《光纤光学教学课件》第四讲.ppt

2023/8/31,第三章 阶跃折射率分布光纤,2023/8/31,阶跃折射率分布光纤（SIOF）,折射率分布表达式：,分析方法：几何光学方法分析、波动光学分析方法,2023/8/31,几个基本概念：,1、什么是子午平面？,与纤轴相交且与纤壁垂直的平面。,2、什么是子午光线？,在子午平面上传输的光线。,偏斜光线：与纤轴既不相交又不限于单一平面之内的光线。,3.1 几何光学方法分析,2023/8/31,子午的全反射条件：,由光的折射定理：,子午光线的约束条件：,2023/8/31,光线轨迹:限制在子午平面内传播的锯齿形折线。光纤端面投影线是过园心交于纤壁的直线。,临界角:,2023/8/31,2023/8/31,数值孔径:定义光纤数值孔径NA为入射媒质折射率与最大入射角的正弦值之积,即,相对折射率差:,最大时延差：,2023/8/31,物理意义,反映光纤接收光的能力，NA越大，光纤收集光的能力增大，增加了光源与光纤的耦合效率。应注意，光纤的数值孔径只决定于光纤的折射率，而与光纤的几何尺寸无关，这一点和普通的光学系统有所不同。增大NA，对于提高光纤耦合效率有利。但是却使光纤的另一重要传输特性“通信容量”降低。光纤的通信容量正比于光纤的传输带宽，或单位长度光纤光脉冲展宽的倒数。,2023/8/31,SIOF的传输容量,传输容量:时延差的倒数多模光纤:n1=1.5,=1%,t=50 ns/km传输带宽:1/t=20 MHzkm结论1:多模阶跃光纤通信容量并不高!由一点发出的光线不能会聚在另一点:结论2:多模阶跃光纤不适合于传输图像!（不聚焦）,2023/8/31,倾斜光线,传播时不与纤轴相交，不在单一平面内传输，光线是螺旋折线。,光线轨迹：(螺旋折线)内散焦面半径：数值孔径：(大于子午光线)最大时延差：(大于子午光线),2023/8/31,极限情况，当满足cosn2/n1时，s，尽管光线依然可以满足内全反射条件而被约束在纤芯中，但光线仅仅在光纤横截面上频繁反射而不沿z轴向前传播。显然，若考虑偏斜光线的传播，光纤的传输带宽比仅考虑子午光线时要小。,