知识点渐变型光纤导光原理课件.
渐变型光纤导光原理教案.
知识点渐变型光纤导光原理
一、教学目标：
理解渐变型光纤导光原理
二、教学重点、难点：
重点掌握渐变型光纤导光原理和特点。
三、教学过程设计：
1.知识点说明
渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
2.知识点内容
1）渐变型光纤导光原理
3.知识点讲解
2）讲解什么是渐变型光纤导光原理，图解说明渐变型光纤中的各种模式的光的传输路径。
3）讲解渐变型光纤导光原理在光通信中的应用。
四、课后作业或思考题：
1、渐变型光纤的导光原理是什么？
渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
四、本节小结
渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
《光波导理论教学课件》3.4渐变光纤
渐变光纤的制备方法及其挑战
1Байду номын сангаас
制备方法
制备渐变光纤的方法包括气相法、液相法和柱拉法等。这些方法都需要高纯度的 玻璃材料和精密的加工设备。
2
挑战
渐变光纤制备需要高度的技术复杂度和成本，包括纤芯和外包层的质量和形状的 保持、纤芯和外包层的拼接等难点问题。
3
发展趋势
随着技术的发展，未来渐变光纤的制备工艺会更加成熟，应用领域也会不断拓展。
《光波导理论教学课件》 3.4渐变光纤
渐变光纤是一种结构独特、性能卓越的光纤。它的应用广泛，包括通信、医 疗和制造业。了解渐变光纤的原理和应用领域，可以帮助我们更好地进行光 纤的研究和开发。
渐变光纤概述
什么是渐变光纤？
渐变光纤是由两种或多种折射 率不同的玻璃材料组成的。它 的折射率按径向或轴向连续变 化，从而形成渐变的折射率分 布。
将来发展趋势和展望
新材料
将会有新的材料用于渐变光 纤的研究和制备，例如纳米 材料和生物材料。
新应用
随着技术的发展和应用领域 的不断拓展，渐变光纤的应 用领域将会更广泛。
新功能
新功能的渐变光纤将会被开 发出来。例如，可以通过改 变折射率分布实现拓扑保护。
渐变光纤的结构
渐变光纤的折射率分布
渐变光纤的核心是由不同折射 率的逐渐改变，从纯硅材料的 高纯度硅生长，外层包层牵张， 最终制成。
渐变光纤的折射率分布可以是 径向的，也可以是轴向的。径 向渐变的光纤折射率随着距离 从纤芯中心的增加而减小，而 轴向渐变的光纤则沿光纤长度 的方向变化。
渐变光纤的性能和特点
这种光纤能够更好地保持光的 传输方向，可以用于光通信和 激光器。
渐变光纤的应用领域
光纤通信系统PPT课件
48 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(2)单模光纤 当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级， 这时，光纤只允许一种模式（基模）在 其中传播，其余的高次模全部截止，这 样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
41 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒 质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础 设施的支柱。
7 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光 技术、光电集成技术为基础发展起来的 通信系统，它具有频带宽、重量轻、体 积小、节省能源，主要用于大容量国际、 国内长途通信干线，也用于短局间中继。 我国今后不再敷设新的长途电缆线路， 而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向 的，每一端都有光发送机、光接收机和 电发送机、电接收机并且每一端的光发 送机和光接收机做在一起，称为光端机， 电发送机和电接收机组合起来称为电端 机。同样，中继器也有正反两个方向。
简述阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤的不同导光原理
简述阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤的不同导光原理引言光纤作为一种重要的通信传输媒介，根据折射率分布的不同可以分为阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤。
阶跃型折射率分布光纤由于其特有的导光特性被广泛应用于光通信领域，而渐变型折射率分布光纤由于其优越的性能在某些特殊应用上有较好的表现。
