因为它是一个圆柱形的产品，可以直接插入一个精度很高的套筒内，就可以保证其和光路很好的同轴，使生产工艺大大简化。
glens和clens制作准直器的过程：就是把光纤放入毛细管内，点胶，然后切掉端面外的光纤，研磨、抛光、镀膜，再把glens或clens与前面做好的pigtail一起放到一个镀金的圆筒内，整个过程中关键问题是部件的精密配合，以及部件材料和胶的选择。
四、实验步骤1、将650激光器及支架架在导轨的最左侧，连接激光器电源；2、把准直器放入四维调整架的固定孔内，通过光纤准直器数据线将准直器的另一端接到FC接头支架上；3、在FC接头支架后方放置一个白屏；4、打开激光器电源，调节四维调整架，观察白屏上激光器光斑的明暗变化。
五、实验测试数据表格记录图5.1 实验1550nm连接图图5.2 1550nm功率显示图图5.3 实验1310nm连接图图5.4 1310nm功率显示图六、实验结论与感悟（或讨论）做实验之前，首先由上一组同学给我们进行讲解实验箱的功能以及单模光纤和多模光纤，还有实验操作步骤及注意事项。
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B 0,max
0
0
cos sindddsrdr
pB0
rm 0
2p
0
sin20,maxdsrdr
pB0
rm 0
2p
0
NA2dsrdr
对于阶跃光纤，NA是常数与s和r无关，于是：
p P LE ,Байду номын сангаасD te p 2rs2B0N2 A
因此：
PLED ,stepPsrasN2PAs2,NA2,
ra
5.3 光纤与光纤的连接
多模光纤的连接 单模光纤的连接
多模光纤的连接
假设所有模式功率均匀分布，光纤-光纤的功率耦合与两根光 纤共有的模式数成正比。由此光纤-光纤的耦合效率为：
Rn n1 1 n n23 3..6 60 0 1 1..4 48 8 20.174
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 couple1d RP emitted
由反射造成的功率损耗为：
L1l0 o P P g c eo mui p t tle e1 d dl0 o1g R ()0.8d 3B
有：
p P
B rs 00
02pN2A dsrdr
PLED,graded
2p 2B0
rs 0
n2 (r) n22
rdr
2p
2rs2
B0n121
2
2
rs a
2Ps
n121
2
2
rs a
a
n (r) n n 1 11 (1 2 2 ()r1 //2 a ) n 1 1 (/1 2 )n 20 r r a a
LED发射的光耦合入多模光纤之后，由于非传播模式的能量 衰减，将在开始的~50 m存在注入模式达到稳态的过程。
NAin
NAout
与轴心夹角大的模式不断损耗
5.2 改善耦合的透镜结构
透镜耦合一般用于光源发光面积小于纤芯面积的情况，其作 用是： (1)扩大光源的发射面积，使之与纤芯区域匹配 (2)改变光线的入射角，使之容易耦合入纤
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：
2
R
n1 n1
n n
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。
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：
0.72m5W
如果纤芯半径为25 mm，NA = 0.20，入纤功率为：
PLED ,step
a rs
2
Ps
( NA
)2
25 mm 35 mm
2 0.725
mW
0.37 mW
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—梯度光纤
渐变折射率光纤NA与无关但与r有关。对于r < a的情况，根据
二者在pn结平面的水平方向 = 0和垂直方向 = p/2 分别有不
同的辐射角分布：
B1,B0sci2noTsBc0co2oLss
式中 T 和 L 是垂直方向和水平方向的功率分布系数，一般边 发光 LED 的L = 1 而 LD 的 L > 100；T 的值一般较大
例
半导体激光器在水平方向上 ( = 0) 的半功率光束角度为2 =
2p 2p
0
0
p
2 0
B0
cos
sin
d d d s rdr
rs 0
2p
0 d s rdr
2p 0
p
2 0
B0
cos
sin
d d
p rs2 p B 0
p
2
r
2 s
B
0
面发光LED的功率耦合—阶跃光纤
发光半径 r 小于纤芯半径 a 时：
P
rm 0
2p 2p 0 0
非成像微球
假设微球的折射率为2.0，曲 率半径为RL。将球面紧贴发 光区域它可使光源发射区域 面积可被放大M倍：
M
RL rs
2
在使用透镜的条件下，LED能够耦合进一个张角为2的口径
中的光功率PL可以由下式计算：
PL
RL rs
2Ps
sin2
NA
本章内容
光源-光纤的耦合 光纤-光纤的耦合 光纤的连接和光纤连接器
10度。因此，根据
B5 1,0B 0c1o L5s0.5 1B 0
可以得到：
L
log0.5
logcos5
log0.5 log0.9962
182
相反边LED的L = 1，因此其水
平半功率宽度为2 = 120度。
功率耦合计算：面LED
对于分布B(As, Ws)对称的光源，其中As和Ws分别为光源的面 积和发射立体角。光源-光纤的耦合功率由下式决定：
PAdsAdsBAs,s
rm 0
2p2p 0 0
00,maB x ,sindddsr
dr
面发光LED的输出总功率
Ps A dA s d s B A s , s
rs 0
2p 2p
0
0
p
2 B ,
0
sin d d d s rdr
rs 0
耦合入纤功率与工作波长无关
一方面，纤芯半径为a的阶跃光纤中传播的模式数目为：
M122pa2 n12n22
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：
PM B02
于是，耦合入纤的功率总和不变：
p M P M2a2 n 1 2n2 2B 0
光源与多模光纤的额外耦合损耗
辐射强度单位：平方厘米、单位球面度的瓦特数 W/(cm2·sr)
光源
发射区域
辐射空间角分布：空间光功率的分布
光源的输出方向图：面LED
面发射LED近似为朗伯光源：各个方向等亮度B0
d'A dA cos
面LED的辐角分布：
B,B 0co s
半功率光束角度：2 = 120度
光源的输出方向图：边LED和LD
光源-光纤的耦合 和光纤连接器
本章内容
光源-光纤的耦合 光纤-光纤的耦合 光纤的连接和光纤连接器
5.1 光源至光纤的功率发射
耦合效率：耦合入纤的光功率(PF)与发射总功率(Ps)之比： PF
Ps
问题是如何让耦合效率最高？
光源的辐射强度与空间角分布
辐射强度定义：单位发射面入射到单位立体角内的光功率
ra 作业
例
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：
p PLE,sD te pPs NA 2 2rs2B0NA 2
p20.00c3m 2515W0 /cm 2sr0.20 2