光無源器件與光纖傳感

2021-01-16 寧看


1. 光波導:就是能使光低損耗傳輸的通道,它將光限制在一定路徑中向前傳播,減少了光的耗散,便於光的調製、耦合等,為光學系統的小型化集成化打下了基礎。

 

2. 視場光闌:安置在物平面或者像平面上限制成像範圍的光闌。

 

3. 光纖光柵:光纖光柵是利用光纖材料的光敏性,將入射光相干場圖樣寫入纖芯,在纖芯內產生沿纖芯軸向的折射率周期性變化,形成永久性空間的相位光柵,其作用實質上是在纖芯內形成一個窄帶的濾波器或反射鏡。當一束寬光譜光經過光纖光柵時,滿足光纖光柵布拉格條件的波長將產生反射,其餘的波長透過光纖光柵繼續傳輸。

 

4. 色散:光脈衝沿著光纖傳輸一段距離後造成脈衝變寬的現象,它包括模間色散,材料色散,波導色散等。色散主要影響系統的傳輸容量和品質,也對中繼距離有影響,從而限制了光纖的傳輸帶寬,可以利用啁啾光柵進行色散補償。

 

5. 損耗:它是造成光纖中能量損失的主要原因之一,包括吸收損耗、散射損耗和輻射損耗。吸收損耗與光纖材料有關。散射損耗與光纖材料及光纖中的結構缺陷有關。輻射損耗則是由光纖幾何形狀的微觀和宏觀擾動引起的。

 

6. 品質因子:它等於系統儲存的總能量除以單一周期損失的能量,也等於共振頻率和共振腔帶寬的比值。

 

7. 數值孔徑:用來衡量該系統能收集光的角度範圍。在光學顯微鏡領域,數值孔徑描述了物鏡接收光錐角的大小,它決定了顯微鏡收光能力和空間解析度;在光纖領域,數值孔徑則描述了光進出光纖時的錐角大小。在光學領域,尤其是顯微鏡研究領域中,物鏡的數值孔徑大小等於透鏡工作介質的折射率與光進出透鏡時最大錐角一半的正弦的乘積。

 

8. 光無源器件:無需外加能源驅動即能工作,通過本身的結構特性即能實現某些光學功能的器件。如光纖連接器、光開關、光隔離器、光衰減器、光耦合器、光波分復用器等。                                    

 

9. 光開關:具有一個或多個可選擇的傳輸埠、可對光傳輸線路或集成光路中的光信號進行相互轉換或邏輯操作的器件。它的用途包括光纖通信系統、光纖網絡系統、光纖測量系統以及光纖傳感系統。

 

10. 光隔離器:它的作用是讓正向傳輸的光通過而隔離反向傳輸的光,防止反射光影響系統的穩定性,與電子器件中的二極體功能類似。光隔離器按偏振相關性分為偏振相關型和偏振無關型兩種,前者又稱為自由空間型,因兩端無光纖輸入輸出;後者又稱為在線型,因兩端有光纖輸入輸出。光隔離器由兩個線偏振器中間加一個法拉第旋轉器構成。    

 

11. 光衰減器:是用於對光功率進行衰減的器件,它主要用於光纖系統的指標測量、短距離通信系統的信號衰減以及系統試驗等場合。

 

12. 光電耦合:以光信號實現電信號的耦合和傳遞。由於光電耦合器在傳輸信息時,不是將其輸入和輸出的電信號進行直接耦合,而是藉助於光作為媒介物進行耦合和傳遞的,因而具有較強的隔離和抗幹擾能力。

 

13. 光波分復用器:光波分復是指用一根光纖中能同時傳輸多個波長光信號的一種技術,而光波分復用器是對不同光波進行分離與合成的光無源器件。

 

14. 插損:光纖中的光信號通過連接器之後的輸出光功率與輸入光功率比值的分貝數。插損越小越好。

 

15. 回損:用以衡量輸入光功率中從連接器反射並沿輸入通道反向傳輸的光功率佔輸入光功率的份額。回損越大越好。

 

16. 回波損耗:指入射到光衰減器中的光能量和衰減器中沿入射光路反射出的光能量之比。即輸入功率與返回功率的比值。

 

17. 大氣窗口:對於某些特定的波長,大氣呈現出極為強烈的吸收,光波幾乎無法通過。它們在可見光和紅外區幾乎不表現吸收,對遠紅外和微波段才呈現出很大的吸收。因此,在可見光和近紅外區,一般不考慮其吸收作用。根據大氣的這一特性,把近紅外分成八個區段,將透過率較高的的波段稱為大氣窗口。

 

18. 大氣湍流效應:是一種無規則的漩渦流動,流體質點的運動軌跡十分複雜,既有橫向運動,又有縱向運動,空間每一點的運動速度圍繞某一平均值隨機起伏。這種湍流狀態將使雷射輻射在傳播過程中隨機地改變其光波參量,使光束質量受到嚴重影響,出現所謂光束截面內的強度閃爍、光束的彎曲和漂移、光束彌散畸變以及空間相干性退化等現象,統稱為大氣湍流效應。  

 

19. 布拉格衍射聲光偏轉器的布拉格角自動跟蹤原理:改變聲波波長可改變布拉格衍射角,所以可通過控制超聲波長來控制光束的偏轉。通常入射光的方向是不變的,當聲波頻率改變時,要保持布拉格條件,就必須改變超聲波的傳播方向,以實現對布拉格角的跟蹤。通常採用列陣換能器,總的超聲波為各陣列元產生的超聲波的迭加形成。通過控制各陣列元間的位相差,就能控制合成超聲波前的傳播方向,實現布拉格角隨頻率的跟蹤。 

 

20. 光纖傳感器:光纖傳感器是傳感器家族中的新成員,它朝著靈敏、精確、小巧和智能化的方向發展。

(1)光纖傳感器的工作原理:將來自光源的光經過光纖送入調製器,使待測參數與進入調製區的光相互作用後,導致光的光學性質(如光的強度、波長、頻率、相位、偏正態等)發生變化,稱為被調製的信號光,在經過光纖送入光探測器,經解調後,獲得被測參數。


(2)光纖傳感器的性能:靈敏度較高;幾何形狀具有多方面的適應性,可以製成任意形狀的光纖傳感器;可以製造傳感各種不同物理信息,即檢測聲、磁、溫度、旋轉等參數的器件;可以用於高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕、或其它的惡劣環境;具有與光纖遙測技術的內在相容性。


(3)光纖傳感器分為兩大類:一類是功能型傳感器,它是利用光纖本身的特性,把光纖作為敏感元件,既感知信息又傳輸信息,所以又稱傳感型光纖傳感器。另一類是非功能型傳感器它是利用其他敏感元件感受被測量的變化,光纖僅作為光的傳輸介質,用以傳輸來自於遠處或難以接近場所的光信號,因此,也稱為傳光型光纖傳感器。


(4)光纖傳感器應用:絕緣子汙穢、磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉矩、光聲、電流和應變等物理量的測量。



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