本文将分别介绍阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤的导光原理、特点以及应用。
一、阶跃型折射率分布光纤1.1 导光原理阶跃型折射率分布光纤的导光原理基于全反射效应。
当光线从高折射率介质边界入射到低折射率介质中时，会发生全反射现象。
阶跃型折射率分布光纤由两种不同折射率材料构成，其中芯区折射率较高，包层折射率较低。
当光线沿着光纤芯区传播时，会由于全反射现象而始终保持在芯区中传输，形成了光信号的传输通道。
1.2 特点阶跃型折射率分布光纤具有以下特点：1.折射率分布呈阶跃型，芯-包层之间有明显的折射率差异。
2.光信号在芯区中传播，避免了由于光信号的衰减和扩散而引起的能量损失。
3.光纤的传输损耗较小，传输距离较长，可以达到数十公里。
4.纤芯直径较小，允许光信号的多模传输，适用于高速传输需求。
1.3 应用阶跃型折射率分布光纤的导光原理以及特点决定了其在光通信领域的广泛应用。
主要应用包括：1.光通信传输：阶跃型折射率分布光纤作为光信号的传输介质，可以实现远距离、大带宽的光通信传输，广泛应用于光纤通信网络中。
2.光纤传感器：阶跃型折射率分布光纤作为传感器的敏感元件，可以通过测量光信号的损耗、相位等信息实现温度、压力等物理量的测量。
3.医疗领域：阶跃型折射率分布光纤广泛应用于光导导管、光纤光源等医疗设备中，用于实现光学成像、光疗等功能。
二、渐变型折射率分布光纤2.1 导光原理渐变型折射率分布光纤的导光原理基于光信号在折射率分布梯度中的偏转效应。
渐变型折射率分布光纤由折射率逐渐变化的材料构成，通过调节导纤结构的折射率分布，使光信号在纤芯中发生偏转而实现导光。
渐变型光纤导光原理课件.
使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
渐变型多模光纤如图 在纤芯中心折射率最大为n1 沿径向r向外围逐渐变小
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
直到包层变为n2
光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播
特点是信号畸变小
1.渐变型光纤导光原理
通信技术专业教学资源库 石家庄邮电职业技术学院
谢谢
主讲：杨斐
渐变型光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
可使高次模的光按正弦形式传播 这能减少模间色散 提高光纤带宽 增加传输距离
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化 渐变型光纤导光原理是利用光的反射和折射
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
通信技术专业教学资源库 石家庄邮电职业技术学院
阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤的不同导光原理
阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤的不同
导光原理
阶跃型折射率分布光纤是最早实现商业化生产的光纤之一、它的折射
率分布是由两种不同折射率的材料构成，即核心和包层。
核心的折射率较高，而包层的折射率较低，从而产生全反射，使光线在光纤的核心中传输。
这种设计特别适用于单模光纤，因为它能够防止模场间的混杂。
阶跃型折
射率分布光纤的直径通常较小（9-125微米），可以用于远距离传输和高
速数据传输，这使得它在通信技术领域得到了广泛应用。
渐变型折射率分布光纤。
渐变型折射率分布光纤是一种特殊的光纤，它的折射率分布具有渐变性。
渐变型折射率分布光纤的核心折射率是从中心向外逐渐降低的，这种
设计将导致光线的光路弯曲，因此能够支持多种波长和模式的传输。
渐变
型折射率分布光纤的优势在于它能够提供多芯光纤的支持，这使得它在计
算机网络和成像技术中得到了广泛应用。
导光原理的不同之处。
与之相反，渐变型折射率分布光纤的导光原理不基于全反射。
光线在
渐变型折射率分布光纤中的传播道路是曲线的。
这是由于不同位置的光纤
的折射率不同。
这种设计使得在光纤中传播的光线可以被曲线反射和散射。
由于不同频率、极化和模式的光线都能在这种光纤中传输，因此这种设计
对于多模光纤和支持多频率的光纤传输是非常有用的。
总体而言，阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤都有各自
的优势和应用。
对于特定的应用场景，根据不同的需求来选择不同的光纤
类型是非常重要的。
光纤的导光原理课件.
