光纤结构、波导原理和制造.ppt

第二讲 光纤结构、波导原理和制造 ;回顾光的特性、基本的光学定律和定义 介绍光纤结构、分类、特性和射线光学解释 圆波导模式及其理论简介* 单模光纤的特性、材料以及制造工艺 光纤的几种成缆方式;2.1 光的基本特性;光两种典型的传播方式;平面波;偏振态;电场矢量在xy平面上的运动轨迹为一条直线的光称为线偏振光，它可以表示为两个相互正交的线偏振光： E(z, t) = Ex(z, t) + Ey(z, t) Ex(z, t) = exE0xcos(?t - kz) Ey(z, t) = eyE0ycos(?t - kz +?) 这两个垂直分量之间的相位 差满足d = 2mp, 其中m = 0, ±1, ±2,…;椭圆偏振光 (d ≠ 2mp, m = 0, ±1, ±2,…);圆偏振光;光的粒子性：光电效应 (1887年赫兹发现，1905年爱因斯坦成功解释) 1. 光能量的发射与吸收总是以光量子的离散形式进行的 2. 光子的能量仅与光子的频率有关 一个频率为n的光子能量为 E = hn 其中h = 6.63 ? 10-34 J·s为普朗克常数;光速 c = 3 ? 108 m/s 波长：? = c/v 当光在媒介中传播时，速度cm = c/n 常见物质的折射率：空气 1.00027； 水 1.33； 玻璃 (SiO2) 1.47； 钻石 2.42； 硅 3.5 折射率大的媒介称为光密媒介，反之称为光疏媒介 光在不同的介质中传输速度不同;光的反射定律;折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光线位于法线的两侧，且满足：n1 sin?1 = n2 sin?2;n1 sinfc = n2 sin 90° [ fc = sin-1(n2/n1), n1 n2];q1 p/2 - fc;回顾光的特性、基本的光学定律和定义 介绍光纤结构、分类、特性和射线光学解释 圆波导模式及其理论简介* 单模光纤的特性、材料以及制造工艺 光纤的几种成缆方式;包层;纤芯;包层;涂覆层;;单模光纤和多模光纤;单模光纤和多模光纤 (续);单模光纤 优点：不存在模间色散，带宽大，用于长途传输 缺点：芯径小，较多模光纤而言不容易进行光耦合，需要使 用半导体激光器(LD)激励;阶跃光纤;ITU-T建议分类;光纤中光传播的分析方法;n1;光纤的数值孔径 – 阶跃光纤;光纤的数值孔径 – 梯度光纤;光纤的数值孔径 – 梯度光纤;回顾光的特性、基本的光学定律和定义 介绍光纤结构、分类、特性和射线光学解释 圆波导模式及其理论简介* 单模光纤的特性、材料以及制造工艺 光纤的几种成缆方式;麦克斯韦方程*;Step 1：柱坐标下的波导方程*;采用分离变量法求解;n1;2.4 圆波导的模式;模式概述;辐射模和泄漏模;归一化频率 (重要参数);多模光纤的模式总数;功率分布;回顾光的特性、基本的光学定律和定义 介绍光纤结构、分类、特性和射线光学解释 圆波导模式及其理论简介* 单模光纤的特性以及光纤的材料和制造工艺 光纤的几种成缆方式;单模光纤中只有最低阶模式HE11 存在，它的光纤横向光斑图类似 于左上角的截面图：;模场直径 (MFD)：光功率为e-2E0 时的光场半径宽度(E0为轴心的光 功率)，即光纤截面的光斑尺寸。;HE11偏振态相互正交的两个简并模;光纤拍长;2.6 光纤材料;无源玻璃纤维;有源玻璃纤维和塑料光纤;2.7 光纤制造;直接熔化法：双坩埚法;汽相氧化法：外部汽相氧化法 (OVPO);汽相轴向沉积法 (VAD);改进的化学汽相沉积法 (MCVD);等离子体活性化学汽相沉积法 (PCVD);光纤预制棒置备好之后进行光纤拉丝;2.8 光纤的机械和温度特性;回顾光的特性、基本的光学定律和定义 介绍光纤结构、分类、特性和射线光学解释 圆波导模式及其理论简介* 单模光纤的特性、材料以及制造工艺 光纤的几种成缆方式;2.9 光缆;光缆对光纤特性的影响;层绞式;骨架式;束管式;带状式