上海交通大学：《光纤通信系统与设计》教学资源（PPT课件）第五章 光功率发射和耦合

第五章光功率发射和耦合

第五章 光功率发射和耦合

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

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(P)与发射总功率(P) 之比： Pr 7= P 目标是如何让耦合效率最高？

5.1 光源至光纤的功率发射 s F P P   耦合效率：耦合入纤的光功率(PF )与发射总功率(Ps) 之比： 目标是如何让耦合效率最高?

光源的辐射强度与空间角分布 定义：单位发射面入射到单位立体角内的光功率 单位：平方厘米、单位球面度的瓦特数W/(cm2sr) 辐射空间角分布0空间光功率的分布 极轴方向：法线 R 发光面中心 球面坐标系(R,O,)

光源的辐射强度与空间角分布 定义：单位发射面入射到单位立体角内的光功率 单位：平方厘米、单位球面度的瓦特数 W/(cm2·sr) 辐射空间角分布 or 空间光功率的分布

光源的输出方向图：面LED 面LED近似为朗伯光源：各个方向等亮度B, BoddA 空间光功率dP=BddA Bocos0d2d4 dA'=dA·cosO idA 面LED的辐角分布： 120° B(0,)=B。cos0 台 半功率光束角度：20=120度

光源的输出方向图：面LED B,  B0 cos 面LED近似为朗伯光源：各个方向等亮度B0 dA'  dAcos 半功率光束角度：2 = 120度 面LED的辐角分布： 空间光功率dP  B0ddA

光源的输出方向图：边LED和LD 30 120 30-50° 二者在pn结平面的水平方向中=0和垂直方向中=π/2 分别有不同的辐射角分布： sinΦ cos2 十 B(0,)B。cosT0B。cos0 T和L是垂直方向和水平方向的功率分布系数，一般 边LED的L=1而LD的L>100;T值一般相对较大

光源的输出方向图：边LED和LD         T L B B B cos cos cos sin , 1 0 2 0 2   T 和 L 是垂直方向和水平方向的功率分布系数， 一般 边 LED 的L = 1而LD 的 L > 100；T 值一般相对较大 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： n

例 半导体激光器在水平方向 50 40 30 上（中=0）的半功率光束角 度为20=10度。因此根据 20 1 1 B(0=5,p=0)0.5B,Bc0s5 cos1800 10 22×5=10 可以得到： Optical 0 source log0.5 1og0.5 10 log(cos5)10g0.9962 =182 20 相反边LED的L=1,因此 cos 0 水平半功率宽度20=120度 50 40 30

例 半导体激光器在水平方向 上 ( = 0) 的半功率光束角 度为2 = 10度。因此根据 可以得到： 相反边LED的L = 1，因此 水平半功率宽度2 = 120度   182 log 0.9962 log 0.5 log cos5 log 0.5    L         cos 5 1 0.5 1 5, 0 1 0 0 L B   B B

功率耦合计算：面LED 光源输出功率 光源 紧贴 分布 芯片 包层 纤芯 光纤 有源 受光角 包层 损失的功率 对于分布B(A,2)对称的光源，其中A和2，分别为光 源的面积和发射立体角。光源-光纤的耦合功率： P=∫d4,nd,B(4,2,) dAs =[□s(o.)sinalod e.rdr

功率耦合计算：面LED   B  d d d rdr P dA d B A rm s A s s s s                0 2 0 2 0 0 0,max , sin , p p        对于分布B(As , s)对称的光源，其中As和s分别为光 源的面积和发射立体角。光源-光纤的耦合功率： 0,max ds dAs 紧贴

面LED的输出总功率 P=∫d4,d2,B(4,2,) -iesaiaw rfamameiswrh π -(0本〕月ao9sm8w =π2·zb。 =π2rB0

面LED的输出总功率     0 2 2 0 2 2 0 2 0 0 0 2 0 0 2 0 2 0 2 0 0 0 2 0 2 0 2 0 cos sin cos sin , sin , r B r B d rdr B d d B d d d rdr B d d d rdr P dA d B A s s r s r s r s A s s s s s s s s p p p                 p p p p p p p p p                                               

面发光LED的功率耦合一阶跃光纤 发光半径r小于纤芯半径a时： Bcssind prdr sin Omadd,rdr =TBo f"NAdg,rdr 对于阶跃光纤，NA是常数与，和r无关，于是： PLDr B(NA) 因此： P.(NA), r≤aP,=π2r2B。 PLED.step P(NA},r>a作业

  2 0 2 2 PLED,step  p rs B NA 面发光LED的功率耦合—阶跃光纤 发光半径 rs 小于纤芯半径 a 时： B NA d rdr B d rdr P B d d d rdr s s s r s r s r s                0 2 0 2 0 0 2 0 0,max 2 0 0 2 0 2 0 0 0 sin cos sin 0,max p p p p  p  p        对于阶跃光纤，NA是常数与s和r无关，于是： 因此：                   P NA r a r a P NA r a P s s s LED step , , 2 2 2 , 作业 0 2 2 Ps  p rs B