斯涅耳定律给出了定义这些光线方向的规则 1 = 3 n1sin 1 = n2sin 2
7
光传输技术 全反射
1.全内反射理论
图
光的折射与全反射
8
光传输技术
1.全内反射理论
若要使光线在光纤中实现长距离传输，必须使角大于临界角。由前面分
析已知光纤的临界角为
多模光纤中传输多个模式。
18
光传输技术 模场直径
2.波动理论
单模光纤中基模场强在光纤的横截面内有一特定的分布，该分布与 光纤的结构有关。光功率被约束在光纤横截面的一定范围内。也就是 说，单模光纤传输的光能不是完全集中在纤芯内，而是有相当部分在包 层中传播。所以不用纤芯直径来作为衡量单模光纤中功率分布的参数，
1
2
nc 渐变光纤的导光原理：依据折射原理,光线最迟 在芯包界面发生全反射，将子午射线限制在纤芯中
向前传播的。
n1sin 1=n2sin n4 n3 n1>n2 > 1 n2 =2 > 1 n1 21 n2 同理： n3 1 ＜ 2＜ 3＜ ＜ n n4
光传输技术
1
光传输技术
全内反射理论 波动理论
2
光传输技术
掌握反内反射原理 掌握光纤的数值孔径和截至波长的概念 了解单模传输条件
3
光传输技术
1.全内反射理论 2.波动理论
4
光传输技术
1.全内反射理论
光的性质
波动性
射线理论 （全内反射）
粒子性 波动理论
5
光传输技术 折射和折射率
1.全内反射理论
n1sin Фc =n2sin90° sin Фc＝ n2/n1
sin θa =n1(1－sin2 Фc )1/2=n1[1－(n2/n1)]1/2 =n1(2)1/2
《光波导理论教学课件》3.4渐变光纤-文档资料
2.
2 r d r l n ( r ) n ( r ) s i n ( r ) c o s( r )( 3 . 4 5 ) z a d sa
d z nr () nr ( )c o s z d s
由3.4-4和3.4-5得：
a l cos ( r ) 1 / 2 2 2 rn ( r )
(3.4 2)
定义角、z、是r的函数，它们之间的关系：
cos (r) sin z(r)sin r) ( dr cos (r) ds
dz cos z (r) dr d 1 sin z (r) cos (r) ds r
（1）
d dz n(r ) 0 ds ds
( 3 . 4 6 )
3.4.2 光线路径及光线分类 光线路径：
dz cos z (r ) ds d 1 sin z (r ) cos (r ) r 光学不变量： ds
由3.4－2c得： 3.4-3
dz n ( r ) n ( r ) cos ( r ) z ds
条件：光源对光纤均匀激发（不同角度辐射的射线包含的功率相同） 设纤芯处和离轴线为 r的功率密度各为p(0)、 p(r), 有
2 2 2 P ( r ) NA ( r ) n ( r ) n ( a ) 2 2 2 P ( 0 ) NA ( 0 ) n ( 0 ) n ( a )
光纤折射率分布近场测试法的原理
2 2 dr l a 2 2 2 n (r ) 2 r dz 引入函数 2 2 l a 2 2 g (r ) n (r ) 2 r
2
第二章光纤的导光原理
一、光在光纤中的传播 2、子午射线在渐变光纤中的传播
n1sin θ1=n2sin α n4 n3 n1>n2 ⇒ α > θ1 n2 α =θ2 ⇒ θθ1> θ1 n1 2 n2 同理： 同理： n3 θ1 ＜ θ2＜ θ3＜…4 θn n＜
nc
θ3
φ
θ1
θ2
α θ1
θ2
nc 渐变光纤的导光原理：依据折射原理, 渐变光纤的导光原理：依据折射原理,光线最 迟在芯包界面发生全反射， 迟在芯包界面发生全反射，将子午射线限制在纤芯 中向前传播的。 中向前传播的。
θmax
三、光纤的传输模式
