光纤和光器件的测量PDF电子书下载

目录 1

第1章　理想多模光纤中光的传播 1

1.1　电磁模型概要 1

1.11　一般考虑 1

1.1.2　圆形阶跃折射率光纤的精确电磁理论 3

1.1.3　传导模总数的近似计算 5

1.1.4　梯度折射率光纤的WKB近似解 6

1.2　射线光学模型 7

1.2.1　阶跃折射率光纤中光的接收 7

1.2.2　模式与射线之间的对应关系 9

1.2.3　梯度折射率光纤中光的接收 11

1.2.4　不均匀媒质中的一般射线光学 12

1.2.5　运动常数 13

1.2.6　光线跟踪法 15

1.2.7　光线域 17

1.2.8　辐射率定律 18

1.2.9　光线分布 19

1.2.10　域（r1,θ1） 21

1.3　模间时间色散 23

1.3.1　阶跃折射率光纤中的时间色散 23

1.3.2 a次方折射率分布 25

1.3.3　适用于a次方分布的WKB近似 27

1.3.4　漏泄模的影响 30

1.3.5　适用于a次方分布的射线光学方法 31

1.3.6　方均根脉冲宽度 34

1.3.7　注入条件的简化描述 36

1.3.8　注入条件的影响……………………………………………………………（37 ）1.3.9　折射率分布缺陷的影响 39

1.3.10　光纤链路中时间色散的补偿效应 42

1.4.1　存在材料色散时的群时延 43

1.4　模内时间色散 43

1.4.2　光源光谱宽度有限扩展的影响 44

1.4.3　零材料色散波长 45

1.4.4　总时间色散 45

1.4.5　存在材料色散时的最佳折射率分布 47

1.4.6　线性折射率分布色散 48

1.4.7　非线性折射率分布色散 49

参考文献 50

第2章　实际光纤 53

2.1　固有衰减 53

2.1.1 固有衰减的起因 53

2.1.2 吸收损耗 54

2.1.3　散射损耗 56

2.2.1　光纤扰动的种类 58

2.2　光纤的扰动 58

2.2.2　研究光纤扰动的电磁方法概要 59

2.2.3　研究芯径起伏的射线光学方法 60

2.2.4　研究微弯曲的射线光学方法 63

2.2.5 电磁模型中的光功率流方程 68

2.2.6　射线光学模型中的光功率流方程 70

2.2.7　光功率流方程的解 71

2.2.8　时间依赖方程 73

2.3　扰动光纤的传输特性 74

2.3.1　时间无关方程的精确解 75

2.3.2　时间依赖方程的扰动解 77

2.3.3　接近稳态时衰减系数的变化 79

2.3.4　接近稳态时基带响应的变化 80

2.3.5　成缆工艺的优化 82

2.4　连接的影响 84

2.4.2　连接器的精确电磁模型 85

2.4.1　接头和连接器 85

2.4.3　连接器的线性模型 87

2.4.4　研究串接光纤的矩阵方法 88

2.4.5　两根无扰动光纤之间的连接器的功率损耗 90

2.4.6　两根扰动光纤之间的连接器的功率损耗 92

2.4.7　连接器的时间色散特性概述 93

参考文献 94

第3章　换能器 97

3.1　光源 97

3.1.1　准直射束激光器 97

3.1.2　顶发射型发光二极管 99

3.1.3　侧面发射型发光二极管 101

3.1.4　激光二极管 102

3.1.5　激光器发射的若干缺陷 103

3.1.6　激光器的结构 105

3.1.7　发光二极管和激光二极管的光谱特性 106

3.1.8　发光二极管和激光二极管的调制特性 107

3.2　光检测器 108

3.2.1　对现有的光检测器的评述 109

3.2.2　太阳能电池和PIN光电二极管 110

3.2.3　雪崩光电二极管（APD） 112

3.2.4　对光电二极管噪声的若干考虑 113

3.2.5　光电二极管的光谱特性 115

3.2.6　光电二极管的调制特性 116

参考文献 118

第4章　传输系统 121

4.1　以强度调制为基础的传输系统 121

4.1.1　发光二极管和激光器的驱动器 121

4.1.2　前端的类型 122

4.1.3　模拟接收机 124

4.1.4　数字接收机 125

4.1.5　均衡 126

4.1.6　强度调制系统的传输容量和中继距离的最终极限 128

4.2　相干传输系统 129

4.2.1　与通常的系统相比相干系统的优点 129

4.2.2　实用相干传输的主要问题 130

参考文献 131

第5章　扫描测量 133

5.1　对光纤的扫描测量 133

5.1.1　衍射极限 133

5.1.2　光学装置 134

5.1.3　微分模衰减测量 136

5.1.4　微分模延迟测量 136

5.1.5　用于研究模式耦合效应的间接测试 137

5.1.6　域（r1,θ1）的优点 138

5.2　对换能器的扫描测量 140

5.2.1　对发光二极管和激光二极管的扫描测量 140

5.2.2　对光电二极管的扫描测量 141

参考文献 142

第6章　换能器的测量 145

6.1　积分测量 145

6.1.1　发光二极管和激光二极管电特性的表征 146

6.1.2　电光换能过程及其基带响应的测量 147

6.1.3　光电二极管电特性的表征 149

6.1.4　响应度及其基带响应的测量 150

6.1.5　激光二极管可靠性的测试 151

6.2　微分测量 152

6.2.1　发光二极管和激光二极管发射功率的光谱分布的测量 152

6.2.2　发光二极管和激光二极管的近场图和远场图的测量 154

6.2.3　发光二极管光发射的空间相对延迟的测量 155

6.2.4　辐射限制和发射的空间相对延迟的理论模型 156

