光学基础知识

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光的折射
实验表明，同一 种介质对不同波 长的光折射率是 不同的，这种现 象称为色散。 如果是一束白光， 我们能看到彩带。 即红、橙、黄、绿 、青、蓝、紫。
棱镜对光的折射
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光的折射
虹和霓就是由于 太阳光线被大气 中的水滴折射和 反射而形成的一 种常见的自然现 象。另外，海市 蜃楼也是地球上 物体反射的光经 大气折射而形成 的虚像。
4 偏振相关损耗（PDL）
5 偏振模色散（PMD） 6 附加损耗（EL）
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插入损耗（Insertion Loss）
插入损耗是指器件输出端的光功率相对输入光 功率的减少值。该值通常以分贝（dB）表示， 数学表达式为
pout IL 10lg (dB) pin
注：插损越小越好
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作器件中所用的Lens和Pigtail等端面常常要做成斜面
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光的折射
入射光线
α 法线 n1 n2 β 折射光线
当光线由一种介质进入 另一种介质时，光线在 两个介质的分界面上除 了被反射外，还有折射 光线。如右图所示。
折射定律：入射光线和折射光线分 居在法线的两侧，且有
n1 sin n2 sin
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附加损耗（Excess Loss）
所有输出端口的光功率总和相对于全部输出光 功率的减少值。单位：dB 数学表达式
p EL 10lg
out
pin
(dB)
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• 我们能看见太阳、电灯，是由于它们能发光，光线进入了
我们的眼睛。我们为什么又能看见人、建筑物、书本这些 本身不发光的物体呢?这是因为他(它)们能反射太阳、电灯 等光源发出的光，这些被反射的光进入了我们的眼睛
• 每天起床后都要照镜子，这种平面镜成像就是利用了光的
反射原理
• 很多的应用场合，我们又要消除反射的影响。如我们在制
海市蜃楼——山东蓬莱海 滨的“海市蜃楼”景象
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百度文库
光的全反射
当入射光的角度达到或超过某一角度时， 折射光会 消失， 入射光全部被反射回来，这就是光的全反射 。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。
光导纤维
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光的干涉
干涉是波的一个重要特 征。光是电磁波，它也 能产生干涉现象。在日 常生活中可以观察到许 多干涉现象，如水上的 油膜在光的照射下显现 出彩色花纹，肥皂泡在 阳光下显示出五彩图案 等等。各种光学元件镀 的增透膜，WDM中常 用的Filter等也都利用了 光的干涉原理。
Pin：是被检测光信号的输入功率值
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回波损耗（Return Loss）
指正向入射到器件中的光功率和沿输入路径返回 器件端口的光功率之比，单位是分贝（dB）。回 波损耗越大越好。
p输入 RL 10lg (dB) p返回
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偏振相关损耗（Polarization Dependent Loss）
光学基础知识
主讲：高术
Training Documentation For:光学基础知识 Document Owner:刘细成 Doc ID:A02c-T1 Revision:000 Date:Jun,2004
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光是什么？
光就其本质而言是一种电磁波，只是光波波长比普通 无线电波的波长短。波长在400nm~760nm之间的电磁 波能为人眼所感知，称为可见光；波长大于760nm的 光为红外光；波长小于400nm的光为紫外光。光波在 真空中的传播速度 8
隔离度（Isolation）
对不同的器件定义有所不同。以光纤耦合器 为例：隔离度是指光纤耦合器件的某一光路 对其它光路中的光信号的隔离能力。隔离度 高，意味着线路之间的“串话(crosstalk)”小。 所以隔离度越大越好。
pt Isolation 10 lg (dB) pin
Pt：是某一光路输出端测到的其它光路信号的功率值
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光的反射
光传播到两种不同物质的 分界面时，有一部分会被 反射，仍在原来的物质中 传播。这种现象就是光的 反射现象，如右图所示。 反射定律：入射光线和反 射光线在同一平面内，分 居在法线的两侧，且有反 射角等于入射角。
入射光线 分界面
法线
反射光线
n1 θ
θ
n2
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反射的应用
c 3 10 m / s
在介质中的传播速度小于c,且随波长的不同而不同。
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光的二重性
光既具有波动性又具有粒子性，即光的二重 性。 在光的干涉、衍射和偏振现象中，光表现出 波动性。不同波长的光呈现出不同的颜色，如 550nm左右的光为绿色，而1550nm左右的光则是 不可见光，但是光通信中常用的波段。在光电效 应、小孔成像和康普顿效应中，光则表现出粒子 性。而且，光子的静止质量为零。光的波动性和 粒子性是统一的，它是微观世界特有的现象。
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光的五种偏振态
按照电矢量在垂直于传播方向的平面内振动状 态的不同，偏振光有不同的偏振态（或偏振结 构）。实际中最常见的光的偏振态有五种：自 然光、部分线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光 和线偏振光。
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光的偏振及应用
偏振光的应用非常广。从日常生活中的摄影、灯 光设计到地质结构、矿物的探测；从小到原子、 分子、病毒微粒的结构分析到大至太阳系、银河 系及整个宇宙物质结构的探索，无不在运用偏振 光的知识。 如我们公司生产的 Isolator（隔离器）就利用了光 的偏振。
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光的偏振及应用
光波是横波，具有偏振性。立体电影之所以会有立 体感，就是利用了光的偏振性。立体电影是用一种 特殊的双镜头放映机放映，从两个镜头出来的光不 是普通的光，而是两束有着不同偏振面的偏振光。 看电影时人们还要戴一副特制的偏振眼镜，每只镜 片只能使一束偏振光通过。这样从银幕上看到的画 面就与普通的电影画面不一样，它是两幅互相配合 的影像，它们分别从左右两眼输入大脑，因而会产 生立体感。
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光在通信中的应用
• 远古时代 烽火通信 • 信息社会中光通信无处不在 电话 电视 传真 信用卡 ATM
网上冲浪 总之只要你通过电子设备进行远距离通信，你就 在使用光纤通信技术
• 如果说二十世纪是电的世纪的话，那么二十一世纪就是光
的世纪
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光通信器件中常用的技术指标
1 插损（IL） 2 隔离度（Isolation） 3 回波损耗（RL）
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光的衍射
光在传播路径上遇到障碍 物时，在障碍物之后，光 的传播就偏离原来直线传 播的方向，并且使光强分 布在空间上变为不均匀， 这种现象就是光的衍射现 象。由于光波的波长短， 所以光的衍射现象不易觉 察。而声波的波长长，容 易发生衍射现象。所以有 “未见其人，先闻其声” 。
正三边形孔衍 射图样
PDL与插入损耗不一样，它是指光偏振态（如 线偏振，圆偏振或椭圆偏振）发生变化而其它 参数不变时，器件插入损耗的最大变化量，是 衡量器件插入损耗受偏振态影响程度的指标。 一般应在0.1dB以下。
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偏振模色散（Polarization Mode Dispersion）
偏振模色散是指通过器件的信号光不同偏振态之 间的相位延迟。在光无源器件中，不同偏振模式 具有不同的传播轨迹和不同的传播速度，产生相 应的偏振模色散。在高速光通信系统中，所有色 散的累积将引起相位增大和波形扭曲，限制了可 传输的数据量，所以减小器件的偏振模色散越来 越显得重要。一般PMD要小于0.1ps。