射线模：在射线理论中， a、射线模：在射线理论中，我们认为一 个传播方向的光线对应一种模式。 个传播方向的光线对应一种模式。 b、传导模：光源在光纤中激励出所有模 传导模： 式中的一部分能由光纤的一端传到另一端， 式中的一部分能由光纤的一端传到另一端， 这种能在光纤中传播的模式称之为传导模 式(简称导模)。 简称导模)光纤的数值孔径
数值孔径的定义： 数值孔径的定义：能在光纤中形成全反射的 光线在空气中的最大入射角的正弦值。 光线在空气中的最大入射角的正弦值。
1、阶跃光纤的数值孔径 n2 α0
θa
Фc
n1
二、光纤的数值孔径 Фc
n2
α0
θa
n1
角θa的正弦sin θa，称为光纤的数值孔径，以NA表示。 θa的正弦sin θa，称为光纤的数值孔径， NA表示。 的正弦 表示 • n0sin θa =n1sinα0=n1sin(90 － Фc)=n1cos Фc sin(90º－ n1sin Фc =n2sin90° ⇒ sin Фc＝ n2/n1 • • (1－ [1－ sin θa =n1(1－sin2 Фc )1/2=n1[1－(n2/n1)]1/2 (2∆ =n1(2∆)1/2 (2∆ 即NA=n1(2∆)1/2
阶跃光纤和渐变光纤导光原理24页PPT
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
阶跃光纤和渐变光纤导光原理
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
知识点渐变型光纤导光原理课件.
1.3.3单模光纤的传输条件
• 光传输频率低于某一频率Vc时，光纤中只有一种模式的光 （基模）被传输，其余的高次模全部被截止，称该频率Vc为
截止频率。
• 除了光纤的参量如纤芯半径、数值孔径必须满足一定条件外， 要实现单模传输还必须使光纤的归一化频率V小于截止频率，
即V≤Vc。
V
2a n1 n2
V
2a n1 n2
2
2
2an1 2
•V值的大小能决定光纤中传播模式的数量。只传输基模光信号的
光纤为单模光纤。传输多种模式光信号的光纤为多模光纤。 •阶跃光纤导波模式的数量为N=V2/2，渐变光纤导波模式的数量 为N=V2/4 。
1.3.3单模光纤的传输条件
•单模光纤为什么只传输一种模式， 有什么好处？ •单模光纤是如何避免多种模式的光 在光纤中传输的？ 探 讨
1.3.2 光信号的传输模式
• 光纤中光信号的传输模式有基模和高次模。为了表征光纤中 传输模式的数量，引入归一化频率V，用它来表征光纤中传输 导波模式的数量（简称导模数），其表达式为：
其中：λ为光波的波长（μm）；n1为纤芯区域中最大折射率， 对阶跃光纤而言它为常数，对渐变光纤而言它为轴心处的折射 率；n2为包层区域中最大折射率；a为纤芯的半径(μm)；Δ为 光纤的相对折射率差
第1章 光通信基础
第一教学情境内容和要求
光纤通信系统认识
掌握光的反 射、折射 和全反射
了解SDH、 WDM传输 设备
认识光学
认识光纤
认知光纤通 信系统
认知光纤设备
掌握光纤的结 构、型号、 特性和标准 第一章 光通信基础
掌握光纤通信系 统组成，理解 SDH原理及保护 第二章 光纤通信系统
第4章 光纤光学课件渐变折射率分布光纤
r0n(r0 )sinθZ(r0 )cosθφ(r0 )
角向运动特点
光线的角动量：
恒为常数
r
2
r2
df
dt
I n
Hale Waihona Puke dz dtI nVp
Ic
n2
– 这表明,光线角向运动速度将取决于光线轨迹 到纤轴距离r:在最大的r处光线转动最慢;在最 小的r处光线转动最快。
子午光线：θφ＝π/2， I 0
dφ/dz＝0 光线保持在同一平面
(dz/dS)|r0
＝rcosθrzr(ˆr0) zzˆ
x
P
r r
zdz
