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                光在塑料光纤中的传输原理是什么?

                2022-11-28

                光在塑料光纤中的传输原理是什么?


                  子午光线在阶跃型POF中的传输阶跃型POF是一种具有芯皮结构的光纤。


                  子午平面指的是包含有光纤轴的平面,所谓子午线,就是光线的传播路径始终在同一平面内,子午光线总是和光纤轴相交的,光在一种均匀介质传播时是Ψ一种直线式传播:当光从一种介质传至另一介质表面时,一般同时发生反射和折射;如果光从折射率小的光疏介质射入折射率大的¤光密介质时,则折射角小于入射角;而当光从光密介质射入光疏介质时折射角将大▓于入射角,因而当光从光密介质射入光疏介质时就有『可能出现只有反射而无折射的现象,这就是全反射,全反射是光折射的一种边界效应,即光从一种透明介质进入到另一种介质里而发生弯曲的∑ 现象。POF就是通过全反射原理进行光传输的。


                子午←线在阶跃型光纤中的几何行程和反射次数


                  由于子▅午光线入射光纤中并不是同一角度,故而其在光纤中的几何行程也不相同。无论是子午线在光线中的▼行程计算公式还是反射次数计算公式,都是假定光纤是处于非常理想状态下——光ζ纤非常直,光纤直径均匀,光纤内部无缺陷和光纤入射端面平直等,倘若光纤不在这一理想条件下,则入射子午线全反射的状∞况就会发生变化,如有的会从光纤中反射出,有的反射角会发生变化等,因此光纤的传输损耗也会增加。


                斜光线在阶跃型折射率POF中的传输


                  所谓斜面光线,就是光在光纤中传输时,并不是像子午光』线一样保证在同一平面内,它在光纤中传输时,其轨道通常是一空间螺旋曲线ぷ,其大入射角比子午线的大,但通常以子※午线传输表征光纤的传输特性,自然这是理想的一种状况。


                光在渐变︾型折射率分布POF中的传输


                  对于渐变型折射率GI POF,同样有子午线和√斜光线,这种光纤折射率并不是一恒定常数,而∏是随着离轴距离的增加而折射率下降;抛物线型折射率分布光纤具有较小的模式色散◤的特点,渐变折射分布有多种形式,当折射率分布按二次方抛物线分布时,子午线在光纤中的传播路径为正弦曲线型,斜光线的传播路径为螺旋曲线,渐变型折射率POF多用于短距离数据传输,用于光■纤照明较少。


                  这种光纤传输的激光能量分布接近Gauss分布,即在光纤轴附近具有更△高的光能量密度,也就是说激光能量更为集中,其传输〗的激光功率密度(或称激光强度)I可认为㊣与纤芯直径α的平〓方成正比。若保持光纤传输的激光功率不变的话,减小光纤芯径即减小№传输激光能量的光纤纤芯的横截面面积,则光纤传输的激光功率密度将增加,当光在这种GI POF传输时,可以说是一种极低能量的传输。


                侧面发光POF的传光原理


                  侧面发光POF是指光在光纤传输过程中,不仅将传输光从光纤的入射端面传输至出射端∴面,而且还有一部分光从光纤包覆层透射出来,从而形成光纤侧面发光的现象,这种光纤被称为侧面发光POF,其实质是传输光有一部分从光纤侧面泄漏出,是一种光散射的结果,对于单芯侧面发光POF多是由非固有损耗产生的,而对于多芯侧面发光POF则是由于弯曲损耗产生的。


                  因存在光传输损耗,侧面发光的亮度将随着与光源距离的增大而减小,为使光纤单位长度内的亮度接近一致,可对单端光源的光纤按长度进行刻痕处理,随光纤长度递增,刻痕间距递减。在实际使用过程中,当侧面发光POF的使用长度在30m以下时,多配用一≡台150W金卤灯光源,另端①配用反光镜或反光膜;当侧面发光POF的使用长度在30~60m之间时,多配用两台150W金卤灯光源,以保证侧面发光POF的侧】面发光的均匀性。


                荧光POF的传光原理


                  荧光POF就是在POF芯材中掺入一定量的荧光剂制备而成的POF,这种POF经过特定波长的光照射后,将发出特定波长的光,其原理比较复杂,可简单认为基态分子中成键电子吸收光后激↓发,然后单线态分子返回到基态,即发出荧光。荧光POF按折射率分布结构分类,可分为荧光SI POF 和荧光GI POF,掺杂有机染料的POFA重要特性是在宽波长范围内提供高功率输出。荧光POF的传光原理满足一般的SI型光纤的传光特性,但入射光的波长不同于出射光的波长。


                  荧光POF还有另一种传光方式,这就是入射光⌒ 可从侧面照射荧光POF,出射光从光纤两端面出射,当然入射光的波长不同于『出射光的传输波长。  


                  荧光材料的光特性主要依赖于基质材料,荧光POF增益放大特性同泵浦波长、荧光POF长度及所用掺杂剂和浓度有关。所谓增益G是指POF输出信号光功率Pout与输入光功率Pin之间的一种︽比值。


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