6.2.5　发光二极管和激光二极管的光谱特性和几何特性的综合微分测量 159

6.2.6　响应度对光谱特性和几何特性的依赖关系的测试 161

参考文献 163

第7章　折射率分布的测量 166

7.1　光纤折射率分布的测量 166

7.1.1　近场扫描法 166

7.1.2　折射近场法 168

7.1.3　切片干涉测量法 170

7.1.4　反射法 171

7.1.5　横向干涉测量法 171

7.1.6　横向聚焦法 172

7.1.7　对其他测量方法的简单评述 173

7.1.8　对比性讨论 174

7.2.1　也可用来测量光纤折射率分布的方法 175

7.2　预制棒折射率分布的测量 175

7.2.2　光线跟踪法 176

7.2.3　光纤与其母体预制棒的比较 176

参考文献 177

第8章　几何参数的测量 180

8.1　光纤横截面的测量 180

8.1.1　光纤端面的直接检查 181

8.1.2　近场法 182

8.1.3　外径测量 183

8.1.4　光纤外表面椭圆度的测量 184

8.1.5　数值孔径的测量 185

8.2　光纤长度的测量 186

8.2　利用后向散射测量光纤的长度 186

8.2.2　利用锁定放大器测量光纤的长度 186

参考文献 187

9.1　对现有方法的评述 189

第9章　衰减测量 189

9.1.1　剪断法 190

9.1.2　后向散射法（OTDR） 192

9.1.3　技术性测量 194

9.1.4　通过检测侧向散射测量总损耗 196

9.1.5　插入损耗测量 197

9.1.6　连接损耗的测量 197

9.1.7　光纤制造过程中的在线测试 198

9.2　对剪断法的讨论 199

9.2.1　光束注入装置和扰模器 199

9.2.2　剪断法测量的精度 200

9.2.3　光谱损耗测量 203

9.2.4　通过改变注入条件而进行的测量 204

9.3.1 注入方法 206

9.3　对后向散射的讨论 206

9.3.2　后向散射功率的光线分布 208

9.3.3　光纤参数起伏的影响 209

9.3.4　局部附加损耗的测量 211

9.3.5　后向散射测量中各种噪声源的分析 212

9.3.6　动态范围的限制 213

9.3.7　后向散射测量的精度 216

9.3.8　光频域反射法（OFDR）概要 217

9.4　微分模衰减测量 217

9.4.1　阶跃折射率光纤的微分模衰减测量 217

9.4.2　梯度折射率光纤的微分模衰减测量 218

9.4.3　微分模衰减测量精度的讨论 220

参考文献 221

10.1　一般考虑 226

10.1.1　时间色散测量结果的外推 226

第10章　时间色散的测量 226

10.1.2　时域测量 228

10.1.3　频域测量 230

10.1.4　模间时间色散的测量 231

10.1.5　材料色散的测量 232

10.1.6　折射率分布色散的实验测定 234

10.2　对时域测量的讨论 236

10.2.1 时域测量中不准确度的主要起因 236

10.2.2　利用锁定放大器改善信噪比 239

10.2.3　利用抽选法减小总的不准确度 240

10.2.4　有效输入脉冲的确定 240

10.3　对频域测量的讨论 241

10.3.1　光纤传递函数 241

10.3.2　频域测量中不准确度的主要起因 242

10.3.3　提高最大动态范围的方法 244

10.3.4　利用希尔伯特变换确定相位响应 244

10.3.5　相位响应的直接测量 245

10.3.6　频域测量的总精度 246

10.4　微分模延迟测量 247

10.4.1　微分模延迟测量的目的 247

10.4.2　阶跃折射率光纤的微分模延迟测量 250

10.4.3　梯度折射率光纤的微分模延迟测量 250

10.4.4　对微分模延迟测量精度的讨论 251

参考文献 252

第11章　模式耦合效应的间接测试 257

11.1　以幅度模功率分布为基础的测试 257

11.1.1　在选择激励条件下幅度模功率分布的测量 257

11.1.2　稳态下幅度模功率分布的测量 258

11.2.1　在测量与模式有关的衰减和耦合系数时利用的理论模型 259

11.2　以幅度模功率分布和延迟模功率分布为基础的测试 259

11.2.2　与模式有关的衰减和耦合系数的测量 260

11.2.3　存在模式耦合时用来间接确定光纤基带响应的理论模型 262

11.2.4　存在模式耦合时利用间接测试方法测量光纤基带响应 264

参考文献 266

第12章　单模光纤的测量 267

12.1　单模光纤的折射率分布和几何参数的测量 267

12.1.1　单模光纤折射率分布的测量 267

12.1.2　截止波长的测量 268

12.1.3　基模模斑尺寸的测量 270

12.1.4　等效阶跃折射率分布的测定 271

12.1.5　单模光纤纤芯-包层同心度和纤芯椭圆度的测量 271

12.1.6　单模光纤数值孔径的测量 272

12.2　单模光纤的传输测量 272

12.2.1　单模光纤的衰减测量 272

12.2.2　单模光纤时间色散的测量 274

参考文献 275

附录1　光纤测量中常用的光学仪器 277

1.a　单色仪 277

1.b　光调制器 279

1.c　显微镜物镜 280

1.d　光定向耦合器 281

参考文献 282

附录2　光纤测量中常用的电学仪器 283

2.a　锁定放大器和斩光器 283

2.b　取样积分器 284

参考文献 285

附录3　光纤端面的制备 285

3.a　切断光纤的方法 285

3.b　光纤断裂角的检查方法 286

参考文献 286