塑料光纖傳光原理( 四 )


? 側面發光POF最顯著的特征是側面發光,據Janis Spigulis等人[5].推算,側面發光POF的側面發光強度是隨其長度的增加而呈指數性下降的,同于普通光纖光傳輸方向的發光強度是隨其傳輸長度的增加呈指數下降,在作出如下假定后而得出的結論:
8.1 側面發光的原理僅被認為是由于光纖芯傳輸輻射引起的 。
8.2 所有最初的側面散射光沒有損耗穿透光纖圓形表面,其結果是均勻地傳輸至光纖外表面 。
側面發光POF在長度為X米處的發光強度Is(x)可用如下公式表示:
Is(x)=Aexp(-kx) (24)
其中 K為側面發光系數,單位m-1,常數A可用如下式表示:
A=(4π)-1I 。 (expk-1) (25)
其中I 。 是側面發光POF光輸入強度 。
因此在實際使用過程中,為保證側面發光POF側面發光強度的均勻性,通常限制側面發光POF的使用長度,并且在側面發光POF的兩端皆設置相同功率的光源或者一端設置全反射鏡或反光膜,當然前者在更長的使用長度上保證光纖側面發光的均勻性,選用雙光源的側面發光POF在某一處的發光強度IS2(x)可用如下公式(26)計算 。
IS2(x)=A{exp(-kx)+exp[-k(L-x)]} (26)
其中L為側面發光POF總長度 。
選用全反射鏡計算的側面發光POF強度可用如下公式計算, 側面發光POF的發光強度和距離的關系參見如下圖 。
ISR(x)=A{exp(-kx)+Rexp[-k(2L-x)]} ………(26)
其中R為鏡面反射率 。
因存在光傳輸損耗,側面發光的亮度將隨著與光源距離的增大而減小,為使光纖單位長度內的亮度接近一致,可對單端光源的光纖按長度進行刻痕處理,隨光纖長度遞增,刻痕間距遞減 。 在實際使用過程中,當側面發光POF的使用長度在30m以下時,多配用一臺150W金鹵燈光源,另端配用反光鏡或反光膜;當側面發光POF的使用長度在30~60m之間時,多配用兩臺150W金鹵燈光源,以保證側面發光POF的側面發光的均勻性,下圖為實測三根直徑為14mm的側面發光POF側面光照度示意圖,可以看出當選用一臺150W金鹵燈光源時,1.5m處POF側光照度為800lx左右,而60m處的照度不到20lx,照度計測試時離光纖的表面距離為2.5cm 。
9.熒光POF的傳光原理
熒光POF就是在POF芯材中摻入一定量的熒光劑制備而成的POF,這種POF經過特定波長的光照射后,將發出特定波長的光,其原理比較復雜,可簡單認為基態分子中成鍵電子吸收光后激發,然后單線態分子返回到基態,即發出熒光 。 熒光POF 按折射率分布結構分類,可分為熒光SI POF 和熒光GI POF,摻雜有機染料的POFA最重要特性是在寬波長范圍內提供高功率輸出 。 熒光POF的傳光原理示意圖如下,它滿足一般的SI 型光纖的傳光特性,但入射光的波長不同于出射光的波長 。
熒光POF還有另一種傳光方式,這就是入射光可從側面照射熒光POF,出射光從光纖兩端面出射,當然入射光的波長不同于出射光的傳輸波長 。
熒光材料的光特性主要依賴于基質材料,熒光POF增益放大特性同泵浦波長、熒光POF長度及所用摻雜劑和濃度有關 。 所謂增益G是指POF輸出信號光功率Pout與輸入光功率Pin之間的一種比值 。
10 . 結語
【塑料光纖傳光原理】 POF之所以能傳光是因為光纖具有芯皮結構,光在POF中傳輸是按全反射原理進行傳光的,光在SI POF中的傳輸方式為全反射式鋸齒型,光在GI POF中的傳輸方式為正弦曲線型;同時為了簡化計算,選用子午線進行了參數計算,子午線就是光線的傳播路徑始終經過光纖軸并在同一平面內,這些參數計算包括最大入射角或發射光角度、數值孔徑、子午線在階躍型光纖中的幾何行程及反射次數;側面發光POF和熒光POF也是按全反射原理進行傳光的,對于單芯側面發光POF多是由非固有損耗導致側面發光,而對于多芯側面發光POF則是由彎曲損耗產生側面發光的 。 熒光POF經過特定波長光激發后發出特定波長的光,而且激發光不僅可從端面入射,而且可從側面入射 。