光纤耦合损耗光源与光纤连接时，为获得最佳耦合效率，主要考虑两者的特性参量相互匹配问题。光纤：纤芯直径、数值孔径、截止波长和偏振特性光源：发光面积、发光角分布、光谱特性、输出功率及偏振特性通用光源为半导体激光器和半导体发光二极管，耦合方式分为直接耦合和透镜耦合。显然采用透镜耦合效率更高。采用直接耦合时，半导体激光器优于半导体发光二极管，因为自发辐射光发射的方向性差。半导体发光二极管与多模光纤直接耦合的最大效率为第30页，共61页，星期日，2025年，2月5日多模光纤之间连接时，为获得最佳耦合效率，在同种类光纤中，主要考虑以下几方面问题：1、轴偏离对耦合损失影响2、两光纤端面之间的间隙对耦合损失影响3、两光纤轴之间的倾斜对耦合损失影响4、光纤端面不完整对耦合损失影响在不同种类光纤中，主要考虑：1、光纤芯径2、折射率不同单模光纤之间连接时，也是考虑：轴偏离、轴倾斜、端面间隙和不同种类光纤引起的损耗。光纤和透镜耦合主要考虑数值孔径的匹配和透镜的像差。第31页，共61页，星期日，2025年，2月5日2.光纤的色散色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。材料色散和波导色散总称为色度色散色散一般包括模式色散、材料色散、波导色散和偏振色散。与损耗一样，色散限制了信号在光纤中的传输距离，单色散并不使信号减弱，而是使光脉冲在时域上重叠。第32页，共61页，星期日，2025年，2月5日模式色散（模间色散）：在多模光纤中，由于不同模式的时间延迟（群速度）不同而产生的，它取决于光纤的折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。材料色散（色度色散）：由于光纤的折射率随波长而改变，以及模式内部不同波长成分的光(实际光源不是纯单色光)，其时间延迟不同（群速度）而产生的。这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。第33页，共61页，星期日，2025年，2月5日波导色散（色度色散）：由于导波模具有不同的波长而导致的群速度不同引起的色散（不是常数），与波导效应有关，即波导结构参数与波长有关而产生的，它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。偏振色散：实际应用的单模光纤由于存在少量的不对称性，使得两个偏振模的群时延不同而形成的色散。模内色散：发生在单个模式中的色散，与波长有关的色度色散是材料色散和波导色散之和。第34页，共61页，星期日，2025年，2月5日色散是度量每千米长度上脉冲展宽的的物理量，总脉冲宽度为：以上简单方程适合于模式色散，另外光纤中还存在色度色散和偏振模色散，用这三种色散值平方和的平方根来计算总的脉冲展宽。第35页，共61页，星期日，2025年，2月5日群时延——光纤单位长度传播的延迟时间色散系数——描述光纤色散程度定义为：单位是:ps/nm·km第36页，共61页，星期日，2025年，2月5日3.光纤的非线性效应在光纤通信系统中，光纤中的非线性效应，一方面引起传输信号的附加损耗，通信之间的串话，信号频率的移动；另一方面又可以被用来开发新型器件，如激光器、放大器、调制器等。光孤子通信就是利用光纤中的非线性效应克服色散的影响，压缩后的脉冲已达到6fs(飞秒)的窄脉冲，使通信速率极大提高，传输距离极大延长。因此要了解和掌握光纤非线性效应的基本原理及应用。第37页，共61页，星期日，2025年，2月5日2.4光纤材料及制造
第38页，共61页，星期日，2025年，2月5日光纤材料高纯度熔石英光纤传输损耗低多组分玻璃纤维纤芯－包层折射率可在较大范围内变化，易于制造大数值孔径的光纤。(2)、塑料光纤成本低、材料损耗大、温度性能差。(3)、晶体光纤纤芯为单晶，可用于制作有源和无源光纤器件。(1)、石英光纤第39页，共61页，星期日，2025年，2月5日光纤制造光纤的制造要经历光纤预制棒制备、光纤拉丝、涂覆等具体的工艺步骤。制备光纤预制棒两步法工艺：第一步采用气相沉积工艺生产光纤预制棒的芯棒；第二步是在气相沉积获得的芯棒上施加外包层制成大光纤预制棒。第40页，共61页，星期日，2025年，2月5日气相沉积技术气相沉积技术芯棒外包层外部化学气相沉积法（OVD）轴向气相沉积法（VAD）改进的化学气相沉积法（MCVD）等离子化学气相沉积法（PCVD）套管法粉末法