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            光在塑料光纖中的傳輸原理是什么?

            2022-11-25

              子午光線在階躍型POF中的傳輸階躍型POF是一種具有芯皮結構的光纖。

              子午平面指的是包含有光纖軸的平面,所謂子午線,就是光線的傳播路徑始終在同一平面內,子午光線總是和光纖軸相交的,光在一種均勻介質傳播時是一種直線式傳播:當光從一種介質傳至另一介質表面時,一般同時發生反射和折射;如果光從折射率小的光疏介質射入折射率大的光密介質時,則折射角小于入射角;而當光從光密介質射入光疏介質時折射角將大于入射角,因而當光從光密介質射入光疏介質時就有可能出現只有反射而無折射的現象,這就是全反射,全反射是光折射的一種邊界效應,即光從一種透明介質進入到另一種介質里而發生彎曲的現象。POF就是通過全反射原理進行光傳輸的。

            子午線在階躍型光纖中的幾何行程和反射次數

              由于子午光線入射光纖中并不是同一角度,故而其在光纖中的幾何行程也不相同。無論是子午線在光線中的行程計算公式還是反射次數計算公式,都是假定光纖是處于非常理想狀態下——光纖非常直,光纖直徑均勻,光纖內部無缺陷和光纖入射端面平直等,倘若光纖不在這一理想條件下,則入射子午線全反射的狀況就會發生變化,如有的會從光纖中反射出,有的反射角會發生變化等,因此光纖的傳輸損耗也會增加。

            斜光線在階躍型折射率POF中的傳輸

              所謂斜面光線,就是光在光纖中傳輸時,并不是像子午光線一樣保證在同一平面內,它在光纖中傳輸時,其軌道通常是一空間螺旋曲線,其大入射角比子午線的大,但通常以子午線傳輸表征光纖的傳輸特性,自然這是理想的一種狀況。


            塑料光纖


            光在漸變型折射率分布POF中的傳輸

              對于漸變型折射率GI POF,同樣有子午線和斜光線,這種光纖折射率并不是一恒定常數,而是隨著離軸距離的增加而折射率下降;拋物線型折射率分布光纖具有較小的模式色散的特點,漸變折射分布有多種形式,當折射率分布按二次方拋物線分布時,子午線在光纖中的傳播路徑為正弦曲線型,斜光線的傳播路徑為螺旋曲線,漸變型折射率POF多用于短距離數據傳輸,用于光纖照明較少。

              這種光纖傳輸的激光能量分布接近Gauss分布,即在光纖軸附近具有更高的光能量密度,也就是說激光能量更為集中,其傳輸的激光功率密度(或稱激光強度)I可認為與纖芯直徑α的平方成正比。若保持光纖傳輸的激光功率不變的話,減小光纖芯徑即減小傳輸激光能量的光纖纖芯的橫截面面積,則光纖傳輸的激光功率密度將增加,當光在這種GI POF傳輸時,可以說是一種極低能量的傳輸。

            側面發光POF的傳光原理

              側面發光POF是指光在光纖傳輸過程中,不僅將傳輸光從光纖的入射端面傳輸至出射端面,而且還有一部分光從光纖包覆層透射出來,從而形成光纖側面發光的現象,這種光纖被稱為側面發光POF,其實質是傳輸光有一部分從光纖側面泄漏出,是一種光散射的結果,對于單芯側面發光POF多是由非固有損耗產生的,而對于多芯側面發光POF則是由于彎曲損耗產生的。

              因存在光傳輸損耗,側面發光的亮度將隨著與光源距離的增大而減小,為使光纖單位長度內的亮度接近一致,可對單端光源的光纖按長度進行刻痕處理,隨光纖長度遞增,刻痕間距遞減。在實際使用過程中,當側面發光POF的使用長度在30m以下時,多配用一臺150W金鹵燈光源,另端配用反光鏡或反光膜;當側面發光POF的使用長度在30~60m之間時,多配用兩臺150W金鹵燈光源,以保證側面發光POF的側面發光的均勻性。

            熒光POF的傳光原理

              熒光POF就是在POF芯材中摻入一定量的熒光劑制備而成的POF,這種POF經過特定波長的光照射后,將發出特定波長的光,其原理比較復雜,可簡單認為基態分子中成鍵電子吸收光后激發,然后單線態分子返回到基態,即發出熒光。熒光POF按折射率分布結構分類,可分為熒光SI POF 和熒光GI POF,摻雜有機染料的POFA重要特性是在寬波長范圍內提供高功率輸出。熒光POF的傳光原理滿足一般的SI型光纖的傳光特性,但入射光的波長不同于出射光的波長。

              熒光POF還有另一種傳光方式,這就是入射光可從側面照射熒光POF,出射光從光纖兩端面出射,當然入射光的波長不同于出射光的傳輸波長。  上海塑料光纖廠家

              熒光材料的光特性主要依賴于基質材料,熒光POF增益放大特性同泵浦波長、熒光POF長度及所用摻雜劑和濃度有關。所謂增益G是指POF輸出信號光功率Pout與輸入光功率Pin之間的一種比值。


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