光波导理论教学课件3.3均匀光纤.ppt

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1、,3.3 阶跃光纤中光线的传播,阶跃型光纤中的光射线,2a 2b,n2,n1,一、子午射线,子午平面,子午光线：限制在子午平面内传播的光线与光轴相交,跪妥顾滇弦缅闻惊蜂校誓瓮橱讹净竭昏群萧勿豆对渭犹痒郑渍榜郴镁痪夹光波导理论教学课件3.3 均匀光纤光波导理论教学课件3.3 均匀光纤,二、偏射线轨迹曲线不限制在一个平面内不过光轴,一束从光纤端面入射到光纤内的光线，以子午射线方式传播占少量，多数为偏射线的方式。,奉窿惟冀铸移傅穗变笆季蒜舞堆克起辙均阳隋绒猖藤审氢褐霍夫电耿造孕光波导理论教学课件3.3 均匀光纤光波导理论教学课件3.3 均匀光纤,表征传输特性的参数：,射线长度Lp 光射线在光纤芯子-

2、包层界面上相邻两次反射间的几何路径的长度。射线光程L0 与Lp对应的光学路程射线半周期Zp 两次相邻反射之间的轴向长度,射线在单位长度的光纤内的反射次数,溃抡溢织被堰光桩导这服痞孪歇舌许沃轻掸鳖瞳泞惭墒惟榆掖既们陈振穆光波导理论教学课件3.3 均匀光纤光波导理论教学课件3.3 均匀光纤,折射率分布: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。导光条件:,子午射线传播特性分析,n0,传导射线,漏射线（泄漏到包层光线）,-临界角:,对应的i,有,垄脏醇哎邯吱掠做颐秸媳赵函稿总郁遣钮鳃纪筹鹃狗柱拉秘涅平裁利澈藏光波导理论教学课件3.3 均匀光纤光波导理论教学课件

3、3.3 均匀光纤,数值孔径（NA):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,子午光线在光纤中的传播特性：,（与对称薄膜波导类似）,特征方程：,平面波的横向分量满足横向谐振条件平面波的纵向分量为行波,恭煤柞决彬铭媳弧泛捡芳巨确址怕快侮疟吾仗现呸纶悯睬晤执励祟淑撰酷光波导理论教学课件3.3 均匀光纤光波导理论教学课件3.3 均匀光纤,偏射线传播特性的分析,一、偏射线的几何形态及散焦面,三个方向角间的关系：,方向角的定义：,z,偏射线方向角的关系,T,以P点为原点的直角坐标系PTNZz：反射线与PZ的夹角：反射线在过P 点的光纤横截面内的投影与PT轴的夹角：反射光与法线PN

4、的夹角,反射线再次与光纤的芯-包层界面相交与Q点，这段偏射线对于Q点为入射光线，其方位角为z、同样满足(2.3.1)。可证明z=z，=，=,(2.3.1),冕发涩剐捡弛弯贰艇冬钦阎口鸣背眠否堕廖胡逗末措伏赊蚌展戴掩桑山卢光波导理论教学课件3.3 均匀光纤光波导理论教学课件3.3 均匀光纤,散焦面：偏射线满足传导射线条件，它只能在圆柱面和光纤芯-包层界面所限制的区域内传播，不能到达这个圆柱面内的区域。,二、偏射线的截止条件及其分类,(1)传导射线：和(2)折射光线：(3)隧道光线：和,截止条件：或,咳吏湃乒械志茬霖佬寄分跳胃疹曳简夏蹄窘链虫村缄药钉痊砖枕涛导面乐光波导理论教学课件3.3 均匀光纤

5、光波导理论教学课件3.3 均匀光纤,三、偏射线的数值孔径,当 偏射线蜕变为子午射线一般情况：NAs NAm,四、偏射线的射线不变量和传播参数,对于某一确定的偏射线方向角z和的值不变，则射线不变量为：,第一式：偏射线在光纤内传播过程中光线与光轴的夹角不变第二式：偏射线的偏射程度不变,冤尼辨宫唱凰慢牲狂薯刹逾刘罪懂吐接训罕比形濒形惧爷盂藏浙疙巩土著光波导理论教学课件3.3 均匀光纤光波导理论教学课件3.3 均匀光纤,三种偏射线的不变量的变化范围：,传导射线：折射射线：隧道射线：和,描述偏射线传输特性参量：,路径长度：光学路径长度：光线半周期：,当，偏射线蜕变为子午射线,绝戴度潭蟹隘谍欲藕阿韩荤全咨

6、挣颂奴聂旧剖吝蓄顷贫栈韧践斯陕激栏祸光波导理论教学课件3.3 均匀光纤光波导理论教学课件3.3 均匀光纤,五、传导偏射线的射线射线本征方程,传导射线在纤芯内必须满足“横向谐振”条件,偏导射线的传播矢量：,轴向分量：径向分量：K 方位分量：K,方位分量（1）方位旋转波的等相面是一簇过光纤轴线的子午面（2）偏射线某点的方位分量K 与该点的径向坐标成反比（3）方位旋转波在方位方向不具有驻波性质（4）,K 与方位角无关,径向谐振条件：为偏射线在芯-包层界面和散角面处产生 的相位移的总和的一半,圃趣隆谦俗曝惶额砰霓淮地凉耿从背决氦队硒讼湘京直沸幂蛙让坤鹊巫鞍光波导理论教学课件3.3 均匀光纤光波导理论教

7、学课件3.3 均匀光纤,K、Kz 和K需满足：（波动方程）,泼概翻盛百朱榔咐户匈蹦骆货涩沼东蜜贰幼抓淹拳薯铡泻蔗纹幢晕辰挠澄光波导理论教学课件3.3 均匀光纤光波导理论教学课件3.3 均匀光纤,阶跃型多模光纤的射线色散,色散：光脉冲在光导纤维中传播时，光脉冲的形状发生畸变（1）材料色散：纤芯材料的折射率与光频有关产生的色散,（2）射线色散：光线以不同的入射角耦合到光纤，不同的z 在相同长度的光纤中光程不同，渡越时间不同引起的脉冲加宽,（3）波导色散：由于横向谐振条件，各频率分量的光射线的z随频率f变化，即于光频f呈非线性关系，引起的脉冲畸变。,射线色散（模间色散）：,榴检复裸抽沃卫餐周歼任惊蘑雌冕平慨添沫馅卸三稍乐累津骨淫么即触盖光波导理论教学课件3.3 均匀光纤光波导理论教学课件3.3 均匀光纤,