光纤通信第五版_第八章讲义

第8章 耦合器与连接器
光源与光纤耦合 光纤与光纤连接 光纤与检测器连接
8.1
1
8.1 连接器原理
相同型号光纤之间的连接损耗最主要因素是纤芯对准 不理想，纤芯连接不理想主要有以下四种情况： 1） 横向错位 2） 角度错位
8.1
2
8.1 连接器原理
相同型号光纤之间的连接损耗最主要因素是纤芯对准 不理想，纤芯连接不理想主要有以下四种情况： 3） 端面间隔 4） 端面不平滑
（8-5）
q 单位为弧度，n2 = 包层折射率
V = 2.4 w/a = 1.1 n2 = 1.46 = 0.8 mm
8.1
12
8.1.3 端面分离（多模光纤）
损耗机理：
1.在每个反射面有4%的菲涅尔反射损耗（0.2 dB）
8.1
13
8.1.3 端面分离（多模光纤）
通常在两个纤芯之间填充匹配液，其折射率等于纤 芯折射率，以此减小端面分离的影响。
45
8.5.2 面积失配损耗
光源的面积大于纤芯面积，则部分
能量会损耗掉，损耗由纤芯面积Ac 和
光源面积 As决定。耦合效率降低为：
以dB值表示，损耗为：
Ac As
Ac L 10log 10log As
该式适用于光源面积大于纤芯面积的情况， 当纤芯更大时，该损耗为0
8.5
46
8.5.3 封装比损耗 将一个光源连接到一束光纤上，没照到光纤纤芯 上的光将会损失 。损耗的计算是用纤芯总面积除以光 源面积，这种损耗称之为封装比损耗
8.1
3
8.1 连接器原理
Pin
连接器
������out ������ = ������in ������ = −������������ ������������������ ������ (dB)

