20xx光纖導波原理c-免費閱讀

　　

【正文】 光纖的導光原理 —模耦合與模功率分布 第 118 頁 X 穩態 MPD即 EMD： 光纖中各種模式所含功率的比例會在耦合過程中趨向一種動態平衡 。 光纖的導光原理 —模耦合與模功率分布 第 109 頁 X ?例：局部彎曲的光纖 ， 其芯中某光線以與軸夾角θ 1進入彎曲段 ， 當在 R1點發生全反射時 ， 因該處的局部平面法線比無彎曲時順時針偏轉了一個小角度 α ， 致使反射光線比無彎曲時偏轉 2α 角 ，與軸夾角變為 2， 說明模式發生了變化 ， 在后續的傳輸中此光線還會經受 R R3等各點的不同情況的反射 ， 最后以 θ 3角脫離彎曲段 。 LP01(HE11)的 Vc值為 0，是最低的，稱為 基模 或最低次模 。 w20，表明芯內場為導波場，而在包層中是衰減場， W越大，場衰減越快。 光纖的導光原理 － 波動理論 — 關于模式等一些概念 第 87 頁 X 之所以稱為線偏振或極化模 ， 是因為電場的振動方向叫做極化方向或偏振方向 ，電場兩個互相垂直方向上振動 （ 光纖橫截面內電場沿 X軸向 ， 磁場沿 Y軸向的偏振解 ）的模式 ， 被稱為兩個極化模或偏振模 。 光纖中的模是表示光纖中電磁場的一種場形分布 。][)( )(39。021 ???????????????????????????????????????????????????????????????aremWKraWKaBWWKraWKrmAWajEaremUJraUJaBUUJraUJrmAUajEEzjmmmmzjmmmm?????????????)c o s()()()()()c o s()()()()(39。 解的形式應根據物理概念進行取舍 。 *芯區中各種導模光線 與軸的夾角可以是連續變化的 。 a/2?光纖的導光原理－幾何光線理論 — 射線方程的解（自聚焦效應） 第 46 頁 X 邊界條件： 1） 光線以 θ0從特定點 (z = 0, r = ri )入射到光纖 ， 2） 在任意點 (z, r)以 θ*從光纖射出 。 光纖的導光原理 － 幾何光線理論 — 梯度光纖中 局部數值孔徑 LNA 局部數值孔徑 NA(r)和最大數值孔徑 NAmax 為： 222 )()( nrnrNA ??2221m a x nnNA ??])(1[1])(21[ 211 gg arnarn ?????n1［ 1Δ］ = n２ 2r≥a 0≤r≤a n(r)= 為 漸變型光纖折射率分布 g為折射率分布指數 。 第 35 頁 X 光纖的導光原理－幾何光線理論 — 梯度光纖中 局部數值孔徑 LNA 討論光線軌跡時 ， 如果限定 １ ） 軌跡的起點在軸上的中間位置即 0點 。 第 28 頁 X 光纖的導光原理－幾何光線理論 — 子午光線、斜光線和螺旋光線 如果弦長逐漸縮短 ， 即對應距中心較遠且入射方面更為傾斜的情況 ， 則內焦散面逐漸向外擴張 ， 最終趨向于與纖芯邊界圓重合 ， 此時的光線軌跡相當于沿著芯與包層交界的圓柱面螺旋前進 ， 因而被稱為 螺旋光線 ， 即螺旋光線是斜光線的內焦散面半徑等于纖芯半徑的極限的情況 ， 在此 ， 子午光線則是斜光線的內焦散面半徑趨于零的極限情況 。 ２ ） 當達到另外一側芯 /包層邊界面時 ， 會發生同樣的全反射過程 ． ３ ） 光線沿著光纖以 ” 之 ” 字形折線方式向前傳播 。第 1 頁 X 第 2章 光纖及其導光原理 光纖的結構和分類 光線理論 (幾何光線理論 ) 波動理論（光纖導光模式理論） 單模傳輸條件 模耦合與模功率分布 第 2 頁 X 光纖的結構和分類 －光纖的結構 套塑 光纖結構示意圖 包層 纖芯 第 3 頁 X 光纖的結構和分類 －光纖的結構 圖 3 1 光纖的結構 分層 ： 纖芯 包層 涂敷層 套塑 （二次涂敷） 材料 ： 石英 石英 環氧樹脂或硅橡膠 尼龍或聚乙 稀 作用 ： 傳導光波 將光波封閉在纖芯 中傳播 增加光纖的機械強度 折射率 ： n １ n ２ 少量摻雜： 五氧化二磷（ P 2 O 5 ） 三氧化二硼（ B 2 O 3 ） 二氧化鍺（ GeO 2 ） 氟（Ｆ） （為了實現包層與纖芯之間的折射率差） 第 4 頁 X （ 1）按組成成份來分： ?