物理光纖光學(xué)課件

1、光纖光學(xué)第三章光纖無源及有源器件W-C ChenFoshan Univ.以光纖為基質(zhì)，做成能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行連接、合成、分叉、轉(zhuǎn)換及放大衰減的器件。1Chapter 3光纖光學(xué)第三章光纖無源及有源器件W-C Chen以光纖為光無源器件定義：不需要外加能源驅(qū)動(dòng)工作的光電子器件光纖連接器（固定、活動(dòng),FC/PC,FC/APC）光纖定向耦合器/分支器光分插復(fù)用器（OADM)光波分/密集波分復(fù)用器（WDM/DWDM)光衰減器（固定、連續(xù)）光濾波器（帶通、帶阻）光纖隔離器與環(huán)行器（偏振有關(guān)、無關(guān)）光偏振態(tài)控制器、光纖延遲線、光纖光柵2Chapter 3光無源器件定義：不需要外加能源驅(qū)動(dòng)工作的光電子器件2C

2、hap光有源器件定義：需要外加能源驅(qū)動(dòng)工作的光電子器件半導(dǎo)體光源(LD,LED,DFB,QW,SQW,VCSEL)半導(dǎo)體光探測(cè)器(PD,PIN,APD）光纖激光器（OFL:單波長(zhǎng)、多波長(zhǎng)）光放大器(SOA,EDFA)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器(XGM,XPM,FWM)光調(diào)制器（EA）光開關(guān)/路由器3Chapter 3光有源器件定義：需要外加能源驅(qū)動(dòng)工作的光電子器件3Chapt光器件與電器件的類比4Chapter 3光器件與電器件的類比4Chapter 3光器件的應(yīng)用多波長(zhǎng)光源DWDM光調(diào)制器光隔離器光耦合器光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換光放大DWDM光色散補(bǔ)償光隔離器光環(huán)行器光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換OADMDWDM光隔離器光環(huán)行器光開關(guān)可調(diào)

3、諧濾波DWDMOXC光耦合器光調(diào)制解調(diào)5Chapter 3光器件的應(yīng)用多波長(zhǎng)光源光放大光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換可調(diào)諧濾波5Chapt1-2. 熔錐型、磨拋型器件器件分/合束器和耦合器（Splitters and Couplers）power will oscillate from one fibre core to the other.制作工藝：熔錐型、磨拋型熔錐型器件（強(qiáng)耦合模激勵(lì)理論），使兩光纖芯靠近，使傳播場(chǎng)向外擴(kuò)展，以便在相當(dāng)短的錐體頸部區(qū)域出現(xiàn)有效的功率耦合。在耦合器中功率耦合最有效區(qū)域（頸部區(qū)域）內(nèi)的模式基本上是包層模，傳播場(chǎng)脫離纖芯，這時(shí)場(chǎng)是在包層和外部媒體（空氣或其他適合的填料）所形成的新波

4、導(dǎo)中傳播。磨拋型器件（弱耦合理論），利用光學(xué)冷加工（機(jī)械拋磨）除去光纖的部分包層，使光纖波導(dǎo)能相互靠近，以形成瞬逝場(chǎng)相互滲透。利用微調(diào)裝置改變兩光纖的相對(duì)位置可以改變耦合器的耦合率。6Chapter 31-2. 熔錐型、磨拋型器件器件分/合束器和耦合器（Sp7Chapter 37Chapter 3基本思想：相耦合的兩波導(dǎo)中的場(chǎng), 各自保持了該波導(dǎo)獨(dú)立存在時(shí)的場(chǎng)分布和傳輸系數(shù), 耦合的影響表現(xiàn)在場(chǎng)的復(fù)數(shù)振幅的沿途變化。設(shè)兩波導(dǎo)中的復(fù)數(shù)振幅為A1和A2。由于耦合作用, 它們沿長(zhǎng)度方向變化。 理論耦合模理論實(shí)驗(yàn)采用兩根相同的光纖，所以其解： 是互耦合系數(shù)。實(shí)際上，自耦合系數(shù)相對(duì)于相互耦合系數(shù)可以忽略

