2.1光纤概论-淡江大学机械与机电工程学系.doc

淡江大學機械與機電工程學系 畢業專題論文 指導教授：吳 乾 埼 博 士 光纖耦合的參數研究 專題生：林弘哲 中華民國100年12月 摘要 光纖通信主要應用原理不外乎利用各種光源發出光信息，由光纖所接收並且傳輸，再由光纖輸出給接收端，達成訊息的傳送，所以其光纖跟光源的耦合，是基本也很重要的問題。因材質不均勻的散射、結構不完整的散射、或因彎曲破壞臨界角所引起之損耗，還有本質或雜質吸收及非線性效應等影響，都會造成能量損耗，所以本研究利用光學工程軟體，在光源大小與光源數值孔徑為一定值，利用鏡焦距來找出損失能量最小的距離。 目錄 摘要 2 目錄 3 圖目錄 4 表目錄 4 第一章 緒論 5 前言 5 研究動機 5 研究流程 5 第二章 光纖耦合之原理 5 2.1光纖概論 6 2.2光纖原理 6 2.3光纖結構和分類 7 第三章 光纖耦合消耗探討 11 3.1光纖耦合消耗 11 第四章 Lighttools之光纖耦合 13 4.1架構步驟 13 第五章 結論 15 參考資料 16 圖目錄 圖【一】光的折射定律 2 圖【二】光纖基本結構 7 圖【三】孔徑繞射後之能量分布 12 圖【四】光學透鏡的聚焦 12 圖【五】光源波長 13 表目錄 表【一】三種光纖的幾何尺寸和典型的性能參數 7 表【二】石英光纖和塑膠光纖比較 9 表【三】光纖優缺點 10 緒論 前言 光纖網路已經是全球未來的趨勢，光纖通信的元件又是以光纖耦合為技術的主流，低投資高價值，全球大力推展下，國內也積極投入發展。隨著光纖通信的廣泛使用，光纖耦合器的地位和作用越來越重要，並已成為光纖通信不可或缺的一部份，設計損耗小、耦合率高分光比可調可實現特殊耦合的光纖耦合器，已成為光學領域研究的焦點和目標。 研究動機 光纖通訊的原理分幾大類，一是利用傳統核心與被覆蓋之間的材料折射係數的差距，行幾何光學的光全反射原理，將光侷限在核心。二是利用光子能帶光纖，利用繞射，將光侷限在核心，並在核心之間傳遞能量。 評估一個耦合的好壞，其中一項重要的指標就是損耗。損耗代表的意思就是從輸入端到輸出端中間到底有多少的能量損失，本研究目的是為了瞭解光纖耦合的種類、運作原理、規格，探討如何降低損耗使耦合趨於完善。 研究流程 本研究一開始先收集有關光纖耦合的文獻資料，從過去資料了解光纖耦合的種類、運作原理、規格，並利用市面上廠商所提供之實際產品規格數值，取其中一種加以分析探討其中的差異性，並依照可能之用途做出結論。 第二章 光纖耦合之原理 2.1光纖概論 光導纖維簡作光纖，是一種利用光在玻璃或塑料製成的纖維中全反射原理而達成的光傳導工具，微細的光纖封裝在塑料護套中，使得它能夠彎曲而不至於斷裂，通常，光纖的一端的發射裝置使用發光二極體（light emitting diode,LED）或一束雷射將光脈衝傳送至光纖，光纖另一端的接收裝置使用光敏原件檢測脈衝，在日常生活中，由於光在光導纖維的傳導損耗比電在電線傳導的損耗低得多，光纖被用作長距離的信息傳遞，隨著光纖價格日漸降低，光纖也被用於醫療和娛樂的用途。 2.2光纖原理 光在傳播之時，若經兩個不同「介質」的介面，由於介質傳遞光的速度不同，就會產生「折射」，例如插入水中的筷子好像折斷一般。當光從傳遞速度慢的介質到傳遞速度快的介質時，會有一部分「折射」，一部分「反射」，到了某一角度時會沒有「折射」，此時稱之為「全反射」。 光的反射定律是，光在傳播過程中碰到兩種媒質的交界面時會發生反射，且反射角（θ1′）等於入射角(θ1)，如圖【一】所示。 圖【一】光的折射定律 2.3光纖結構和分類 圖【二】光纖基本結構 一、光纖的種類 按照其橫截面上折射率的分布可分為階躍型光纖和漸變型光纖；按照傳輸模式的多少可分為單模光纖和多模光纖，按照其工作波長可分為短波長（0.8～0.9μm）光纖、長波長（1.0～1.7μm）光纖和超長波長（2μm）光纖；按照光纖組成的材料划分有石英玻璃光纖、多組份玻璃光纖、氟化物光纖、塑料光纖和液芯光纖，目前通信中普遍使用的是石英玻璃光纖，石英玻璃光纖可分為三種類型：階躍型多模光纖、漸變型多模光纖和單模光纖，這三種光纖的幾何尺寸和典型的性能參數。如下表【一】 表【一】三種光纖的幾何尺寸和典型的性能參數 種類 單模光纖 階躍型模光纖 漸變型多模光纖 尺寸、性能 分項 直徑 纖芯 4-10μm 50μm 50μm 包層 125μm 125μm 125μm 折射率 纖芯 1.45 1.47 1.47 軸心處 包層 1.445 1.45 1.45 數值孔徑 0.12-