导波原理与光纤结构概要.ppt

导波原理与光纤结构 导波原理与光纤结构 光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折光率比包层的稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起到一定的机械保护作用。 光通信利用了全反射原理，当光的注入角满足一定条件时，光便能在光纤(光波导)内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。 光的反射现象与反射定律 当光线照射在两种介质的分界面上时，要改变它的传播方向，但仍在原介质上传播，这种现象叫光的反射。光的反射定律: （1）入射线、反射线和法线总是在同一平面内，入射线和反射线分居于法线的两侧。 （2）入射角等于反射角。 光的折射现象 光的折射现象 当光线从一种介质射到另一种介质时，在分界面上，光线的传播方向发生了改变，一部分光线进入第二种介质，这种现象称为折射现象。 折射定律 光的折射 光线从一种介质（如空气）射到另一种介质（如水）时，除了一部分光线反射回第一种介质外，另一部分进入第二种介质中并改变它的传播方向，见下图。 光的折射定律： （1）入射线、法线和折 射线在同一平面内，入 射线和折射线分居法线 的两侧。 折射定律 （2）无论入射角怎样改变，入射角正弦与折射角正弦之比，恒等于光在两种介质中的传播速度之比。 折射率 最基本的参数就是折射率，在自由（真空）空间光传播的速度是c=3× m/s，光的速度、频率v和波长 的关系为c= v 当光进入非自由空间时将以s的速度传播，因为s与材料的关系，所以s总是小于c的。 真空中的光速与材料中光速的比就是折射率 光密介质与光疏介质 两种介质相比较，光在其中传播速度较大的叫光疏介质，其折射率较小；反之叫光密介质，其折射率较大。 斯涅尔定律：在界面处光射线之间的方向关系 全反射与临界角 当光线从光疏介质进入光密介质（如光从空气进入水中，或从样液射人棱镜中）时，因n1＜n2，由折射定律可知折射角α2 恒小于入射角α1，即折射线靠近法线；反之当光线从光密介质进入光疏介质（如从棱镜射入样液）时，因n1＞n2，折射角α2恒大于入射角α1 ，即折射线偏离法线。在后一种情况下如逐渐增大入射角，折射线会进一步偏离法线，当入射角增大到某一角度，其折射线4‘恰好与OM重合，此时折射线不再进入光疏介质而是沿两介质的接触面OM平行射出，这种现象称为全反射。 小计算 玻璃折射率为n1=1.48，空气折射率为n2=1.00界面处，当光在玻璃传播是的临界角是多少？ 光纤结构 光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折光率比包层的稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起到一定的机械保护作用。 概念小结 1.光的反射现象与反射定律是什么 2.什么是全反射与临界角 3.光在光纤内传播的时候是什么角 * * * n1n2 石家庄站 包层 n2 纤芯 n1 光纤中心轴线 ?0 90- ?0 ? 包层 n2 空气 n0 ? 1 入射光线 反射光线 法线 入射光线 反射光线 折射光线 n1 n2 ＜ n1 n1光疏介质折射率 n2光密介质折射率 ＜ 入射光线 反射光线 折射光线 n1 n2 ＜ n1 n1光疏介质折射率 n2光密介质折射率 = 入射光线 反射光线 无折射光线 n1 n2 ＜ n1 n1光疏介质折射率 n2光密介质折射率 ＞ 涂 层 包 层 纤芯 光纤的导光原理 光通信利用了全反射原理，当光的注入角满足一定条件时，光便能在光纤(光波导)内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。 包层 n2 纤芯 n1 光纤中心轴线 ?0 90- ?0 ? 包层 n2 空气 n0 ? 1 光纤的导光原理 n1n2n0 n0: 空气中的折射率 n1: 纤芯的折射率 n2: 包层的折射率 ? ?0 ?0: 入射角, 和 sin?0=n2/n1 条件: * * n1n2 * *