5、。 8Chapter 3基本思想：相耦合的兩波導(dǎo)中的場(chǎng), 各自保持了該波導(dǎo)獨(dú)立存在時(shí)9Chapter 39Chapter 3X & Y- coupler10Chapter 3X & Y- coupler10Chapter 3Practical Couplers11Chapter 3Practical Couplers11Chapter 3使用微結(jié)構(gòu)光纖制造耦合器微結(jié)構(gòu)光纖（光子晶體光纖）微結(jié)構(gòu)光纖耦合器模場(chǎng)演化圖12Chapter 3使用微結(jié)構(gòu)光纖制造耦合器微結(jié)構(gòu)光纖（光子晶體光纖）微結(jié)構(gòu)光纖Wavelength Selective Couplers and Splitters棱鏡型光合波和光

6、分波的原理圖 衍射光柵型光合波和光分波的原理圖 13Chapter 3Wavelength Selective Couplers 波導(dǎo)型分波器的原理圖 14Chapter 3波導(dǎo)型分波器的原理圖 14Chapter 3Star Couplers15Chapter 3Star Couplers15Chapter 33. 偏振器 The rotation of the birefringent axes has the effect of phase retardation of one component of the signal light in relation to the other.

7、 Thus it changes the polarization of the signal. By rotating the fiber loops you can adjust the device to produce light at any desired polarization.1. 偏振控制器（Polarization Controller）16Chapter 33. 偏振器 The rotation of thA typical loop diameter: about 750 mm.17Chapter 3A typical loop diameter: aboutFibe

8、r Squeezer Polarization Controller18Chapter 3Fiber Squeezer Polarization Co2. 偏振分束器（Polarization Beam Splitter）原理：入射電磁波波束含有兩個(gè)偏振態(tài)，從晶體界面入射后，其中一個(gè)偏振態(tài)的電磁波束在界面上經(jīng)歷負(fù)折射，入射電磁波波束和折射電磁波波束在晶體與環(huán)境界面的法線的同一側(cè)；另一個(gè)偏振態(tài)的電磁波波束在光子晶體與環(huán)境界面上經(jīng)歷正折射，入射電磁波波束和折射電磁波波束分別位于法線的兩側(cè)，從而把兩個(gè)偏振態(tài)的電磁波波束分開，實(shí)現(xiàn)偏振分束。 19Chapter 32. 偏振分束器（Polarizati

9、on Beam Spl4 、隔離器（Isolator）An isolator is a device that allows light to pass along a fibre in one direction but not in the opposite direction.coupling a laser to a fibre. Reflected light can cause instability in the laser and cause many undesirable effects.high speed communication systemoptical ampl

10、ifiersfibre ring cavityApplication20Chapter 34 、隔離器（Isolator）An isolator i 1846年，法拉第發(fā)現(xiàn)了光的振動(dòng)面在磁場(chǎng)中發(fā)生旋轉(zhuǎn)。The Faraday Effect21Chapter 3 1846年，法拉第發(fā)現(xiàn)了光的振動(dòng)面在磁場(chǎng)中發(fā)生旋Principal of Isolator1. The Faraday EffectLight traveling within the material has its plane of polarization (electric and magnetic field vectors)

11、 rotated by an amount depending on the length and the strength of the magnetic field.the most important aspect is that the effect is asymmetric.materials : YIG (Yttrium-Iron-Garnet)22Chapter 3Principal of Isolator1. The Fa2. Polarisation Independent Isolatorseparating the incoming ray into its two o

12、rthogonal polarizationsprocessing them separately and then re-combining them at the output23Chapter 32. Polarisation Independent Is5. 光纖光柵（Fiber Grating）An in-fibre Bragg grating is constructed by varying the refractive index of the core lengthwise along the fiber. Light of the specified wavelength

13、traveling along the fiber is reflected from the grating back in the direction from which it came.Wavelengths which are not selected are passed through with little or no attenuation. 500 nm (Bragg grating) 200 m (Long-period grating)125 m8 m1 mm to 1500 mmSinglemode fibreCoreCladdingRegions with high

14、er refractive index than that of coresWhat is Fiber Grating?24Chapter 35. 光纖光柵（Fiber Grating）An in-fPrinciple of OperationThe grating forms an electromagnetic resonant circuit. Power from the forward direction is coupled into the resonant circuit and then reflected back. Non-resonant wavelengths are

15、 not affected very much.25Chapter 3Principle of OperationThe gratExperimental spectra of Fiber Grating at 1550nmThe center wavelength is given by26Chapter 3Experimental spectra of Fiber Chirped FBGsA “chirp” is where you get a variation in the period of the grating (and hence a variation in its resp

16、onse to different wavelengths) along the length of the grating:vary the period of the grating vary the average RI of the grating.a good 100% reflection over the whole reflected band.27Chapter 3Chirped FBGsA “chirp” is whereWriting the GratingThe grating is written by exposing the fiber to UV light.