玻璃纖維 ?鹵化物玻璃纖維 ?有源玻璃纖維 ?硫屬化合物玻璃纖維 ?塑料光纖 光纖的結構和分類 －光纖的分類 第 5 頁 X （ 2）光纖橫截面上折射率分布 ?突變型 （ 階躍 ） 光纖 ?漸變型 （ 梯度 ） 光纖 ?Ｗ型折射率分布光纖 ?三角形折射率分布光纖 光纖的結構和分類 －光纖的分類 第 6 頁 X n （ r ） n （ r ） n １ n １ n ２ n ２ n ２ n ２ r 階躍 漸變 W 型 三角型 光纖橫截面上折射率分布示意 圖 光纖的結構和分類 －光纖的分類 光纖的結構和分類－光纖的分類 g：冪律分布或分布指數 1)g ∞ ， 均勻光纖或階躍光纖 。 光線 A稱為 傳導模 或 導模光線 ． 光纖的導光原理 － 幾何光線理論 －階躍光纖中的光線軌跡 第 20 頁 X 光纖的導光原理 － 幾何光線理論 －階躍光纖中的光線軌跡 光線 B： 由于光線 B初始入射角 θ ’ 0較大 ， 在芯 /包層界面不能滿足全反射條件 ， 光線折射入包層后 ，光線的能量經過一段不長的光纖傳輸 (約幾米 )，便損失掉了 ， 光線Ｂ被稱為 “ 包層模 ” 或 “ 輻射模 ” ． 第 21 頁 X 光纖的導光原理 － 幾何光線理論 －階躍光纖中的光線軌跡 光線 C： 由于光線 C初始入射角 θ ” 0較小 ， 在 n1 ~ n2的界面 ， 入射角 90０ － θ 大于 θ c ， 致使其在芯 /包層界面滿足全反射條件 ． 光線 C也稱為 傳導模 或 導模光線 。 光纖的導光原理 － 幾何光線理論 — 梯度光纖中的光線軌跡 r B n 5 n 4 C n 3 n 2 n 1 A A n 2 C B n 3 n 4 n 5 多層階梯分布光纖中的光線軌跡 第 30 頁 X 光纖的導光原理－幾何光線理論 — 梯度光纖中的光線軌跡 光線 A經端面折射后 n1~n2考察全反射條件 ， 如果不滿足 n2 ~ n3 ,考察全反射條件 ， 如果滿足 ， 則發生全反射 。 設入射角 =θ 1時剛好形成 最高次導模 （ 即剛好在包層一纖芯界面處形成全反射 ， 故 θ 1為形成導模所能接收光線的最大入射角 ） 。 光纖的導光原理 － 幾何光線理論 — 梯度光纖中局部數值孔徑 LNA 第 40 頁 X 折射率分布指數 g ： g→∞ ， (r/a)→ 0的極限條件下 ， 即表示突變型多模光纖的折射率分布 。 應用入射條件求解 r(z) 應用出射條件求解 θ* 光纖的導光原理－ 幾何光線理論 —射線方程的解（自聚焦效應） 應用入射條件得到： C2= r (z=0) = ri C1= )0)(1 ?zdzdrA() 光纖的導光原理－幾何光線理論 — 射線方程的解（自聚焦效應） 應用 dr/dz=tanθi≈θi≈θ0/n(r)≈θ0/n(0)， 1201 )( rcrAnc ???把 C1和 C2代入式 ()得到 r(z)=ricos(Az)+ )s in ()(0 AzrAn? () 光纖的導光原理－幾何光線理論 — 射線方程的解（自聚焦效應） 應用出射光線 dr/dz=tanθ≈θ≈θ*/n(r)， 得到 θ*=An(r)risin(Az)+θ0cos(Az) () 光纖的導光原理－幾何光線理論 — 射線方程的解（自聚焦效應） r θ* = cos(Az) An(0) sin(Az) cos(Az) )si n ()0(1 AZAn ri 0? 自聚焦透鏡的理論依據 。 此結論錯誤 光纖的導光原理－ 幾何光線理論 — 光線模式的分立性 第 55 頁 X 光纖的導光原理－ 幾何光線理論 — 光線模式的分立性 原因：光線模式是分立性 光是有一定波長的 ， 將光線分解為沿軸向和徑向的兩個分量 ， 傳輸光波長 λ 也被分為 λ Z和λ r。