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    [分享]RP 系列 激光分析設計軟件 | 無源光纖( 第一部分) [復制鏈接]

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    只看樓主 倒序閱讀 樓主  發表于: 08-05
    — 本帖被 cyqdesign 從 GLAD,LASCAD,ASLD 移動到本區(2022-08-05) —

    教程包含以下部分:

    ① 玻璃光纖中的導光

    ② 光纖模式

    ③ 單模光纖

    ④ 多模光纖

    ⑤ 光纖末端

    ⑥ 光纖接頭

    ⑦ 傳播損耗

    ⑧ 光纖耦合器和分路器

    ⑨ 偏振問題

    ⑩ 光纖的色散

    ⑪ 光纖的非線性

    ⑫ 光纖中的超短脈沖和信號

    ⑬ 附件和工具

    這是 Paschotta 博士無源光纖教程的第 1 部分

    第一部分:玻璃光纖中的導光

    任何光纖的基本功能是引導光,即充當介電波導:注入一端的光應在光纖中保持引導。換言之,必須防止其丟失,例如通過到達外表面并從那里逃逸。我們這里針對玻璃光纖進行說明,但是塑料光纖的工作原理是一樣的。原則上,引導光的最簡單解決方案是均勻的玻璃棒。(如果足夠薄,它也可以彎曲到一定程度。)外表面可以通過全內反射反射光線。由于大的折射率對比,這適用于相當大范圍的輸入光束角度,原則上不需要任何功率損失。

    圖 1: 全內反射可用于在均勻光纖中引導光。

    請注意,只有部分反射發生在入射角較小的端面上。

    然而,這個簡單的解決方案有一些關鍵的缺點:

    • 由于高折射率對比度,即使是外表面玻璃的微小劃痕也可能因散射而導致大量光學損失。因此,外表面必須具有高光學質量,并能很好地防止損壞和污垢。這個問題只能在一定程度上通過光纖周圍的一些合適的緩沖涂層來緩解。這種涂層不是高度均勻的,幾乎不能提供非常低的光學損耗。

    • 即使光纖非常細(例如,直徑為 0.1 毫米),它也會支持大量模式(參見第 2 部分),這很糟糕,例如當保持高光束質量很重要時。

    然而,人們可以修改非常干凈的涂層的想法:使用另一個玻璃區域,其折射率比核心玻璃稍小,作為包層

    2: 具有包層的多模玻璃光纖,由折射率稍低的玻璃制成。玻璃/玻璃界面會發生全內反射,但入射角需要更大。

    這給了我們幾個優勢:
    • 玻璃比塑料緩沖涂層更干凈、更均勻。這已經減少了損失。

    • 由于反射點處的折射率對比度降低,界面的小不規則性不會像玻璃/空氣界面那樣造成嚴重的光學損失。外部界面的不規則不再重要,因為光線無法“看到”它們。

    • 如果需要,現在可以將引導區域(稱為光纖芯)做得比整個光纖小得多?梢哉{整核心尺寸,例如適應一些小型光發射器的尺寸。

    • 結合小核心尺寸和弱指數對比度,甚至可以獲得單模制導(見下文)。

    但是請注意,較小的折射率對比度意味著較小的接受角:只有在入射角高于臨界角時才會發生全內反射。光纖輸入面的最大入射角由數值孔徑 (NA) 確定:

    NA 是輸入面最大入射角的正弦值。式中,n 0為光纖周圍介質的折射率,在空氣中接近于1。

    考慮光的波動性

    面的考慮是基于一個簡單的幾何射線圖。特別是在小核心和弱折射率對比領域,這張簡單的圖片不再代表光傳播的準確模型,因為它忽略了光的波動性。所以現在讓我們考慮一下波浪的性質。

    首先,我們想象均勻介質(例如,一些玻璃)中的高斯光束。即使這樣的光束最初具有平坦的波前,在一個瑞利長度內它也會開始顯著發散:

    3: 均質玻璃中真空波長為 1.5 μm 的高斯光束。
    它最初以幾乎平行的方式傳播,但最終會發散。

    發散與波前的曲率密切相關。顯然,光束軸上的波前在 z 方向上的前進速度比在較高或較低位置的波前快。這個觀察可以引發一個想法:我們不能通過稍微減慢光束軸附近的光來對抗波前的彎曲嗎?這可以通過使用不均勻的結構來完成,在中心區域的折射率有所增加。事實上,如果我們在 3 μm 的半徑內簡單地將核心指數增加 0.014,這將非常有效:
    圖 4: 注入階躍折射率光纖結構的高斯光束。兩條水平灰線表示纖芯/包層界面的位置。使用 RP Fiber Power 軟件 模擬了光束傳播。

    那么數值孔徑為0.3。注入的高斯光束的幾乎所有光都被引導。如果我們使初始光束半徑和核心區域更大,則甚至更低的折射率對比度就足夠了。請注意,即使光纖不是完全筆直,而是有些彎曲,光的引導也會起作用。如果彎曲不太強,則彎曲損耗(即彎曲引起的功率損耗)小到可以忽略不計。下一期將介紹第二部分:光纖模式

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    離線氣態生物
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    只看該作者 1樓 發表于: 08-08
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    離線譚健
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    只看該作者 2樓 發表于: 12-04
    很好的知識分享
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