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1、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。其中，A是光锥锥度，l是光锥长度，J 是尖端半径，説-是光纤锥的粗端半径。由锥形光纤几何参数可用下面数学式表 示12:4.1)由上式可以看出，尖端直径越小，a越小。1值越小a就越 大， 锥形变
2、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：4.2)上式中，j为锥形光纤的锥角，九是光纤出射端的半 径，乩是光纤入射端的半径。要使锥形光纤可以传输
3、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。4.3.1)光纤内径为d；激光光束与光纤轴线的夹角为0 ； n为光在普通光纤中传输 时，沿轴向单位长度的反射次数。光纤内反射膜的反射率为p , 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分析的结果可得到，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