Pout
8.1
4
8.1.1 横向错位（多模光纤）
������out 令连接器耦合效为率： ������ = ������ ，则连接损耗为： in ������ = −������������ ������������������ ������ (dB) 横向错位损耗对于多模阶跃折射率光纤，公式为： ������ ������ ������ −������ ������ = ������������������ − ������ ������������ ������������ 单位为弧度
x = 缝隙宽度
问题来了，端面分离损耗与λ呈什么关系？ 请使用第五章所学习的内容进行分析。
8.1
18
8.1.3 端面分离（单模光纤）
曲线图的其它条件： V = 2.4， w/a = 1.1， n1 = 1.465， n2 = 1.46， NA = 0.12， = 0.8 mm.
8.1
19
8.1.5 不同光纤之间的连接
8.1 14
8.1.3 端面分离（多模光纤） 2. 光纤传播损耗
对于阶跃多模光纤，有：
������NA ������ = −������������������������������ ������ − ������������������������
no 是填充缝隙的匹配液折射率（如果有的话）
（8-6）
8.3
28
8.3.2 粘接
a） 使用一个机械支撑结构将光纤对齐
b） 使用粘合剂将光纤位置固定
损耗：典型值从0.05到0.5 dB.
8.3
29
8.3.2 粘接
机械接头举例：
8.3
30
88.3.3 无胶粘快速接头 精密套管和人造橡胶接头也可硬通过夹具来制造
步骤：
1. 裸光纤
2. 刻痕-断裂以产生一个平整光滑的断面
8.3 接头
接头是两根光纤永久连接的产物，
主要有两种接头方式：熔接和机械连接
8.3
26
8.3.1 熔接 熔接就是将光纤融化焊接在一起
电极连接到一个充电电容上，在光纤对齐后，电容放电， 形成电弧，将光纤熔接在一起 典型损耗值低于0.05 到0.2 dB
8.3 27
8.3.1 熔接 熔接就是将光纤融化焊接在一起
8.5
47
8.5.4 数值孔径损耗 计算光源耦合进阶跃光纤的损耗与光源发光的
图样有关。假设光源的辐射图样为：
辐照度（亮度）：
������ ������ = ������������ ������������������������ ������ （w/立体弧度-m2 ） 面积单位m2 指的是光源发光面积A s。 在cos项中，系数m是整数。当m增加时，光束的发散程度
8.1 5
������ ������ − ������������
������
（8-1）
8.1.1 横向错位（多模光纤）
������ ������ ������ ������ = ������������������������������������ − ������ ������������ ������������
8.4
33
8.4.1 连接器的要求 1. 低损耗（典型值0.5 - 0.2 dB） 2. 可重复行与可预测性 3. 长寿命 4. 高强度 5. 环境适应性 6. 易于组装 7. 易于使用 8. 成本低
8.4 34
8.4.2 常规连接器 直套管型连接器
8.4
35
8.4.2 常规连接器 直套管型连接器
随之减小。
8.5 48
8.5.4 数值孔径损耗
������ ������ = ������������ ������������������������ ������ （w/立体弧度-m2 ）
当m增加时，光束的发散程度随之减小，有利于 减少数值孔径损耗。
8.5 49
8.5.4 数值孔径损耗 例：光源参数为 m = 1 和 m = 9两个情况下求半功 率光束宽度，
A. 纤芯直径不同
多模阶跃光纤
耦合效率：
L = - 10 log （a2 /a1）2
如果
（8-8）
a1 a2
则没有损失（L = 0）.
8.1 20
8.1.5 不同光纤之间的连接
B. NA不同
NA1
������ = NA������ NA������
������
NA2
������ = −������������������������������ NA������ NA������
8.4
36
8.4.2 常规连接器
1. SMA连接器-螺丝头
2. 双锥形
3. ST 连接器-旋紧
8.4
37
连接器形式
4. FC/D4
5. SC 连接器-插拔
6. EC
8.4
38
8.4.3 小尺寸连接器
在某些应用中，需要在一个狭小的空间能制造大量的 连接器，所以需要小尺寸连接器。小尺寸连接器与常 规连接器相比，尺寸减半，其型号包括： MT-RJ， SCDC， MU， LC， 和 VF-45. MT-RJ MU
������ = −10������������
������ 2 − ������ ������
若要求连接器典型值为
1dB，d/w=0.48
8.1
9
8.1.2 角度错位（多模光纤）
������������ ������ ������ = ������ − ������NA ������������ ������ ������ = −������������������������������ ������ − ������NA （8-4）
高NA
低NA
8.1
17
8.1.3 端面分离（单模光纤） 单模光纤的端面分离：
������ = −������������������������������ ������������ ������ = ������������������������ ������������ ������ ������������������ + ������ ������������������ + ������ ������ + ������������������ （8-7）
������ ������ − ������������
������
������ = −������������ ������������������ ������ (dB)
随着横向位移量增加， 损耗上升。 实际情况损耗要更低些 因为纤芯边缘功率更小
8.1
7
8.1.1 横向错位（单模光纤）
������ =
������
NA2 NA1 NA2 NA1
（8-9）
������ = ������
8.1
21
8.1.6 连接点的反射
自行阅读
8.1 22
8.2 光纤头预处理
光纤头的预处理主要为以下内容服务 ：
1. 接头
2. 连接器
3. 光源到光纤的耦合
4. 光纤到光电检测器的耦合
5. 裸光纤的测量（如NA、损耗以及光纤模式的测量）
LC
8.4
39
8.4.4 交叠型连接器
8.4.5 透镜连接器
8.4.6 多通道连接器
8.4
40
8.4.7 实际看一个光纤连接器的参数
FC光纤连接器
8.4 41
8.5 光源耦合
本节我们学习光源与光纤之间的耦合效率问 题。耦合效率计算公式为：

Pf Ps
Pf 是光纤中的功率 Ps 是光源发射的功率，
解： 令 cosmq = 0.5，求得结果为： 对于m = 1， 光束宽度为60° 对于m = 9， 光束宽度为22.2°