现代交换原理第2章光导纤维.doc

第2章 光导纤维 主要内容：光纤的导光原理 分析方法——射线理论和波动理论 2 .1 光纤的结构和分类 2.1.1 光纤的结构 结构：如图2-1。 2.1.2 光纤的分类 一、按照光纤的横截面折射率分布来进行划分: 二、根据纤芯中所传输的模式数量来进行划分 ——单模光纤和多模光纤 光波长窗口：长波长区—— 1.31μm和1.55μm 短波长区—— 0.85μm 2.2射线理论分析光纤中光波的导光原理 光学基础 1、平面波的概念 平面波的概念—— 描述平面波传输特性的三个参数： （1）传播速度v: 定义： 表达式： （2）相位常数 定义： 表达式： 当平面波在介质中传播时， （3）波阻抗Z 定义： 表达式： 说明：自由空间波阻抗Z0是指平面波在自由空间传播时的波阻抗。 2、平面波在两介质交界面上的折射与反射 折射波与反射波 x 水平极化波的特点： //介质交界面 × 垂直极化波的特点： //介质交界面 × (2)折射定律和反射定律 反射定律： θ1=θ 折射定律： n1sinθ1= n2sinθ2 （或sinθ2=） θ1与θ2之间的关系： （2-2-9） （3）菲涅尔公式 ·概念：反射系数和折射系数 R反射系数= T折射系数= ·菲涅尔公式 3、全反射 全反射现象 x ·概念：当θ2=90°时， 折射线将沿界面传播, 此时所对应的入射角 z 称为临界角,即θ1=θc. ·全反射条件 全反射条件：① ②90°﹥θ1≥θc 说明：以上两个条件必须同时满足。 二、阶跃型光纤中的射线理论分析 1、射线种类：子午线和斜射线 2、阶跃型光纤中的光波 导光原理 —————— 全反射 光轴 导波与辐射波 n0 n1 泄漏波或辐射波 导波：沿z方向：介质1和介质2中的波都是以同样的相位常数传播。 沿x方向：介质1中，呈现驻波分布 介质2中，按指数规律衰减 辐射波：在平面波入射到介质交界面上，当,而时，则不满足全反射条件，从而形成一部分能量反射回介质1中，另一部分透射到介质2中，这种波就是辐射波。 集光能力 n0 n1 θ1 θz 泄漏波或辐射波（模） 形成导波的射线条件： 数值孔径NA：表示光纤集光能力的参数。 定义式：= （4）模式色散 模式色散的概念： 模式色散程度衡量参数：最大时延差= 三、渐变型光纤中的射线理论分析 1、导光原理 导光原理：折射定律+全反射 2、射线轨迹 或 3、集光能力 θ1θc θ2θc θ2=θc r4 n(r4) θ3 n(r3) r3 ds r2 θ2 dr R n(r2) θ1 dz n(r1) r φ 0