锥形光纤的结构和传光特性

　锥形光纤的结构和传光特性 第四章 锥形光纤的结构和传光特性 4.1 锥形光纤的结构 通常锥形光纤的加工方法有两种:腐蚀法和融拉法。前者的特点是光纤包层直径沿传播逐渐减小，而纤芯直径除了在小端附近时逐渐变小，其余部分基本不变。后者可以看成在锥形区域内包层和纤芯的直径沿纤轴方向均逐渐变小，包层和纤芯的直径之比保持恒定。我们现在所讨论的是基于后者的锥形光纤。 图4.1.1 锥形光纤的几何剖面图 图4.1.1是锥形光纤的几何剖面图。 aa其中，A是光锥锥度，l是光锥长度， 是尖端半径， 是光纤锥的粗端21 半径。由锥形光纤几何参数可用下面数学式示[12]: ,aa12,,arctan (4.1) l 由上式可以看出， 尖端直径越小， A越小。l值越小A就越大， 锥形变化也就越尖锐。 4.2 本次实验所用到的锥形光纤 图4.2.1为本次实验所拉的锥形光纤。锥形光纤的锥长为1160.02um，腰宽为22.34um。 由图可看出，拉成的锥非常完美。实验中用自制的热拉伸装置把光纤拉成锥形，在拉锥过程中尽量保证两手力道均匀，并且由于实验装置是高压的，要注意实验安全。 锥形光纤顶端锥体的角度，变化范围越大光纤表面越光滑， 锥形锥区越短， 传输效率就越高。 图4.2.1 实验拉成的锥形光纤实物图 当光线在锥形光纤传输时，要使入射光线能从锥形光纤的另一端出射，由全反射条件: 1,bn122sin(，),,[1,()],2bn (4.2) 21 bb上式中，,为锥形光纤的锥角，是光纤出射端的半径，是光纤入射端的12 半径。要使锥形光纤可以传输光，光纤要有一个最小长度，所以实验中不能拉锥过长。 图4.2.2 单模锥形光纤结构示意图 4.3 锥形光纤的传光特性 由上述我们所讨论锥形光纤结构，光进行传输时，有许多与普通常用光纤不同的特性，同时它与器件耦合时有高的耦合效率、低的传输损耗等优点，这些是 研究着们现在所关注的。 11 (4.3.1) n,,ABdctan, 光纤内径为d;激光光束与光纤轴线的夹角为θ;n为光在普通光纤中传输时，沿轴向单位长度的反射次数。 (4.3.2) k,,10lg, 光纤内反射膜的反射率为ρ，k为每次反射所引起的传输损耗。 由4.3.1及4.3.2式可知，单位长度上的反射次数越多，能量的损耗就越多。 图4.3.1 光在普通光纤中的传播 由研究人员的结果可得到，在传输激光能量时，锥形光纤既可以增大光在传输过程中的入射角，还使光在光纤中的反射次数减少，缩短了光束传播时路径，也使得反射率增大了，同时光纤的传输损耗降低。 光在锥形光纤中传播时的示意图如图4.3.2所示 图4.3.2 光在光纤锥中的传播示意图