17、UV light (244 nm) is able to make permanent modifications in the refractive index of the core.The change in the refractive index is very small indeed. An index change of 0.0001 is sufficient to make an effective grating.Interference Pattern TechniquePhase Mask Technique28Chapter 3Writing the Grating

18、The gratingApplicationsWavelength Stable Lasers Dispersion Compensation Wavelength Selection in WDM SystemsChirped Bragg grating llonglshortUsing in Dispersion Compensation29Chapter 3ApplicationsWavelength Stable Wavelength Selection in WDM Systems30Chapter 3Wavelength Selection in WDM Sy6. 環(huán)形器（Circ

19、ulator） Light entering at any particular port (say port 1) travels around the circulator and exits at the next port (say port 2). Light entering at port 2 leaves at port 3 and so on.31Chapter 36. 環(huán)形器（Circulator） Light 1 22 332Chapter 31 22 332Chapter 3 多層電介質(zhì)干涉膜型合波分波器，是把具有接近2或者4光學(xué)厚度的高折射率電介質(zhì)膜和低折射率電介質(zhì)膜

20、交替重疊形成薄膜， 于是對(duì)于特定波長(zhǎng)表現(xiàn)出較強(qiáng)的選擇性。這種波長(zhǎng)選擇性主要依賴于電介質(zhì)膜的層數(shù)、膜的厚度、膜的材料等。濾波器（Filter）33Chapter 3 多層電介質(zhì)干涉膜型合波分波器，是把具有接近7. 摻鉺光纖放大器（EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier) 摻雜光纖放大器利用摻入石英光纖的稀土離子作為增益介質(zhì)，在泵浦光的激發(fā)下實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的放大，放大器的特性主要由摻雜元素決定。EDFA給光纖通信領(lǐng)域帶來的革命! EDFA解決了系統(tǒng)容量提高的最大的限制光損耗補(bǔ)償了光纖本身的損耗，使長(zhǎng)距離傳輸成為可能 工作頻帶正處于光纖損耗最低處(1525-1565nm)大

21、大增加了功率預(yù)算的冗余，系統(tǒng)中引入各種新型光器件成為可能支持了最有效的增加光通信容量的方式-WDM 頻帶寬，可以對(duì)多路信號(hào)同時(shí)放大波分復(fù)用推動(dòng)了全光網(wǎng)絡(luò)的研究開發(fā)熱潮 全光纖結(jié)構(gòu)，與光纖系統(tǒng)兼容; 對(duì)數(shù)據(jù)率/格式透明，系統(tǒng)升級(jí)成本低；34Chapter 37. 摻鉺光纖放大器（EDFA: Erbium Dope35Chapter 335Chapter 3EDFA的工作原理EDFA采用摻鉺離子單模光纖為增益介質(zhì)，在泵浦光作用下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在信號(hào)光誘導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)受激輻射放大。信號(hào)光與波長(zhǎng)較其為短的光波(泵浦光)同沿光纖傳輸，泵浦光的能量被光纖中的稀土元素離子吸收而使其躍遷至更高能級(jí)，并可通過能級(jí)間

22、的受激發(fā)射轉(zhuǎn)移為信號(hào)光的能量。信號(hào)光沿光纖長(zhǎng)度得到放大，泵浦光沿光纖長(zhǎng)度不斷衰減。Input signal1530nm-1570nmAmplified output signalPower laser (Pump)980nm or 1480nmFiber containing erbium dopant36Chapter 3EDFA的工作原理EDFA采用摻鉺離子單模光纖為增益介質(zhì)，在EDFA中的Er3+能級(jí)結(jié)構(gòu)泵浦波長(zhǎng)可以是520、650、800、980、1480nm波長(zhǎng)短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。鉺離子簡(jiǎn)化能級(jí)示意圖吸收泵浦光快速非輻射躍遷光放大受激輻射

