[信息与通信]光波导理论---第一讲.pptVIP

模式是有序的 特征根的序号排列；或 ?之大小排序。 模式的含义（3） 许多模式的线性组合构成了波导中总的场分布。 模式的含义（4） 一个模式在波导中传播的最基本物理量是它的传输常数?。 ?是光频率的函数，也是折射率分布?(x,y)的函数. 模式的含义（5） 模式场的横向分量，可以由纵向随横截面之分布唯一确定。 模式场的横向、纵向分量 模式场的推导 模式场的推导 再利用 ez 和ht时间上是同相位的 若ez 、hz为实数，则et 、ht必为纯虚数, 纵向分量与横向分量在时间上由90度的相位差。 模式场各分量时间上的相位关系 横向分量携带功率，纵向分量起导引作用。 能量的传播 传播功率 纯虚数 TEM模： ez=0 hz=0 TEM模只存在于无限大均匀媒质中。 模式分类1 近似处理：|ez||et|; |hz||ht|时，以TEM模 处理 TE模： ez=0 hz?0 模式分类2 TM模： hz=0 ez ? 0 波阻抗 波阻抗 HE/EH模： ez ? 0 hz?0 模式分类3-混合模式 正反传输 取共轭 反向传输的传输常数?’=- ? 正反向场的关系： 或 定义一个新矢量 模式的正交性 模式1 并利用无吸收损耗介质的假定 散度定理 dl dA y z x 对上式的左边： 左边为： 取模式1的i次模和模式2的k次模 两边对z微分 如果模式1取i次模，模式2取- k次模，利用反向传输模与正向传输模式之间的关系 积分只涉及到横向分量 ? 得出 传输常数的积分表达 b=n(r) .k .cosqz 一个模式的传输常数，由模式场的分布(e,h)唯一确定 若β变化，模式场的分布也必然变化 如果分布形式不变，也仅仅模式场的幅度变化， β不变，因为β只取决于模式场的相对值 β的特点 * 导波光：受到约束的光波 光波导：约束光波传输的媒介 介质光波导三要素： “芯 / 包”结构 凸形折射率分布，n1n2 低传输损耗 光波导的基本概念 薄膜波导（平板波导） 矩形波导（条形波导） 园柱波导（光纤） 对称与非对称波导 光波导的分类 平板波导 矩形波导 脊型波导 沟道波导 平面掩埋沟道波导 园柱波导:光导纤维 单模：8 ~10mm 多模：50mm 62.5μm 125mm 245~250μm 按折射率分布： 均匀折射率分布光波导；渐变折射率分布光波导 按传播模式： 单模光波导SMF；多模光波导MMF 按材料： 石英、塑料与红外光波导、III-V族材料光波导 特种光波导（光纤）： 保偏(单偏振)光纤PMF；有源光纤；晶体光纤PCF 零/非零色散位移光纤DSF；负色散光纤DCF； 特殊涂层光纤；耐辐射光纤；发光光纤 光纤波导的进一步分类 对称波导： 芯区周围的介质折射率相同 非对称波导： 芯区周围的介质折射率不同 对称/非对称波导 在与该截面垂直的纵向上，波导无限延伸；折射率分布只是横向坐标的函数，且除考虑光波导的激励问题外，一般可以忽略“源”的影响。 在这些光波导中，如果光在横向受到充分的约束而没有辐射或泄漏，就可能沿实现远距离传输。这种情况称为导波模； 反之，光在横向上如果有辐射，则称为辐射模 导波模辐射模 柱型光波导结构中，光在横方向 上总是趋于集中在折射率最大或波相速最慢的区域中，沿纵向传播，这一规律称为折射率定则折射定律，它虽不能用于具体计算，但对于理解许多光波导现象却十分重要。 光波导技术的广阔应用领域 光波导技术 位移、振动 温度、压力 应变、应力 电流、电压 电场、磁场 流量、浓度 可以测量70 多个物理化学量 信息获取 有源无源器件 光纤通信干线 光交换接入网 AON DWDM OADM OTDM FTTC,B,O,H ROF 信息传输 光子集成 光电子集成 集成光路 光收发模块 光接入模块 光开关模块 光放大模块 信息处理 广告显示牌 激光手术刀 仪表照明 工艺装饰 电力输送 光纤面板 医用内窥镜 潜望镜 其它应用 1. 光场沿光波导横截面的分布规律； 2. 光场沿光波导纵向的传播规律；对于每一个导波模式而言，以上两项一一对应。 3. 光波导受到扰动时，模式间的耦合； 4. 信号沿光波导传播时的衰减； 5. 信号沿光波导传播时的畸变； 6. 光纤中的非线性效应； 7. 光场偏振态沿光波导的演化规律； 8. 有源光纤； 9. 光波导的激励。 10.复矢量法解模式问题 光波导理论的基本问题 分析的方法 当光波波长λ远小于光波导的横向尺寸时,可以近似认为λ→0,从而忽略表征光的波动性的衍射现象,获得发散角为零的光锥--光线。因此