光导纤维的传输原

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1、第二章光导纤维的传输原理一.OpticalFibers1.光纤的结构SMF:2a=4-10m,2b=125理论分析中，可以认为包层是无限大的MMF:(阶跃多模光纤)2a=50m,2b=1252.阶跃光纤和渐变光纤Step-IndexFiber&Graded-IndexFiber3.光纤制作reading:P15-P197/3/20211第二章光导纤维的传输原理二.几何光学GeometricalOptics4.Whenallaperturesaremuchlargerthanawavelength,wecanmodelthelightasraytravelinginstraightli

2、nesperpendiculartothewavefront1.Speedoflightinamediumofrefractiveindexn:v=c/n2.Lawofreflection:i=r3.Snell’slaw:nt•sint=ni•sinioy:normalline.o-xz:boundary7/3/20212第二章光导纤维的传输原理三.Uniformplanewave均匀平面波A:MaxwellEquations(fundamentalequations)B:在稳态简谐条件下，线性各项同性非色散，不导电媒质中MaxwellEquations7/3/20213第二章光

3、导纤维的传输原理C.Helmholtz方程1.时间参量:角频率，周期T，频率f。2.空间参量:纵向相移常数或角波数kz，波长z，波数1/z.where7/3/20214第二章光导纤维的传输原理3.空间与时间的联系:相速度phasevelosity均匀平面波的纵向相移常数等于空间相移常数其相速度等于光速4.电磁联系:波阻抗对于均匀平面波真空中均匀平面波是电磁波的最基本的形式，它是沿固定方向传播的等幅行波，垂直于传播方向的平面是等相面或称波阵面。其等相位面同时是等振幅面，其电场和磁场都垂直于传播方向且互相垂直，故称为横电磁波(TEM:TransverseElectromagneticw

4、ave)波。同时是等幅波，即振幅不随传播距离而增加或衰减，等幅均匀平面波中电场与磁场同相，波阻抗为实数。7/3/20215若在空间垂直于电场的面放置两块平行的导体平板，则因在导体表面切向电场为0，两导体板不影响平面波的传播。这就形成双平板传输线中的TEM模式的行波，它是双平板传输线中的主模，或称最低模。TE:transverseelectricwave.TM:transversemagneticwave7/3/20216第二章光导纤维的传输原理PlaneWavesataDielectricInterface1.Consideramonochromaticplanewaveincident

5、onadielectricinterfacedescribedbythesurfacenormalS2.Theplanewavetakestheform:7/3/20217第二章光导纤维的传输原理4.Maxwell’sEquationstellusthatthetangentialcomponentoftheelectricfieldmustbecontinuousattheinterface,sowehave:PlaneWavesataDielectricInterface3.Thecorrespondingreflectedandtransmittedfieldsare:where

6、randtarephaseconstants.Non-zerovaluesofthephaseconstantscanbeinterpretedasaspatialshift.7/3/20218第二章光导纤维的传输原理LawsofRefractionSimilarlywefindfromthesecondofthetwoequations:Itfollowsthatktisalsointheincidentplane,andThisisSnell’slawofrefraction.1.ThelawsofreflectionandrefractionformsthebasisforGeo

7、metricaloptics2.Geometricalopticsalsoassumescollimatedopticalbeams(rays),whichareunphysical3.Geometricalopticsisneverthelessveryusefulformodelingalargenumberofopticaldevicesandphenomena7/3/20219第二章光导纤维的传输原理Lenses–RayPi