第五章 光波的传输.ppt

4.2 光波在大气中的传播 三棱镜改变光路方向 θ i 结论： 1、棱镜使光线向底面偏折。 2、偏折角θ与棱镜材料的折射率有关， n大则θ大。θ还与入射角i有关。 棱镜使白光发生色散图 几个重要结论： (同种材料对不同颜色的光） （a）折射角：红光最大、紫光最小。 （b）偏折角：红光最小、紫光最大 （c）折射率：红光最小、紫光最大。 （d）速 度：红光最大、紫光最小。 5.2）法布里-珀罗标准具 ---选频、分光器件 一）F-P标准具的结构 二）F-P标准具的透射特性 三）F-P标准具的分光特性 一）F-P标准具的结构 二）F-P标准具的透射特性 F-P标准具的光强透过率 It、I0分别是出射和入射光强； n是折射率，d是标准具间隔 当光垂直入射时 当光以 入射时 每个透射谱线的半功率点宽度 即透射谱线的频率宽度，相当于峰值两侧 两点间距离 若用相位 衡量，即当 时 透射谱线的频率宽度 由在纤芯和包层的入射端面产生全反射的条件求出： 在纤芯和包层界面上有： 在端面，据折射定律 ---光纤的受光角 它表示在 范围内的入射光，都可以在光纤内传播， 而超出该范围的入射光线不满足在光纤内传播的条件。 较小时， 3）数值孔径 为了表征入射光线在光纤中激发耦合的难度， 通常用参量NA（数值孔径）来描述。 定义表达式为： 对于子午线 对于斜光线 4）折射率分布系数 设距光纤中心为r处的折射率为n(r)，则通常采用 光纤折射率分布可用下式表示。 为了减小模式色散现象，应调节折射率分布， 使折射率分布系数α≈2 已知一阶跃型光纤，纤芯折射率n1=1.464，包层的 折射率n2=1.46，计算该光纤的受光角 的数值孔径NA？当纤芯半径a=8um，入射光的波长 相应光纤 =0.8um，求光纤中通过的模式数MSI？ 7.4 光纤的传输特性 光纤损耗 光纤色散 ）光纤损耗 光纤损耗 吸收损耗 散色损耗 本征吸收 杂质吸收 原子缺陷吸收 材料散射 光波导散射 本征散色 非线性效应散射 吸收损耗 尽管引起吸收的机理各不相同，但是都与材料的量子跃迁有关，当光照射到光纤材料中的原子、分子或离子上，若光子能量恰好等于电子能级间的能量差，则光能量将转移给电子，使之产生能级跃迁。 对光吸收包括：本征吸收、杂质吸收、原子缺陷吸收 指光在传播过程中转换成热量的那部分光能 本征吸收 本征吸收主要是指光纤材料本身的吸收 杂质吸收 杂质吸收主要是指光纤材料中的过渡金属正离子（Cu+ 、Cr+、Co+）和水分子中的氢氧基负离子的吸收。 原子缺陷吸收 主要是由玻璃制造的热经历或射线辐射引起。 散射损耗 光在光纤中传播时遇到不均匀性或不连续性造成的损耗。 材料散射（包括本征散射和非线性效应散射） 本征散射是由于在光纤制造过程的固热起伏所造成的（光纤在固化时），其密度及折射率分布会产生比波长还要小的周期性变化。 非线性效应散射是指高电平光在传播过程中产生的现象 光波导散射 是由于光纤结构的不均匀性（主要是在光纤制造过程 中造成）引起的散射损耗。 二）光纤色散----表征光纤传输特性的另一个参量 在光纤中，若输入端射入一个矩形脉冲，经一段距离后，输出的光脉冲变形，此现象就是由于光纤的色散效应引起的。 光纤的色散特性用群时延差来表征。 光脉冲的群时延 光脉冲沿着光纤传播单位长度所需要的时间 色散 指组成光脉冲的各模分量和频率分量的传播常数不同， 因而传播速度不同，导致了群时延的弥散。 模内色散 模间色散 1）模内色散：多色色散 是由光频率的不同，引起光纤折射率、传播常数不同 而产生色散的效应 材料色散和波导色散 材料色散是任何一种光纤都具有的性质，色散可正可负 波导色散是因为光纤传输模的群速度随光频率变化而 产生的，波导色散都是正值，且数值较小。 2）模间色散 是多模光纤中存在的一种弥散现象，是由光纤中不同的 传输模的传播速度不同造成 的。 7.5 光纤耦合和连接 光纤是光传播的通道，在实际应用中必须要与光源、 光探测器耦合，以及光纤之间的连接。 一）光源与光纤的耦合 光源----发光器件、激光器 发光二极管（LED）和激光二极管（LD） 1）LED与光纤的耦合 直接耦合----最简单的耦合方式 方法：将一根平端面的光纤放在光源发光面的前面，让光直接照射光纤，若入射光是平面波，则在垂直端面照射（ =0）且光纤的归一化频率较大时，在光纤中激发的主要是基模HE11。 其实LED发出的不是平面波，因为入射光不可能都是垂直照射，其中 0的入射光将激发出高阶模， 越大，激发出的高阶模的数目越多。 由于入射光的上限被光纤的NA限定。所以此耦合方式的效