23、產(chǎn)生噪聲自發(fā)輻射受激吸收基態(tài)能帶泵浦能帶980nm亞穩(wěn)態(tài)能帶1550nm37Chapter 3EDFA中的Er3+能級(jí)結(jié)構(gòu)泵浦波長(zhǎng)可以是520、650、8實(shí)驗(yàn)測(cè)試的EDF光譜38Chapter 3實(shí)驗(yàn)測(cè)試的EDF光譜38Chapter 3摻鉺光纖放大器的基本結(jié)構(gòu)摻鉺光纖：當(dāng)一定的泵浦光注入到摻鉺光纖中時(shí)，Er3+從低能級(jí)被激發(fā)到高能級(jí)上，由于在高能級(jí)上的壽命很短，很快以非輻射躍遷形式到較低能級(jí)上，并在該能級(jí)和低能級(jí)間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。半導(dǎo)體泵浦二極管：為信號(hào)放大提供足夠的能量，使物質(zhì)達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。波分復(fù)用耦合器：將信號(hào)光和泵浦光合路進(jìn)入摻鉺光纖中。光隔離器：使光傳輸具有單向性，放大器不受發(fā)

24、射光影響，保證穩(wěn)定工作。39Chapter 3摻鉺光纖放大器的基本結(jié)構(gòu)摻鉺光纖：當(dāng)一定的泵浦光注入到摻鉺光光放大器的增益增益G是描述光放大器對(duì)信號(hào)放大能力的參數(shù)。定義為：G與光放大器的泵浦功率、摻雜光纖的參數(shù)和輸入光信號(hào)有很復(fù)雜的關(guān)系。輸出信號(hào)光功率輸入信號(hào)光功率40Chapter 3光放大器的增益增益G是描述光放大器對(duì)信號(hào)放大能力的參數(shù)。定義EDFA的增益光譜優(yōu)化問題Optisystem軟件器件模擬設(shè)計(jì)圖不同纖長(zhǎng)時(shí)的增益譜41Chapter 3EDFA的增益光譜優(yōu)化問題Optisystem軟件器件模擬設(shè)優(yōu)化參數(shù)選擇優(yōu)化設(shè)計(jì)的增益曲線 42Chapter 3優(yōu)化參數(shù)選擇優(yōu)化設(shè)計(jì)的增益曲線 42

25、Chapter 3光放大器的應(yīng)用線路放大(In-line)：周期性補(bǔ)償各段光纖損耗功率放大(Boost)：增加入纖功率,延長(zhǎng)傳輸距離前置預(yù)放大(Pre-Amplify):提高接收靈敏度局域網(wǎng)的功率放大器：補(bǔ)償分配損耗，增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)43Chapter 3光放大器的應(yīng)用線路放大(In-line)：周期性補(bǔ)償各段光纖多信道放大中存在的其它問題：增益平坦增益鉗制高的輸出功率EDFA的級(jí)聯(lián)特性信道間增益競(jìng)爭(zhēng)，多級(jí)級(jí)連使用導(dǎo)致“尖峰效應(yīng)”44Chapter 3多信道放大中存在的其它問題：EDFA的級(jí)聯(lián)特性信道間增益競(jìng)爭(zhēng)BER接收光功率光功率波長(zhǎng)光功率波長(zhǎng)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)N 123光接收機(jī)

26、光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)EDFA1N 3245Chapter 3BER接收光功率光功率波長(zhǎng)光功率波長(zhǎng)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)8.光纖激光器激光器的基本原理激光器的基本原理是光受激輻射的放大激光器的三個(gè)組成部分：泵浦源，工作物質(zhì)，諧振腔短脈沖激光器的產(chǎn)生：鎖模技術(shù)光纖激光器把光纖材料與激光技術(shù)結(jié)合在一起，并解決了光束質(zhì)量與輸出功率的矛盾堪稱當(dāng)代光電技術(shù)最偉大的發(fā)明之一。非軸向模軸向模光諧振腔的選模作用46Chapter 38.光纖激光器激光器的基本原理激光器的基本原理是光受激輻射光電探測(cè)器和激光器是光纖通信中兩個(gè)關(guān)鍵的部分，產(chǎn)品技術(shù)含量高且投資回收快。光纖激光器是未來新一代激光器技術(shù)的發(fā)展方向。