r P0 r0
ds
r0 p
r0df dl dr
f
y
ef
Q er
轴向运动
分析轴向分量方程:
d n dz 0 dS dS
有： n(dz/dS)=const., 令其为 n , 则有
n ＝n(r)dz/dS＝n(r)cosθz(r)=n(r0)cosθz(r0) n ---- 第一射线不变量
0
rl1
rl 2 a rl 3
r
隧道光线
条件:
n2> n(r0) cosθz(r0)>√n22－(r02/a2)n2(r0)sin2θz(r0)cos2θφ(r0)
光线存在区域: rl1 < r < rl2
r > rl3 内散焦面半径：rl1 外散焦面半径：rl2 辐射散焦面半径: rl3
n2(a)- I2 /a2
在r>rr1的所有区域均有光线存在，因此光线的约束作 用完全消失，光线毫无阻挡地进入包层中传播。
角向运动
分析φ分量方程:
阶跃光纤和渐变光纤导光原理课件
应用场景的比较
阶跃光纤
由于其较低的传输损耗和稳定的 导光性能，适合用于短距离、高 带宽的通信网络。例如，建筑物 内的光纤网络、局域网等。
渐变光纤
由于其优异的传输性能，常用于 长距离、大容量的通信系统，如 跨洋光缆、国家骨干网等。
05
阶跃光纤和渐变光纤 的发展趋势
新材料的应用
材料选择
随着科技的进步，新型的光纤材料不断涌现，如石英、塑料等，这些材料具有更 高的光学性能和机械强度，能够提高光纤的传输效率和稳定性。
。
03
渐变光纤导光原理
渐变光纤的结构特点
01
02
03
渐变折射率
渐变光纤的折射率从中心 到外部逐渐减小，形成连 续变化的折射率分布。
多模传输
由于折射率的变化，光线 在光纤中传播时发生折射 ，形成多模传输。
材料选择
常用石英材料制造渐变光 纤，因其具有优良的物理 和光学性质。
渐变光纤的折射率分布
抛物线型折射率分布
材料优化
通过改进材料的纯度、掺杂技术等手段，进一步优化光纤材料的性能，提高其导 光能力和抗干扰能力。
新工艺的研发
拉丝工艺
改进拉丝工艺，提高光纤的几何精度 和表面质量，降低光纤的散射损耗和 反射损耗。
涂覆工艺
研发新型的涂覆材料和涂覆技术，增 强光纤的机械强度和环境适应性，延 长光纤的使用寿命。
新结构的设计
1980年代
1990年代至今
光纤通信进入大规模商用阶段，光纤通信 系统逐渐成为长距离、大容量通信的主流 技术。
光纤通信技术不断创新和发展，传输速率 和传输距离不断提升，全光网络成为未来 通信技术的发展方向。
光纤的种类和特点
阶跃光纤
阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤的不同导光原理(一)
阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤的不同导光原理(一)阶跃型折射率分布光纤与渐变型折射率分布光纤光纤是近年来快速发展的重要领域，其中阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤是两种常见的光纤类型。
虽然它们都可以传输光信号，但导光原理却有所不同。
阶跃型折射率分布光纤的导光原理阶跃型折射率分布光纤中，折射率在纤芯和包层之间发生突变，如同一个台阶，因此又被称为“台阶式光纤”。
当光线穿过界面时，会发生漫反射和折射，从而在光纤中传输。
光线在高折射率区域向低折射率区域传输的时候会发生全反射现象，确保了光线只在纤芯中传输，有效避免信号衰减。
渐变型折射率分布光纤的导光原理与阶跃型折射率分布光纤不同，渐变型折射率分布光纤中折射率随着离纤芯的距离而缓慢变化，如同一个倾斜的斜面，因此称为“渐变折射率光纤”。
这样的设计使得光纤具有更大的孔径，更容易引入光束，并使其逐渐地随着纤芯逐渐衰减。
