AD技术课件七：光辐射的传播.ppt

1光电子技术学课件之七: ——光辐射的传播( 5) 光波在光纤波导中的传播制作者: 赣南师范学院物理与电子信息学院: 王形华 2一、光纤波导的结构及弱导性光纤是一种能够传输光频电磁波的介质波导,它由纤芯、包层和护套三部分组成。当满足一定的入射条件时,光波就能沿着纤芯向前传播。护套包层纤芯 2a 31、光纤的分类按折射率分布的方式分类: 阶跃折射率光纤和梯度折射率光纤。按传输的模式数量分类: 单模光纤和多模光纤。按传输的偏振态分: 单模光纤又可进一步分保偏光纤非保偏光纤。 4 按制造光纤的材料分,有: ①高纯度熔石英光纤,其特点是材料的光传输损耗低,有的波长可低到 dB / km ,一般均小于 ldB / km ; ②多组分玻璃纤维,其特点是芯-皮折射率可在较大范围内变化,因而有利于制造大数值孔径的光纤,但材料损耗大,在可见光波段一般为: 1dB /m 5 ③塑料光纤,其特点是成本低,缺点是材料损耗大,温度性能较差; ④红外光纤,其特点是可透过近红外(1 ~5μm)或中红外(~ 10μm)的光波; ⑤液芯光纤,特点是纤芯为液体,可满足特殊需要; ⑥晶体光纤,纤芯为晶体,可用于制造各种有源和无源器件。 6 波导的性质由纤芯和包层的折射率分布决定, 工程上定义?为纤芯和包层间的相对折射率差 2 ])(1[ 21 2n n??? (-1) 当时,上式简化为 01 .0?? 1 21n nn???(-2) 此即为光纤波导的弱导条件。 2、光纤的特性 7 光纤的弱导特性是光纤与微波圆波导之间的重要差别之一。弱导的基本含义是指很小的折射率差就能构成良好的光纤波导结构, 而且为制造提供了很大的方便。一般介质波导截面上的折射率分布可以用指数型分布表示为?????????????????????)()21()( )0()(21)( 2 2/11 2/1 1arnnrn ara rnrn ? (-3) 8 上式中 a为纤芯的半径, n1 为光纤轴线上的折射率, n2 为包层折射率, α为一常数。。时,即为平方梯度光纤当2??时,即为阶跃光纤, 当0??阶跃剖面 n(r)a n 2n 1r 纤芯阶跃折射率光纤 a n 2n 1r 纤芯渐变剖面 n(r)梯度折射率光纤 9二、光束在光纤波导中的传播特性射线理论的基础是光线方程( 费马原理) )(d d)(d drns rrns ???????????(-4) :空间光线上某点的位置矢量, s: 该点到光线到原点的路径长度, :折射率的空间分布。应用上式,结合初始条件,原则上就可确定任意已知折射率分布介质光线的轨迹。 r ?)(rn ?)(rn ? 10 1、阶跃光纤中光束的传播均匀介质中光线轨迹是直线,光纤的传光机理在于光的全反射。光纤可视为圆柱波导,在圆柱波导中,光线的轨迹可以在通过光纤轴线的主截面内,如图 2(a)所示,也可以不在通过光纤轴线的主截面内,如图 2(b) 所示。要完整的确定一条光线,必须用两个参量,即光线在界面的入射角?和光线与光纤轴线的夹角?。