27、 光纖激光器供應(yīng)商將爭(zhēng)奪固體激光器及其他激光器在若干關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)份額，而這些市場(chǎng)份額在未來幾年將穩(wěn)步看漲。到2010年，光纖激光器將至少占領(lǐng)工業(yè)激光器28億美元市場(chǎng)份額的四分之一。光纖激光器的銷售量將以年增幅愈35的速度攀升，從2005年的1.4億美元增至2010年的6.8億美元。（而同期，工業(yè)激光器市場(chǎng)每年增幅僅9，2010年預(yù)計(jì)達(dá)到28億美元。） 47Chapter 3光電探測(cè)器和激光器是光纖通信中兩個(gè)關(guān)鍵的部分，產(chǎn)品技術(shù)含量高市場(chǎng)預(yù)測(cè)世界上各大激光器的公司生產(chǎn)激光器的產(chǎn)值:IPG在光纖激光器的市場(chǎng)份額中占據(jù)統(tǒng)治地位，它自行制造許多核心部件。 SPI激光器公司是另一個(gè)光纖激光器專業(yè)供

28、應(yīng)商。 JDSU雖然生產(chǎn)光纖激光器，但市場(chǎng)占有份額不大。 而激光器市場(chǎng)的主導(dǎo)者，如Coherent(5億美元的銷售額)，Trumpf(4.5億美元)，Rofin-Sinar(3.8億美元)和Newport(1.75億美元)，目前并不提供光纖激光器產(chǎn)品。48Chapter 3市場(chǎng)預(yù)測(cè)48Chapter 3腔體線性腔環(huán)形腔“8”字形腔諧振腔結(jié)構(gòu)：49Chapter 3腔體線性腔環(huán)形腔“8”字形腔49Chapter 3諧振腔結(jié)構(gòu)F-P腔：增益介質(zhì)位于兩片高反射率的腔鏡之間。 介質(zhì)鏡：腔損耗大。光纖端面或腔鏡稍微傾斜就會(huì)使損耗急劇增加。 光纖光柵：系統(tǒng)全光纖化。 光纖環(huán)路反射器：定向耦合器L D摻稀土

29、離子光纖光柵 1光柵 2輸出激光它與我們傳統(tǒng)加工用的工業(yè)激光的顯著區(qū)別有：用摻雜離子的光纖作為工作物質(zhì)用光纖光柵代替光學(xué)鏡片構(gòu)成光學(xué)諧振腔LD泵浦源可以通過尾纖與摻雜光纖無縫耦合導(dǎo)光部分也直接采用光纖輸出 50Chapter 3諧振腔結(jié)構(gòu)F-P腔：增益介質(zhì)位于兩片高反射率的腔鏡之間。L 光纖環(huán)行鏡環(huán)型腔中不需使用反射鏡，因而可做成全光纖諧振腔。最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)是把WDM耦合器的兩端連在一起形成包括摻雜光纖在內(nèi)的環(huán)型腔，輸出連續(xù)激光脈沖（圖1a）。圖1b為鎖模光纖激光器常用的特殊設(shè)計(jì)8字型光纖激光器。激光器由兩個(gè)環(huán)型腔通過耦合器連接組成。右邊的環(huán)型腔為帶增益的非線性環(huán)路鏡腔，具有放大作用和快的開關(guān)特

30、性。在脈沖低功率部分，環(huán)內(nèi)透射率小。當(dāng)脈沖的峰值功率達(dá)到一臨界值時(shí)，環(huán)對(duì)脈沖的透射達(dá)100%，和鎖模操作一樣。左腔為含有單向光隔離器的光纖環(huán)。 采用不同的器件構(gòu)成諧振腔反射鏡時(shí)，激光器便有不同的輸出特性。例如利用波長(zhǎng)選擇器或?yàn)V波器可獲得單一所需的激光波長(zhǎng)；利用陣列波導(dǎo)光柵（AWG）可獲得多信道的激光輸出，這是DWDM技術(shù)所希望的光源具有的能力。51Chapter 3光纖環(huán)行鏡環(huán)型腔中不需使用反射鏡，因而可做成全光纖諧振腔。最1. 大功率光纖激光器實(shí)現(xiàn)大功率輸出的主要技術(shù)采用包層泵浦技術(shù)，采用特種光纖作為增益介質(zhì)，同時(shí)采用特種材料制造光纖大功率光纖激光器的應(yīng)用激光加工，激光醫(yī)療和軍事52Chap

