渐变型光纤导光原理教案.

光的传播教案探索光纤通信技术的基本原理探索光纤通信技术的基本原理一、课程背景随着信息技术的快速发展，人们对通信技术的需求日益增长。

传统的电信通信方式受到带宽限、距离受限等制约，无法完全满足人们的需求。

而利用光纤传输数据和信息，不仅大幅提升传输速度、距离，而且能够增强信息的保密性和安全性。

因此，掌握光纤通信技术的基本原理成为现代通信技术领域必须掌握的核心知识之一。

二、教学目标1.了解光的基本特征及在通信中的应用。

2.学习光纤的基本构造及其工作原理。

3.掌握光纤的性能参数及其影响因素。

4.掌握光纤通信的基本工作原理和信号调制技术。

三、教学内容1.光的基本特征及应用光是一种电磁波，具有双重性质，既有波动性也有粒子性。

光波长范围广，被称为“光谱”。

在通信中，常用的光波长范围为1310nm和1550nm。

除了在通信中的应用，光还广泛应用于医学、工业制造、娱乐领域等。

例如，在医学中，激光可以用于皮肤削减、开颅手术等；在工业中，激光可以用于焊接、切割、雕刻等；在娱乐中，激光可以用于投影、演唱会、儿童乐园等方面。

2.光纤的基本构造及其工作原理光纤由纤维芯、包层和衬垫层三部分构成，其中纤维芯为信息传输的主要通道。

包层用于包裹纤维芯并使之获得总反射效应。

衬垫层用于保护包层和纤维芯，减少纤维间的耦合和干扰影响。

光纤的工作原理是利用光的全反射现象，使光信号在光纤中通过传输。

3.光纤的性能参数及其影响因素光纤的性能参数有多个，其中最基本的是传输损耗、带宽和折射率。

影响光纤性能的主要因素有几何尺寸、折射率分布和波长等。

在应用光纤时，需要根据实际需求确定合适的光纤类型和参数。

4.光纤通信的基本工作原理和信号调制技术光纤通信的基本工作原理是将一系列的数字信号转换成模拟光信号进行传输。

在实现这一过程中，需要先将数字信号进行调制（例如ASK、FSK、PSK），使其能够被转换成光模拟信号，然后将光模拟信号通过发射机转换成光信号在光纤中传输。

光纤得导光原理光就是一种频率极高得电磁波，而光纤本身就是一种介质波导,因此光在光纤中得传输理论就是十分复杂得。

要想全面地了解它,需要应用电磁场理论、波动光学理论、甚至量子场论方面得知识。

但作为一个光纤通信系统工作者,无需对光纤得传输理论进行深入探讨与学习。

为了便于理解,我们从几何光学得角度来讨论光纤得导光原理,这样会更加直观、形象、易懂。

更何况对于多模光纤而言,由于其几何尺寸远远大于光波波长,所以可把光波瞧作成为一条光线来处理，这正就是几何光学得处理问题得基本出发点。

·5、１全反射原理我们知道,当光线在均匀介质中传播时就是以直线方向进行得,但在到达两种不同介质得分界面时,会发生反射与折射现象,如图5-1 所示。

图5-1 光得反射与折射根据光得反射定律,反射角等于入射角。

根据光得折射定律:(公式5－1)其中n1为纤芯得折射率,n2为包成得折射率。

显然，若n1>n2,则会有。

如果n1与n2得比值增大到一定程度,则会使折射率，此时得折射率光线不再进入包层，而会在纤芯与包层得分界面上经过(）,或者重返回到纤芯中进行传播（)。

这种现象叫光得全反射现象,如图5－2所示。

图5－2 光得全反射现象人们把对应于折射角等于90得入射角叫做临界角,很容易可以得到临界角。

不难理解,当光在光纤中发生全反射现象时,由于光线基本上全部在纤芯区进行传播,没有光跑到包层中去,所以可以大大降低光纤得衰耗。

早期得阶跃光纤就就是按这种思路进行设计得。

·5、2光在阶跃光纤中得传播传播轨迹了解了光得全反射原理之后,不难画出光在阶跃光纤中得传播轨迹，即按“之”之形传播及沿纤芯与包层得分界面掠过,如图5-3 所示。

图5-３光在阶跃光纤中得传输轨迹通常人们希望用入射光与光纤顶端面得夹角来衡量光纤接收光得能力。

于就是产生了光纤数值孔径ＮA得概念。

因为光在空气得折射率ｎ0＝1,于就是多次应用光得折射率定律可得:(公式5-－2)其中,相对折射率差:(公式５－-3）因此，阶跃光纤数值孔径NA得物理意义就是:能使光在光纤内以全反射形式进行传播得接收角θｃ之正弦值。