第二章光纤通信的物理学基础.ppt

2 目录第1章光纤通信概述第2章光纤的物理学基础第3章光纤第4章光源和光发射机第5章光检测器和光接收机第6章光纤通信系统与工程第7章SDH 技术第8章光放大和色散补偿技术第9章波分复用技术第10章光纤通信的高新技术 3 光的本质 光的反射、折射和全反射 波动光学 光的吸收、色散和散射 激光原理第2章光纤通信的物理学基础本章内容 4 光的本质(1)光线是直线传播的利用全反射性质可以让光线沿着管道传播(2)光具有波动性具有干涉、衍射和偏振等现象用电磁场理论解释(3)光的量子性具有吸收、色散和散射等现象用量子力学理论解释一束光波就是一束光子流,光子不但具有能量 E 和动量 p,还具有波长λ和频率ν: ?hE?光是电磁波,具有波动性和粒子性?/hp?第2章光纤通信的物理学基础 5 光的本质光电效应 1、每种金属都有一个确定的截止频率γ 0,当入射光的频率低于γ 0时,不论入射光多强,照射时间多长,都不能从金属中释放出电子。 2、对于频率高于γ 0的入射光,从金属中释放出的电子的最大动能与入射光的强度无关,只与光的频率有关。频率越高释放出的电子的动能就越大。 3、对于频率高于γ 0的入射光,即使入射光非常微弱,照射后也能立即释放出电子。第2章光纤通信的物理学基础 6 光的反射、折射和全反射当光从光密介质射入光疏介质时,且入射角大于临界角时,将发生光的全反射现象。第2章光纤通信的物理学基础 7 波动光学 1、光的电磁理论?1865 年麦克斯韦在总结前人实验的基础上,得出麦克斯韦方程组(描写电磁场分布变化规律的一组微分方程),并预言电磁波的存在。?电磁场理论指出光是一种电磁波。?通常所说的可见光的波长范围在 ~ μm之间, 而常用的光纤通信系统工作在近红外区,波长为 ~ μm,对应的频率为 167 ~375THz 。第2章光纤通信的物理学基础 8 真空中的电磁波具有以下性质: (1) 电磁波是横波(2)E 和H 同相位(3)E 和H 幅值成正比(4) 电磁波的传播速度与光相同,表明光波也是一种电磁波(5) 电磁场的能量和能流可以用能量密度和能流密度来描述 波动光学第2章光纤通信的物理学基础 9 波动光学 2、光的干涉 1)光的相干性光矢量:在光波中,产生感光作用与生理作用的主要是电场强度 E,所以电矢量 E称为光矢量。由频率相同,振动方向相同,相位相同或相位差保持恒定的两个相干波源所发出的波是相干波,在两束相干波相遇的区域里,有些点振动始终加强,有些点的振动始终减弱或完全抵消,即产生干涉现象第2章光纤通信的物理学基础 10 2)获得相干光的基本方法将一光源上同一点发出的光波分成两束,使它们经过不同的传播,然后在某一空间区域相遇,发生迭加。在此过程中,将每一个波列光都分成两个频率相同、震动方向相同、相位差恒定的波列,则这两个波列就是相干光。通常用下列两种方法获得相干光: ①分波振面法②分振幅法 波动光学第2章光纤通信的物理学基础