第四讲光导纤维的传输原理-1.ppt

光导纤维的传输原理 光的基本知识 光是一种电磁波 可见光350nm—750nm 光纤通信所用的波长800——1600nm 光的反射、折射 全反射 * 1.2 基本理论 1.2.2 光在均匀介质中的传播特性 1.2.2.1 三个基本定律（1） 光线在均匀介质中按直线传播，称直线传播定律。其传播速度为： v=c/n 式中：c＝2.997×108m/s，是光在真空中的传播速度；n是介质的折射率。 * 1.2 基本理论  常见物质的折射率： 空气 1.00027； 水 1.33； 玻璃 (SiO2) 1.47； 钻石 2.42； 硅 3.5 折射率大的媒介称为光密媒介，反之称为光疏媒介 光在不同的介质中传输速度不同 * 1.2 基本理论 （2） 来自不同方向的光线在介质中相遇后，各保持原来的传播方向继续传播，这就是光的独立传播定律。（3） 光在两种各向同性、均匀介质分界面上要发生反射和折射。即一部分光能量反射回原介质，另一部分光能量折射入另一介质。 平面波在均匀介质上的反射与折射 所谓平面波是指在与传播方向垂直的无限大平面上，电场强度E和磁场强度H的幅度和相位都相等的波型。即这种波的等幅、等相面是无限大的平面。 1.补充知识 1.1简谐振动 1.1、简谐振动 定义：简谐运动是最简单的周期运动，它是时间的单一正弦或余弦函数 。 其中:A为振幅、ω为圆（角）频率、Φ为初相位 单位分别是弧度（rad/s）、赫兹（Hz）秒（s）， 简谐振动三要素 频率和周期： 1.简谐振动的旋转矢量表示方法 用大小不变而绕固定始点旋转的旋转向量表示简谐振动能形象地说明简谐振动的物理概念。 OM是一个长度为A，以Φ角开始以等ω逆时针原点O旋转的矢量，任一时在纵轴上的投影ON即为x=Asin(wt+Φ) 2.简谐振动的复数表示方法 平面波在均匀介质上的反射与折射 O z y x K 平面波的表示式与坐标的选取有关 为了方面取如图所示：取观察点P， 由原点至P点的直径为R，则平面波 的电磁场表示为： E0和H0是常复矢量，表示电场强度和磁场强度 P R 平面波在两介质界面上的全反射与介质薄膜波导 在进入光纤的讨论之前，先用射线法分析薄膜波导，不仅因为介质薄膜波导是建立介质波导的基础，也是构成集成波导的基础。 介质薄膜波导 如图所示，表示均匀薄膜波导的纵向剖面，由三层均匀介质构成，中间一层折射率为n1,厚度为1-10um,光波就在其中传输。 另两层为n2和n3，为使光波集中，n2和n3必需小于n1，如果n2=n3则为对称波导，一般假设n1n2n3 n1 n3 n2 薄膜波导的横向（y向）宽度一般为1~2cm，与光波相比，很长，如当波长为1um时，有上千个波长，被认为是无限宽。 平面波在均匀介质上的反射与折射 有折射率指数为n1,n2的无限大介质，X=0为其交界面，反射和折射的基本规律是由斯涅耳定律和菲涅耳公式表示 斯涅耳定律 ___说明三者之间方向的关系 n2 n1 n1n2 θ1 θ2 入射 折射 反射 反射定律 折射定律 平面波在均匀介质上的反射与折射 当n1n2， 当θ2=90时，射线不再进入第二种媒质 此时的入射角满足： n2 n1 n1n2 θ1 θ2 入射 折射 反射 当θ1再增大时，能量全部返回第一媒质，这种现象叫全反射，此时入射角叫全反射角： n2 n1 n1n2 θ1 θ2 入射 折射 反射 水平偏振波：电场矢量与入射面相垂直的平面波 垂直偏振波：电场矢量在入射面上的平面波 E H n2 n1 n1n2 θ1 θ2 入射 折射 反射 E H 水平偏振波 垂直偏振波 入射面：界面法线与入射光线组成的平面 菲涅耳公式___说明三者之间振幅的关系 水平偏振波 垂直偏振波 n2 n1 n1n2 θ1 θ2 入射 折射 反射 设入射波、反射波、折射波的电场强度为： 引入反射系数R与透射系数T表示他们之间的关系 平面波在均匀介质上的反射与折射 n2 n1 n1n2 θ1 θ2 入射 折射 反射 其中R、T都是复数，包括相位和大小，|R|和|T|是R和T的模值，分别表示反射波、折射波与入射波的大小比值。 2ф1，2ф2是R和T的相角，分别表示在分界面上反射波、折射波比入射波超前的相位。 * * * *