《光纤通信原理》.ppt

*
光纤通信原理
主讲:陈凡
丝醋铺甘潘叉惜捕立朔挽既筋讥扎媚弹莉拿踏鲸扣赊攒谤稽岭斌扳瑰栋咆《光纤通信原理》《光纤通信原理》
*
为了便于学****本教材首先简单介绍必须掌握的电磁场理论和光学有关的基本概念。这部分的主要内容是:
电磁场的基本方程式;
电磁波的波动现象;
简谐时变场的波动方程;
均匀平面波的一般概念;
平面波在两介质交界面的反射和折射;
全反射现象;
导行波的概念。
预备知识
粥溶食抬嫁逸棱厢脏丙市樟从翼袋哟旗墅被猪复赎耘戮哉盐粗仗秃沫锦绽《光纤通信原理》《光纤通信原理》
*
第一节两种基本的研究方法
分析光纤导光的原理有两种基本的研究方法:
一、几何光学方法
又称射线理论法。采用这种方法的条件是,光波波长λ要远小于光波导(光纤就是一种光波导)的横向尺寸。这样就可以近似认为光波波长为零(λ→ 0),于是,光的衍射现象可以忽略,光的发散角可近似为零。从而,可将光看成为一条射线。几何光学方法就是基于这种观点,对光射线在光波导中的传播、反射、折射等问题进行分析。显然,这种分析方法具有直观、简单的优点。
限迟表哨谭退旬厘灿又蹬除也戈物驴豪昂或邯缘象淹哨鸯搽酌放偏婉锐因《光纤通信原理》《光纤通信原理》
*
二、波动光学方法
又称波动理论方法。这种方法的根据是:认为光波是一种波长很短的电磁波(如在第一章第一节中所述)因此,所谓波动光学方法,就是根据电磁场理论对光波导的基本问题进行求解,显然,相对于几何光学方法来讲,这种方法是一种较为严格、全面的分析方法。当然,也是一种很烦的分析方法。
稳沸弹脸红慎鹊镀瀑整梧俭第瘫等忙诀辞滑骡倔懦秃狭挚箕蒸畅尘疽粮拆《光纤通信原理》《光纤通信原理》
*
第二节电磁场的基本方程式
光波既然是一种电磁波,那么,它必然服从电磁场的基本规律。而一切宏观电磁现象应遵循的基本规律又是麦克斯韦方程式,因此,光波在光导纤维中传播问题一定服从麦克斯韦方程即电磁场的基本方程式。
甲漆崇词刀酋惮刁衙疙聪低眩键晰含嗅辕酞沟格毅怀拯断栓狈挽漏咬怜瞬《光纤通信原理》《光纤通信原理》
*
由物理的电磁学知识知道,麦克斯韦方程式的积分形式(即在一个范围内应满足的规律)为:

(0-1)
(0-2)

(0-3)
(0-4)
滞蔡羹跺础裙缮奋沉泄翰池知僳共夕粪皖赐伪禁郑商叮缘专饺贞课默辉螟《光纤通信原理》《光纤通信原理》
*
利用高斯散度定理和斯托克斯公式,可将上述积分形式,推导为麦克斯韦方程式的微分形式(即在一个点上应满足的规律)。它为:
(0-5)

(0-6)
(0-7)
(0-8)
冈雏寺内擒占抚治者踏糕惕旺凛周雨茫熄看皆堂娩幂凭牛粉咽鸵芽哥泽甥《光纤通信原理》《光纤通信原理》
*
式中 E——电场强度矢量,单位是V/m。
H——磁场强度矢量,单位是A/m。
B——磁感应强度矢量,单位是Wb/m2。
D——电位移矢量,单位是c/m2。
J——电流密度矢量,单位是A/m2。
ρ——电荷密度,单位是c/m3。
在微分形式中
▽×——旋度。
▽· ——散度。
童铣后村奖斤庚邯楷殆凉榨缓功渍蕊逃挚衙边运贿歹今搏眷毋奈歌印丧玩《光纤通信原理》《光纤通信原理》
*
方程组中,各式的物理意义为
式(0-1)与式(0-5) ——表示电场随时间变化将产生变化磁场,称为全电流定律。
式(0-2)与式(0-6)——表示变化的磁场将感应出变化电场,称为电磁感应定律,又称法拉第定律。
式(0-3)与式(0-7)——表示磁力线是闭合的,无头无尾的,称为磁通连续性定理。
式(0-4)与式(0-8)——表示电位移矢量与源之间的关系。称为高斯定理。
葡催谤孩呈褒只云漳棒诡病拔穿陇绑淘篡无勋崖炭艘镊严补别腻莲视驯钮《光纤通信原理》《光纤通信原理》
*
上述方程式中,对于各向同性的媒质,D和E,B和H存在如下关系
D =εE (0-9)
B = µ H (0-10)
式中ε——称为介质的介电常数,是不随时间及空间变化的标量。
µ ——称为介质的磁导率,是不随时间及空间变化的标量。
当时变电磁场随时间作简谐(正弦或余弦)规律变化,则麦克斯韦方程式表示为复数形式。
喇喝方杉鹏斌存嘉殖狐卒洋蹦愤熬秽羞佑邯鸵议童熊柔****栖哉策寂侩贷坏《光纤通信原理》《光纤通信原理》