通信专业实务：传输与接入：光源与光纤的耦合

    1.2.5 光源与光纤的耦合

    1.数值孔径

    入射在光纤端面上的光，其中一部分是不能进入光纤的，而能进入光纤端面的光也不一定能在光纤中传输，只有符合一定条件的光才能在光纤中发生全内反射而传播到远方。

    从空气中入射到光纤纤芯端面上的光线被光纤捕获成为束缚光线的最大入射角6U为临界光锥的半角（见图1-5），称其为光纤的数值孔径CNA.M与纤芯和包层的折射率分布有关，而与光纤的直径无关。对于阶跃光纤，NA为   式中，J=44是光纤纤芯和包层的相对折射率差。

    是光纤的一个重要参数，它反映光纤捕捉光线能力的大小。M越大，光纤捕捉光线的能力就越强，光纤与光源之间的耦合效率就越高。

    2.光源与光纤之间的耦合

    把光源发出的光有效地耦合进光纤是光发送机设计的一个重要问题。光源和光纤耦合的好坏可以用耦合效率tj来衡量，n定义为rrPvlPv源发射的功率。7的大小取决于光源和光纤的类型，效率较低，LED和单模光纤的耦合效率更低。图1-6所示为面发光二极管、边发光二极管和LD与光纤耦合效率及耦合损耗的比较。

    影响光源与光纤耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的NA.发散角越大，耦合效率 越低；NA越大，耦合效率越高。此外，光源的发光面、光纤端面尺寸、形状以及两者间距都会直接影响耦合效率。

    针对不同的因素，通常用两种方法来实现光源与光纤的耦合，即直接耦合和透镜耦合。直接 耦合就是将光纤端面直接对准光源发光面，这种方法当发光面大于纤芯时是一种有效的方法，结构简单但耦合效率较低，面发光二极管与光 纤的耦合效率只有2%-4%.半导体激光器的光束发散角比面发光二极管小得多，与光纤的直接耦合效率约10%.

    单模光纤的纤芯较细，模斑尺寸小，所以LD与单模光纤的耦合很困难。为了提高耦合效率，可以利用透镜来改变光源的光斑尺寸，使之与光纤的模斑尺寸一致。例如可以采用高频电弧放电或化学腐蚀方法在光纤端面形成一个半球透镜。这种方法可以使耦合效率达 50%=60%.另外也可以使用外部微透镜进行校准。