31、ter 31. 大功率光纖激光器實(shí)現(xiàn)大功率輸出的主要技術(shù)52Chapt2. 窄線寬光纖激光器實(shí)現(xiàn)窄線寬的相關(guān)技術(shù) 主要采用光纖光柵或者光纖F-P干涉儀等濾波器進(jìn)行線寬壓縮窄線寬光纖激光器的應(yīng)用 窄線寬光纖激光器的相關(guān)長(zhǎng)度長(zhǎng)，在相關(guān)光通信系統(tǒng)，光纖傳感系統(tǒng)，光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)有很好的應(yīng)用前景。53Chapter 32. 窄線寬光纖激光器實(shí)現(xiàn)窄線寬的相關(guān)技術(shù)53Chapter3. 短脈沖光纖激光器主動(dòng)鎖模技術(shù) 主動(dòng)鎖模主要采用電光調(diào)制器等主動(dòng)鎖模器件進(jìn)行模式之間的位相鎖定，實(shí)現(xiàn)短脈沖被動(dòng)鎖模技術(shù) 被動(dòng)鎖模是使用被動(dòng)飽和吸收體進(jìn)行脈沖窄化，實(shí)現(xiàn)短脈沖和超短脈沖短脈沖光纖激光器的應(yīng)用 短脈沖光纖激光器在光通

32、信，光學(xué)測(cè)量，激光加工等多個(gè)領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。54Chapter 33. 短脈沖光纖激光器主動(dòng)鎖模技術(shù)54Chapter 3 美國Calmar公司飛秒光纖激光器（型號(hào)：FPL-0X-XX） 波長(zhǎng)范圍：1535-1560 nm可調(diào)或范圍內(nèi)固定重復(fù)頻率：20M或10-50M可調(diào)，脈寬：100fs-1000fs可調(diào)或范圍內(nèi)固定，平均輸出功率：50-100mW超短脈沖光源可以用做大型激光系統(tǒng)的種子光源，同時(shí)在時(shí)間定標(biāo)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用飛秒激光器的樣機(jī)55Chapter 3 美國Calmar公司飛秒光纖激光器（型號(hào)：FPL-0 美國Polaronyx公司飛秒光纖激光器（模塊） 波長(zhǎng)范圍：1530-1

33、600 nm內(nèi)固定重復(fù)頻率：35-60MHz范圍內(nèi)固定脈寬：100fs（典型）平均功率：100mW峰值功率：0.5-20KW飛秒激光器的樣機(jī)56Chapter 3 美國Polaronyx公司飛秒光纖激光器（模塊） 飛 IPG 公司的飛秒光纖激光器Up to 50kW Peak Power100,000hrs Pump Diodes Life飛秒激光器的樣機(jī)57Chapter 3 IPG 公司的飛秒光纖激光器飛秒激光器的樣機(jī)57飛秒激光應(yīng)用工業(yè)加工 德國漢諾威激光中心的B. N. Chichkov研究小組在真空靶室中放置100 mm厚的鋼片，然后分別將能量為l mJ、寬度為3.3 ns和能量為1

34、20 J、寬度為200 fs的聚集激光對(duì)其表面進(jìn)行加工，經(jīng)過104個(gè)脈沖照射后，比較兩者的處理結(jié)果具有顯著的不同。下圖（a）和（b）分別為各自處理結(jié)果的SEM圖像。 在材料微細(xì)加工領(lǐng)域的應(yīng)用（a）（b）飛秒激光加工研究實(shí)例58Chapter 3飛秒激光應(yīng)用工業(yè)加工 德國漢諾威激光中飛秒激光應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用 飛秒激光能量高度集中，作用期間幾乎沒有熱量傳輸效應(yīng)，因此也不會(huì)引起周圍環(huán)境溫度的上升，這在激光手術(shù)醫(yī)療應(yīng)用方面非常重要。數(shù)度的溫度上升一方面會(huì)在瞬間變成壓力波傳到神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生痛感，另一方面可能會(huì)對(duì)生物體組織造成致命傷害。因此，飛秒激光可以實(shí)現(xiàn)無痛和無損傷的安全治療。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用例子：牙科

