第一章 几何光学.pptVIP

光通信给光纤技术带来了巨大

发展空间光纤通信正以惊人速度向更高级阶段发展，全光网络是发展方向。要实现全光网络则必须实现波分复用技术（特别是密集波分复用DWDM）和全光节点技术，构成一个完整的光纤传输系统，除了光源、光探测器及光纤外，还需要众多无源或有源的光学器件。光纤网络中所需各种光学器件有：光发射/接收器、光波分复用/解复用器、波长转换器、光分插复用器、光纤滤波器、光纤放大器以及高速通信系统中的色散补偿器等。第62页，共103页，星期日，2025年，2月5日光通信中的典型器件实现上述器件功能，需要研究更基本的器件单元，通过这些单元的组合设计来实现较高一级的功能。典型器件：光纤Bragg光栅光纤面板自聚焦透镜微小透镜阵列第63页，共103页，星期日，2025年，2月5日光纤光栅FBG是在光纤纤芯内折射率周期调制的光学元件，利用光纤材料的光敏感性在纤芯内形成空间相位光栅。FBG是最近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一，在光纤通信、光纤传感领域都有广阔应用前景。Λn纤芯Bragg光栅ZZ1Z2均匀Bragg光栅结构原理示意图?B输入宽谱光反射光透射光第64页，共103页，星期日，2025年，2月5日光纤光栅的工作原理宽带光通过光纤光栅时，将反射回一窄带信号，窄带信号的波长与纤芯折射率和光栅常数有关。?B＝2nΛ式中：?B为Bragg中心反射波长，n为纤芯的有效折射率，Λ光栅常数。光纤光栅作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤光器或反射镜，反射的窄脉冲宽度达到纳米量级，正符合密集波分复用的要求。由公式知，n与Λ的改变均会引起反射光波长的改变。因而能导致n与Λ改变的物理量，均可以用FBG作为传感元件如应力、温度和压力等。灵敏度和线性度也非常好。第65页，共103页，星期日，2025年，2月5日光纤光栅的用途采用FBG作为腔反馈和模式选择的单频光纤激光器或混合集成式耦合腔半导体激光器，都可将光激射限制在特定波长或者特定梳状波长，这样就可有效用于密集波分复用（DWDM）通信系统。由FBG的选频作用能制作出性能优异的光纤带通或带阻滤波器、高质量多功能全光纤激光器与光纤放大器等各种全光纤集成器件。FBG能十分有效地压窄由于色散而展宽的光脉冲，从而降低系统误码率，因而是很有发展潜力的色散补偿器第66页，共103页，星期日，2025年，2月5日光纤光栅传感器光纤光栅传感器不仅可靠性高、抗电磁干扰、抗腐蚀性能好，还具有测量精度高、动态范围大、线性度好等优良特性。由于光纤光栅将被测信息转化为其响应波长的移动，即波长编码，传感得到的信息直接由波长变化表示，与光源能量、光纤连接及耦合时所带来的衰减无关，即不受光源功率波动和系统损耗的影响。光纤光栅传感网络可以实现多点实时监测。由于光纤光栅自身的小巧结构它还可以制成光纤灵巧结构（SmartStructure）传感器。如美国将67个FBG传感头埋于桥梁各个梁中，用于实时监测桥梁各处的受力应变通过设计各种机敏结构，光纤光栅可以实现对应力、应变、温度、流量、位移、微振动、磁场、电场、电流等多种物理量的测量。第67页，共103页，星期日，2025年，2月5日光纤传像元件

由光纤制成的大面阵、无源成像器件将光学图像从一端传递给另一端。它是由大量光纤排列压制在一起，经切、磨、抛等工艺制成可传递二维图像的光学元件。1光纤面板：可将二维图像1:1进行传递。每根光纤传输图像的一个象素，用足够多、足够细的光纤获得理想的图像传输。在医疗、工业、军事上都有很大用途。2传像束：采用10?m外径光纤，象素光纤需2－4万根。3光纤光锥：一头大、一头小，可将输入图像放大或缩小。用来将面板输出图像耦合到CCD等成像器件上4光纤扭像器：可将输入图像扭转180度（倒像）。可将反像变为正像，有利于人眼的观察习惯。5，密码器第68页，共103页，星期日，2025年，2月5日几何光学第三节

成像的基本分析方法和计算公式符号规则理想光学系统—近轴系统物像关系的作图法牛顿公式和高斯公式光学系统的放大率第69页，共103页，星期日，2025年，2月5日几何光学的符号规则：

1，截距、孔径角、孔径高度，物高和像高

2，符号的规定第70页，共103页，星期日，2025年，2月5日几何光学的符号规则：光线自左向右以顶点为起始点，与光线传播方向一致为正，反之为负垂轴线段，上为正，下为负夹角：顺时针为正，逆时针为本负焦距：以焦点为起始，顺光线为正，逆光线为负第71页