11年光波导理论与技术1.ppt

绪论
§ 单模光纤损耗谱示意图
1
通常认为带宽是载波频率的10%左右,µm光波为例,载波频率为:
带宽大约为20THz, 当然这只是说光纤有这么大的带宽容量,实际上已经利用了多少带宽是另一回事。。
§ 光纤网络的巨大传输带宽
2
各种传输线路的通信容量与中继距离
传输线路类型
最大通信容量(路)
中继距离(km)
同轴电缆
3600

微波线路
3600
40
140Mbit/s光纤链路
1920
100

30240
50~60

19353600
50~60
3
§ 光通信关键技术
光纤
主要考虑光纤4个主要的传输特性:损耗、色散、非线性、双折射。
光源和光发送端机
LD、光源调制技术、光端机。
光检测器和光接收端机
光电集成和光集成技术
4
电磁场理论基础 § 电磁场基本方程
文中褐色框为麦克斯韦方程组,绿色为本构关系,红色为描写介质特性的方程,白色为电荷守恒定律
5
在各项同性线性介质中,并注意到与时间有关的场函数可以写成以时间为变量的复数形式
在介质的边界上,利用积分形式的麦克斯韦方程组可得介质的边界条件方程组,在处理实际问题时,边界条件很有用。
切向边界条件
法向边界条件
6
光纤中的电磁场方程
折射率分布
均匀介质且J=0, ρ=0, 可以得到齐次达朗贝尔方程, 也叫波动方程
由时谐场得到亥姆霍兹方程
式中
,
7
光纤中的电磁波可以看成时谐场,满足亥姆霍兹方程, 与电磁波理论中的做法一样,先求解z方向分量,然后再由麦克斯韦方程组求得其他分量
采用柱坐标,电磁场写成分量式
采用柱坐标,z方向的分量满足亥姆霍兹方程
注意用到了缓变介质的条件,所以即使介质折射率是随坐标变化的,亥姆霍兹方程的形式与均匀介质相同
8
如果求得z方向的分量,其他各横向分量可以用z分量表示出来
式中kc、ω、β等与以前的意义相同
§ 光纤中的电磁场方程
与电磁学中公式完全相同γ=jβ
9
§ 阶跃光纤的严格解---矢量模解

式中,
、
:待定常数, :m 阶第一类贝塞尔函数, :m 阶第二类
变形贝塞尔函数。
10