光纤的导光原理PPT
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1
n1 n2
2
2
n(0)
n ( 0) 2 n 2 2 n ( 0) 2
2
由于
n1
n2 ,上式简化成为 2 2n1
2
2
NA n1 2
可见,光纤的数值孔径与纤芯与包层直径无关,只与两者的相对折射 率差有关。若 纤芯和包层的折射率差越大,NA值就越大,即光纤的集光 能力就越强。 对于阶跃型光纤,由于纤芯折射率均匀分布,纤芯端面各点的数值孔 径都相同,即各点收光能力相同。对于渐变型光纤,纤芯折射率分布不均 匀,光线在其端面不同点入射,光纤的收光能力不同,因此渐变型光纤数 值孔径定义为:
光的全反射示意图
子午光线在阶跃光纤的传输
阶跃型光纤折射率是沿径向呈阶跃分布,在轴向呈均匀分布, n2 n1 是包层折射率, 是纤芯折射率。假设图中的阶跃型光纤为理想 的圆柱体,光线若垂直于光纤端面入射,并与光纤轴线重合, 或平行,这时光线将沿纤芯轴线方向向前传播。若光线以某一 角度入射到光纤端面时,光线进入纤芯会发生折射。当光线到 达纤芯与包层的界面上时,发生全反射或折射现象。 若要使光线在光纤中实现长距离传输,必须使光线在纤芯 与包层的界面上发生全反射,即入射角大于临界角。由前面分 析已知光纤的临界角为
NA(r )
n(r ) 2 n2 2
n(r ) 2
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NA sin 0 n1 n2
2
2
相对折射率差Δ
对于阶跃型光纤,假设是 包层折射率, 是纤芯折射率,且 > , 和 n1 n2 n1的差值大小直接影响光纤的性能。故引入相对折射率差 Δ 表示其相差程度。 n2 n2 n1
2 对于通信光纤, ≈ ,上式简化成为 2n1 n1 n2 n1 n2 对于渐变型光纤,若轴心处(r=0)的折射率为 ,则相对折射率差定义为 n
n2 c arcsin( ) n1
光纤的光学参数
相对折射率差Δ 数值孔径 NA
数值孔径 NA
对于阶跃型光纤,当光线在纤芯与包层界面上发生全反射时,光波在 纤芯中传播轨迹为折线,相应的端面入射角记为光纤波导的孔径角(或 端面临界角)。即只有光纤端面入射角大于的光线才能在光纤中传播, 故光纤的受光区域是一个圆锥形区域,圆锥半锥角的最大值就等于。为 表示光纤的集光能力大小,定义光纤波导孔径角的正弦值为光纤的数值 孔径(NA),即:
主要内容
主要内容
光纤中的射线光学理论 光纤的波动理论 光纤的损耗 光纤的色散。
能用射线光学理论分析光纤的导 光原理 理解单模光纤、多模光纤、色散 位移光纤的概念 掌握光纤单模传输条件的计算公 式 理解光纤损耗和色散的概念及其 对光纤通信系统的影响。
教学重点
光的反射与折射示意图
n1 n2
2
2
n(0)
n ( 0) 2 n 2 2 n ( 0) 2
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由于
n1
n2 ,上式简化成为 2 2n1
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NA n1 2
可见,光纤的数值孔径与纤芯与包层直径无关,只与两者的相对折射 率差有关。若 纤芯和包层的折射率差越大,NA值就越大,即光纤的集光 能力就越强。 对于阶跃型光纤,由于纤芯折射率均匀分布,纤芯端面各点的数值孔 径都相同,即各点收光能力相同。对于渐变型光纤,纤芯折射率分布不均 匀,光线在其端面不同点入射,光纤的收光能力不同,因此渐变型光纤数 值孔径定义为:
光的全反射示意图
子午光线在阶跃光纤的传输
阶跃型光纤折射率是沿径向呈阶跃分布,在轴向呈均匀分布, n2 n1 是包层折射率, 是纤芯折射率。假设图中的阶跃型光纤为理想 的圆柱体,光线若垂直于光纤端面入射,并与光纤轴线重合, 或平行,这时光线将沿纤芯轴线方向向前传播。若光线以某一 角度入射到光纤端面时,光线进入纤芯会发生折射。当光线到 达纤芯与包层的界面上时,发生全反射或折射现象。 若要使光线在光纤中实现长距离传输,必须使光线在纤芯 与包层的界面上发生全反射,即入射角大于临界角。由前面分 析已知光纤的临界角为
NA(r )
n(r ) 2 n2 2
n(r ) 2
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NA sin 0 n1 n2
2
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相对折射率差Δ
对于阶跃型光纤,假设是 包层折射率, 是纤芯折射率,且 > , 和 n1 n2 n1的差值大小直接影响光纤的性能。故引入相对折射率差 Δ 表示其相差程度。 n2 n2 n1
2 对于通信光纤, ≈ ,上式简化成为 2n1 n1 n2 n1 n2 对于渐变型光纤,若轴心处(r=0)的折射率为 ,则相对折射率差定义为 n
n2 c arcsin( ) n1
光纤的光学参数
相对折射率差Δ 数值孔径 NA
数值孔径 NA
对于阶跃型光纤,当光线在纤芯与包层界面上发生全反射时,光波在 纤芯中传播轨迹为折线,相应的端面入射角记为光纤波导的孔径角(或 端面临界角)。即只有光纤端面入射角大于的光线才能在光纤中传播, 故光纤的受光区域是一个圆锥形区域,圆锥半锥角的最大值就等于。为 表示光纤的集光能力大小,定义光纤波导孔径角的正弦值为光纤的数值 孔径(NA),即:
主要内容
主要内容
光纤中的射线光学理论 光纤的波动理论 光纤的损耗 光纤的色散。
能用射线光学理论分析光纤的导 光原理 理解单模光纤、多模光纤、色散 位移光纤的概念 掌握光纤单模传输条件的计算公 式 理解光纤损耗和色散的概念及其 对光纤通信系统的影响。
教学重点
光的反射与折射示意图