35、治療 對(duì)于人體中質(zhì)地堅(jiān)硬的鈣化組織的治療，如牙齒等，一般采用機(jī)械鉆孔或Er: YAG激光燒蝕方法。這兩種方法容易造成鈣化組織破損或者產(chǎn)生裂紋，為牙齒進(jìn)一步腐爛提供了條件，而且必須避免長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)接受治療。飛秒激光不會(huì)帶來任何損傷，如圖所示。長(zhǎng)脈沖激光（a）和飛秒激光（b）在牙科治療中的比較59Chapter 3飛秒激光應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用 飛秒激光能量高度集中，作9.光纖傳感器工作原理 所謂光纖傳感器，就是光纖自身直接接收外界的被測(cè)量。外接的被測(cè)量物理量能夠引起測(cè)量臂的長(zhǎng)度、折射率、直徑的變化，從而使得光纖內(nèi)傳輸?shù)墓庠谡穹?、相位、頻率、偏振等方面發(fā)生變化。測(cè)量臂傳輸?shù)墓馀c參考臂的參考光互相干涉（比

36、較），使輸出的光的相位（或振幅）發(fā)生變化，根據(jù)這個(gè)變化就可檢測(cè)出被測(cè)量的變化。 60Chapter 39.光纖傳感器工作原理60Chapter 3工作優(yōu)點(diǎn) 利用不導(dǎo)電的玻璃纖維制成，其信息傳播載體是光子，不是電子，因而無射頻干擾和電磁干擾。有較大的靈活性，可以制作成任何形狀，可用于惡劣環(huán)境和微細(xì)變化測(cè)量?？膳c電子設(shè)備匹配，實(shí)現(xiàn)智能化，多功能化和遠(yuǎn)程監(jiān)控。61Chapter 3工作優(yōu)點(diǎn) 利用不導(dǎo)電的玻璃纖維制成，其信息傳播載體是光子，不種類1. 傳感型光纖傳感器原理： 傳感型光纖傳感器也稱功能型光纖傳感器,光纖既傳光又傳感而且還充當(dāng)敏感元件。對(duì)于傳感型光纖傳感器而言,當(dāng)光在光纖中傳播時(shí),被測(cè)對(duì)象

37、或外界因素作用在光纖上,會(huì)使光纖中傳輸光的振幅、相位、波長(zhǎng)和偏振態(tài)等發(fā)生改變,此過程為光波的調(diào)制,把調(diào)制后的光波經(jīng)光纖傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器解調(diào)后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。 62Chapter 3種類1. 傳感型光纖傳感器62Chapter 32. 傳光型光纖傳感器 原理： 傳光型光纖傳感器也稱非功能型光纖傳感器或強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器,光纖主要起傳輸光波的作用,在光纖中間或端部加敏感元件,其主要由光源、光纖、光調(diào)制器、敏感元件、光電探測(cè)器和檢測(cè)電路等組成。傳光型光纖傳感器主要是強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器,其基本原理是待測(cè)物理量引起光纖中傳輸光的光強(qiáng) I 變化, 通過檢測(cè)光強(qiáng) I 的變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物理量的測(cè)量。

38、63Chapter 32. 傳光型光纖傳感器63Chapter 3 Michelsion 干涉式光纖傳感器64Chapter 3 Michelsion 干涉式光纖傳感器64Chapter Mach-Zehnder 干涉式光纖傳感器 65Chapter 3Mach-Zehnder 干涉式光纖傳感器 65Chapte特例介紹 Sagnac 干涉式光纖傳感器66Chapter 3特例介紹 Sagnac 干涉式光纖傳感器66Chapter 1. 一個(gè)耦合器在16個(gè)輸出端均分一輸入信號(hào)，耦合器無附加損耗，如果輸入信號(hào)為 -10dBm，那么每個(gè)輸出端功率為多少？2. 在纖芯折射率為1.5的玻璃光纖內(nèi)寫周期為0.5um的光柵，被強(qiáng)烈反射的光的波長(zhǎng)是多