由于渐变型折射率分布光纤中折射率渐变，光线会与界面缓慢地转向，因此在光纤中传输路径是曲线的，而不单是直线的，从而增加了光纤的损耗，影响了光纤传输的效率。
两种光纤的比较阶跃型折射率分布光纤比渐变型折射率分布光纤更容易制造和连接，并且信号传输损失小，速度更快、效率更高。
但是，它的折射率悬崖式的变化可能会导致模式耦合和模式失真等问题。
而渐变型折射率分布光纤则有更大的孔径和更好的耦合性，但损失较高，传输速度较慢。
因此，在实际应用中，需要根据具体的传输需求来选择不同类型的光纤，以达到最佳的传输效果。
应用领域阶跃型折射率分布光纤主要应用于长距离通信和高速宽带网络，例如高速铁路、远程医疗和监控等，它可以支持更高的数据传输速率。
同时，阶跃型折射率分布光纤也适用于成像设备、激光雷达和传感器等。
渐变型折射率分布光纤主要应用于医疗成像、光学传感器和工业自动化等领域。
由于其更大的孔径和更好的耦合性，可以使得光束更容易进入光纤，使得成像和测量更加精确。
同时，渐变型折射率分布光纤也可以用于单模光纤放大器和激光器等领域。
《光波导理论教学课件》3.4渐变光纤
具有低损耗、宽频带、低色散等 特性，广泛应用于通信、传感等 领域。
渐变光纤的类型
01
02
03
折射率渐变光纤
折射率沿径向线性或非线 性变化，具有良好的传输 性能。
梯度折射率光纤
折射率呈抛物线形分布， 具有低损耗、宽频带等优 点。
多模渐变光纤
适用于多模信号传输，具 有较大的传输容量。
渐变光纤的应用场景
性能优化策略与实践
优化策略
采用材料改性、结构设计、制造工艺等方法，对渐变光纤的性能进行优化。
实践经验
通过对不同类型和规格的渐变光纤进行实验和研究，积累实践经验，不断改进和优化光纤的性能。同 时，加强与国内外相关企业和研究机构的合作与交流，共同推动渐变光纤技术的发展和应用。
05 案例分析与实践应用
CHAPTER
光的折射与反射
光的折射
当光从一个介质进入另一个介质时， 由于速度的改变，光会朝介质折射的 方向偏转，发生折射现象。
光的反射
当光遇到不同介质的交界时，会按照" 入射角等于反射角"的法则反射回去， 发生反射现象。
渐变折射率的光波导原理
渐变折射率光纤
在光纤中折射率逐渐变化的介质，使光在光纤中传播时发生折射，引导光在光 纤中传播。
通信系统
利用渐变光纤的低损耗、 宽频带特性，实现高速、
大容量的信息传输。
传感技术
通过检测渐变光纤中光 的传输特性变化，实现 温度、压力、位移等物
理量的测量。
医学诊断与治疗
将渐变光纤用于激光照 射、光动力治疗等领域，
提高医疗效果。
军事领域
利用渐变光纤实现激光 武器、光学侦查等高技
术应用。
02 渐变光纤的光学原理
光纤与导光原理.ppt
射线方程
d
(n
dr
)
n(r )
dS dS
分量方程 轴向分量： d n dz 0
dS dS
角向分量：
n dr d d nr d 0
dS dS dS dS
径向分量：
d
n
dr
nr
d
2
dn(r)
dS dS dS dr
轴向运动的特点
相速: Vp＝ω/β＝c/ n恒为常数
角向运动特点
光线的角动量：
r2ω=r2dφ/dt =
Ic /
n2
恒为常数。
这表明，光线角向运动速度将取决于光线 轨迹到纤轴距离r: 在最大的r处光线转动最 慢；在最小的r处光线转动最快。
倾斜光线限制在内外散焦面之间传播。
不同角度入射的螺旋光线将不会聚焦在一 点，有群时延存在。
ric
内焦平面 外焦平面
横向分量Eθ、Hθ：p12-13[2.29(a)、(b)]
本征值方程的导出
边界条件：在r=a处, Ez, Hz, Eθ, Hθ连 续
EIz|a = EIIz|a : A·Jn(U)-C·Kn(W)= 0 HIz|a = HIIz|a : B·Jn(U)-D·Kn(W)= 0 EIθ|a = EIIθ|a . HIθ|a = HIIθ|a .
