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我们将从这两个方面来讨论光纤耦合这个问题。光源与光纤的耦合光源与光纤的耦合效率光源与光纤的耦合效率的高低直接影响入纤功率的大小,从而影响光纤传输系统中的传输距离和中继站间隔距离的远近。提高耦合效率对于光纤通信系统来说是有价值的。光耦合效率定义为耦合入光纤的功率与光源发出的功率的比值,表达式为PF为耦合入光纤的功率;PS为光源发出的功率。影响耦合效率的因素包括光源和光纤两个。对于光源而言,光源的尺寸、面、角向功率分布等参量都会对耦合效率产生影响。对于光纤而言,数值孔径NA、纤芯尺寸、折射率分布等参量也会对耦合效率产生影响。通信光纤的数值孔径NA一般较小(0.2左右),而半导体光源发散角一般较大,光纤接收角外的光源辐射不能进入光纤传输,所以通常情况下,光纤数值孔径损耗是限制耦合效率的主要因素,尤其对光束发散角较大的面发光二管(SLED)更是如此。为面发光LED、边发光二管和半导体管的数值孔径与耦合效率的关系比较。
耦合器主要有如下优点:低的附加损耗。光从纤芯模式转换到耦合模式,然后再转换回纤芯模式在理论上是无损耗的。又因为光在耦合过程中从未离开光纤结构,所以它从未遇到界面,因此无回射。对于X型和Y型耦合器,附加损耗小于0.05dB。由于FBD耦合器是由常规光纤制作的,连接一个FBD耦合器到传输光纤是容易而且是低损耗的。方向性好,一般达到60dB,了传输光信号的定向性,减小了线路之间的串扰。良好的环境稳定性,光路结构简单紧凑,在-40~85℃温度范围内耦合器可以稳定工作。制作成本低,适合批量生产。描述光耦合器特性的一些技术参数插入损耗(InsertionLoss)式中,以ILi为第i个输出端口的插入损耗;Pouti为第i个输出端口的光功率;Pin为输入的光功率。附加损耗(ExcessLoss)对于光耦合器,附加损耗是体现器件制造工艺质量的,反映的是器件制作过程带来的附加固有损耗。插入损耗是各输出端口的状况,不仅与固有损耗有关,而且与分光比有很大的关系。插入损耗并不能反映器件制作质量,这一点值得注意。
光电压模式下的电流检测电路设计工作在光电压模式下的检测电流电路如图3所示,信号为正性输入,正性输出。R1.R2.R3.C1的作用与在光电导模式下的作用基本相同。放大器A1调节电流If。当输入电压Vin增加时,I1增加,同时放大器A1“+”输入端电压增加,促使电流If增加。由于D1与D2之间的联系,I1就会把“+”输入端电压重新拉回0V,形成负反溃如果放大器A1的输入电流很小,那么流经R1的电流就为Vin/R1=I1。显而易见,I1与Vin之间是线性比例关系。I1稳定线性变化,If也稳定线性变化。
线性光电耦合器由发光二极管和光敏三极管组成,当发光二极管接通而发光,光敏三级管导通,光电耦合器是电流驱动型,需要足够大的电流才能使发光二极管导通,如果输入信号太小,发光二极管不会导通,其输出信号将失真。在开关电源,尤其是数字开关电源中。
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