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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。
在这种配置中,光耦合器可以跨低压电路连接,例如需要交流电压检测的微控制器单元,输出将产生方形高到低脉冲。使用直流电压控制交流电路的光耦合器在上面电路中,LED再次由9V电池通过10k电阻和开关的状态来控制。另一方面,使用基于光电TRIAC的光耦合器,从220V交流插座控制交流灯。68R电阻用于控制BT136TRIAC,由光耦单元内部的光电TRIAC控制。这种配置用于控制使用低压电路的电器。IL420用在上面的原理图中,是一个基于光TRIAC的光耦合器。
光电耦合器分为两种:一种为非线性光耦,另一种为线性光耦。非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的,这类光耦适合于开关信号的传输,不适合于传输模拟量。常用的4N系列光耦属于非线性光耦。线性光耦的电流传输特性曲线接近直线,并且小信号时性能较好,能以线性特性进行隔离控制。常用的线性光耦是PC817A—C系列。
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。
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