第2章 光纤与光缆.ppt

第2章　　光纤与光缆;第2章　　光纤与光缆;2.1 光纤的结构和分类;2.1.1 光纤的结构;2.1.2 光纤的分类;2.1.2 光纤的分类;2.1.2 光纤的分类;2.1.2 光纤的分类;2.2 阶跃型光纤 ;2.2 阶跃型光纤;2.2.1 阶跃型光纤光射线的理论分析;弱导波光纤：n1与n2差异极小 〔2-2〕;2．阶跃型光纤中的光射线种类 阶跃型光纤中的光射线主要有子午线和斜射线。 〔1〕子午射线 子午面：过纤芯的轴线可做许多平面，这些平面均称为子午面 。 子午面上的光射线在一个周期内和该中心轴相交两次，成为锯齿形波前进。这种射线称为子午射线，简称为子午线。 子午线是平面折线，它在端面上的投影是一条直线 。;〔2〕斜射线 斜射线不在一个平面里，是不经过光纤轴线的射线。 斜射线是限制在一定范围内传输的，这个范围称为焦散面。 斜射线是不经过光纤轴线的空间折线。 在阶跃型光纤中，不管是子午线还是斜射线，都是根据全反射原理，使光波在芯子和包层的界面上全反射，而把光波限制在芯子中向前传播的。 ; 斜射线的情况比较复杂，下面只对阶跃光纤中的子午线做一分析 3．子午线的分析 导波：携带信息的光波在光纤的纤芯中，由纤芯和包层的界面引导前进，这种波称为导波。 什么样的子午线才能在纤芯中形成导波：必须能在纤芯和包层的界面上发生全反射的子午线才能形成导波。;图2-6光纤剖面上的子午射线 ; 为了在纤芯中产生全反射，θ1必须大于θc，从图2-6中可看出，如果θ1增大，θ2必减少，那么外面激发的射入角Φ也必减少，即上式改为 由于n0=1，那么 (2-4) 只有能满足式〔2-4〕的射线，才可以在纤芯中形成导波〔即满足了全反射条件〕。 ;4．数值孔径的概念 由上面分析可知，并不是由光源???出的全部光射线都能在纤芯中形成导波，只有满足式〔2-4〕条件的子午线，才可以在纤芯中形成导波，这时就认为这些子午线被光纤捕捉到了。 数值孔径：表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为光纤的数值孔径，用NA表示。 (2-5) 数值孔径越大，就表示光纤捕捉射线的能力就越强。由于弱导波光纤的相对折射指数差Δ很小，因此其数值孔径也不大。 ;2.2.1 阶跃型光纤光射线的理论分析; 阶跃型光纤的标量近似解法;由前面分析得知，通信光纤中的芯包折射率差很小，即;在弱导波光纤中，光射线几乎与光纤轴平行。 弱导波光纤中的E和H几乎与光纤轴线垂直。 横电磁波〔TEM波〕：把E和H处在与传播方向垂直的横截面上的这种场分布称为是横电磁波，即TEM波。 弱导波光纤中的E和H分布是一种近似的TEM波，即是近似的横电磁波。 ;这种具有横向场的极化方向〔即电场的空间指向〕在传输过程中保持不变的横电磁波，可以看成为线极化波〔或称线偏振波〕。 由于E〔或H〕近似在横截面上，而且空间指向根本不变，这样就可把一个大小和方向都沿传输方向变化的空间矢量E变为沿传输方向其方向不变〔仅大小变化〕的标量E。 因此，它将满足标量的亥姆霍兹方程，通过解该方程，求出弱导波光纤的近似解。 这种方法称为标量近似解法。;2．标量解的场方程 〔1〕坐标选取;2.2.2 阶跃型光纤的标量近似解法;② 将式〔2-6〕在圆柱坐标系中展开得出; 将 ， 的表达式代入，得出; 由于纤芯和包层的折射率不同，分别为n1和n2，而且n1＞n2，这样使得纤芯和包层中的场有一定差异。 对于