若
您
对
此
书
内
容
有
任
何
疑
问
，
可
以
凭
在
线
交
流
卡
登
录
MATLAB
中
文
论
坛
与
作
者
交
流
。
180
高等光学仿真（MATLAB版）
长
λ
，那么就可以得到纤芯半径。同样，可以通过G
N
、G
H
及G
H
/G
N
用来求解LP
11
模。
4.3 光纤的光功率发射和耦合
在光纤的使用过程中，光纤线路的耦合对于其中光功率的传输至关重要。其中存在着两
种主要的系统问题：1）如何从多种类型的发光光源将光功率耦合进一根特定的光纤；2）如
何将光功率从一个光纤发射出来后经过特定的装置耦合进另外一根光纤。这两种情况都要考
虑一系列因素，包括光纤的数值孔径、光纤的纤芯尺寸、光纤纤芯的折射率分布等，除此之
外还要考虑光源的尺寸、辐射强度和光功率的角分布等。
在光源发射的全部光功率中，能耦合进光纤的光功率通常采用耦合效率
η
来度量，耦合
效率定义为：
η
=
P
F
P
S
(4.109)
式中，P
F
为耦合进光纤的光功率；P
S
为光源发射出的全部光功率。发射效率或耦合效率取决
于和光源连接的光纤类型和耦合实现的过程，例如是否采用透镜或其他耦合改进方案。
实际上，许多光源供应商提供的光源都附带一小段长度（1m或更短）的光纤，以便使其
与光纤链接过程总是处于最佳功率耦合状态，这段短光纤通常称为“尾纤”或“跳线”。因
此，对于这些带有尾纤的光源与光纤的耦合问题提可以简化成为一种简单形式：即从一根光
纤到另一根光纤的光功率耦合问题。在这个问题中，需要考虑的因素包括光纤的类型（单模
光纤或多模光纤）、纤芯尺寸、数值孔径、纤芯折射率分布、光纤位置偏差等。
4.3.1 光源的输出方向图
测量发光光源功率输出的一种方便而有用的方法是测量给定驱动电流下光源辐射强度
（或称亮度）的角分布B 。辐射强度的角分布是单位发射面积射入单位立体角内的光功率，通
常用单位平方厘米、单位球面度内的光功率（瓦特）来度量。由于能够耦合进光纤的光功率
取决于辐射角分布（也就是光功率的空间分布），当考虑光源–光纤耦合效率时，光源的辐射
角分布与光源全部输出功率相比是一个更重要的参数。
为了确定光纤的光功率接收能力，必须首先知道光源的空间辐射方向图。这一方向图通
常是比较复杂的。参考如图4.18所示的表征光源辐射方向图的球面坐标，R、
θ
和
ϕ
是表征三
个坐标的变量，发射面的法线为其极轴。通常辐射强度既是
θ
的函数又是
ϕ
的函数，同时还
随发光面上位置的变化而变化。为了简化分析，可以进行一个合理的假设，即在光源发光面
内其发射是均匀的。
面发射的光源通常利用朗伯光源的输出方向图来表征，这种方向图意味着无论从任何方
向观察，光源都是等亮度的。在相对于发射面法向的
θ
角度上，测量出光源发射出的光功率
随cos
θ
变化。因为随着观察方向的变化，发射面的投影也随着cos
θ
变化，因此朗伯光源的发
射方向图使用如下的关系式来表示：
B(
θ
,
φ
) = B
0
cos
θ
(4.110)
BUAA
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