《光纤光学教学》第二讲.ppt

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1、什么是光纤光学？
研究光波在光纤中传播特性的科学。
内容包括：根本原理、技术及其相关的器件
2、什么是光纤？
介质圆柱光波导，充分约束光波的横向传输〔横向没有辐射泄漏〕，纵向实现长距离传输。
根本结构：纤芯、包层、套塑层
3/13/2025
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Typical Dimension for Silica Fibers:
SMF: 8 mm core, 125 mm cladding
MMF: 50, , 100 mm core, 125 mm cladding
Index profile:
Step vs. Graded vs. multi-step…
Cladding
Primary coating(., soft plastic)
Core
SiO2 Glass
3/13/2025
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纤芯与包层构成光波导
光波导：约束光波传输的媒介
导波光：受到约束的光波
光波导三要素：
“芯 / 包〞结构
凸形折射率分布，n1>n2
低传输损耗
3/13/2025
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3、光纤光学所涉及的根本问题
① 光纤模式的鼓励〔光的入射〕；
② 光纤中的模式分布〔光线传播轨迹〕；
③ 模式的传播速度〔光线的延迟〕：
④ 模式沿横截面的分布；
⑤ 光信号的畸变；
⑥ 传输损耗；
⑦ 模式的偏振特性；
⑧ 模式的耦合。
：
3/13/2025
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① 参数测试技术；
② 自聚焦、准直技术〔聚焦透镜〕；
③ 连接、耦合技术〔光纤—光纤、半导体器件、耦合器〕；
④ 隔离、偏振控制技术〔隔离器、偏振控制器〕；
⑤ 传感技术〔传感器〕。
3/13/2025
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：
①自聚焦透镜；
② 光纤耦合器；
③ 光学隔离器、光学环形器；
④ 光纤光栅；
⑤ 光纤放大器与光纤激光器。
3/13/2025
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光纤光学的研究方法
几何光学方法：
光纤芯径远大于光波波长λ0时, 可以近似认为λ0→0，从而将光波近似看成由一根一根光线所构成, 因此可采用几何光学方法来分析光线的入射、传播(轨迹) 以及时延(色散) 和光强分布等特性，这种分析方法即为光线理论。
优点：简单直观，适合于分析芯径较粗的多模光纤。
缺点：不能解释诸如模式分布、包层模、模式耦合以及光场分布等现象，分析单模光纤时结果存在很大的误差。
3/13/2025
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波动光学方法：
是一种严格的分析方法，从光波的 本质特性电磁波出发，通过求解电磁波所遵从的麦克斯韦方程，导出电磁波的场分布。
优点：具有理论上的严谨性，未做任何前提近似，因此适用于各种折射率分布的单模和多模光纤。
缺点：分析过程较为复杂。
3/13/2025
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光纤光学的研究方法比较
3/13/2025
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光纤的分类
按用途进行分类
按纤芯的折射率分布进行分类
按光纤中的传输模式进行分类
3/13/2025
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