当 n1k0>>n2k0 时 为 正 弦 函 数 形 式 , 纤 芯 部 分 对 应 于 “驻波场”或“传播场”，包层对应于“衰减场” 或“消逝场”; 当＜n2k0时，导波截止，包层内形成指数衰减形式 的辐射模； 在传播场与消逝场的交界处,有 ＝ n2k0 为临界截 止； n1k0 时远离截止，光波只在纤芯当中。
第二章 光纤与导光原理
第三节 渐变光纤
Optical fiber communications 1-2
2019/2/28
Copyright Wang Yan
光纤中的光波经第一自聚焦棒透镜扩束变为平行光 光纤中的光波经第二自聚焦棒透镜聚焦后再进入光纤 由于两透镜间距平行，因而两透镜可推开20mm左右的 距离而不会引起明显的光路损耗，这就可以将体块型元 件置于间隙之中与光纤进行有效的耦合。
Z向变化规律因子，exp(-jβz)表示，相位常数为β。
Optical fiber communications 1-10 2019/2/28
Copyright Wang Yan
x，y方向的分量：
2 1 d 2 x x 2 2 2 2 k n 0 r 0 x dx 2 a2
Optical fiber communications 1-1
2019/2/28
3
渐变光纤
Copyright Wang Yan
A。自聚焦现象：全部的射线以相同的轴向速度在光纤中传播， 对模式色散 B。GIF的作用：减小多模光纤的模式色散起了均衡作用，从 而消除色散。 相对折射指数 Δ＝[n2(0)-n22]/[2n2(0)] 自聚焦透镜组（耦合元件） 最重要的耦合元件
LP01
0 2 4 6 8 10 12 14
r
Fiber parameters: V-number:v=2.166
Core radius a=3.955m Wavelength: 1.310m
Optical fiber communications 1-17 2019/2/28
Copyright Wang Yan
Copyright Wang Yan
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
V
2a n1 n2
2
2
2an1 2
•V值的大小能决定光纤中传播模式的数量。只传输基模光信号的
光纤为单模光纤。传输多种模式光信号的光纤为多模光纤。 •阶跃光纤导波模式的数量为N=V2/2，渐变光纤导波模式的数量 为N=V2/4 。
1.3.3单模光纤的传输条件
•单模光纤为什么只传输一种模式， 有什么好处？ •单模光纤是如何避免多种模式的光 在光纤中传输的？ 探 讨
第1章 光通信基础
第一教学情境内容和要求
光纤通信系统认识
掌握光的反 射、折射 和全反射
了解SDH、 WDM传输 设备
认识光学
认识光纤
认知光纤通 信系统
认知光纤设备
掌握光纤的结 构、型号、 特性和标准 第一章 光通信基础
掌握光纤通信系 统组成，理解 SDH原理及保护 第二章 光纤通信系统
1.3光纤传输原理
1.3.3单模光纤的传输条件
• 光传输频率低于某一频率Vc时，光纤中只有一种模式的光 （基模）被传输，其余的高次模全部被截止，称该频率Vc为
截止频率。
• 除了光纤的参量如纤芯半径、数值孔径必须满足一定条件外， 要实现单模传输还必须使光纤的归一化频率V小于截止频率，
即V≤Vc。
V
2a n1 n2
2
2
2an1 2
VC 2.40483 2.405
1.3.2 光信号的传输模式
• 光纤中光信号的传输模式有基模和高次模。为了表征光纤中 传输模式的数量，引入归一化频率V，用它来表征光纤中传输 导波模式的数量（简称导模数），其表达式为：
其中：λ为光波的波长（μm）；n1为纤芯区域中最大折射率， 对阶跃光纤而言它为常数，对渐变光纤而言它为轴心处的折射 率；n2为包层区域中最大折射率；a为纤芯的半径(μm)；Δ为 光纤的相对折射率差
1.3.1 光纤导光原理
（a）
（b）
•子午光线是位于子午面（过光纤轴线的平面）上的光线。 •斜射光线是不经过光纤轴线传输的光线。
2、渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变 型光纤导光原理是利用光的反射和折射， 使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线 向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14