光纤技术及应用-石顺祥-复习资料PPT课件

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光纤技术及应用石顺祥复习资料

沿x方向衰减----倏逝波
介质内的光场则为
且或
1.3 程函方程与光线方程
1. 局部平面波细光束在局部范围内可看作平面波
2. 程函方程
•将前式带入麦克斯韦方程，得
E B t
是光程
化简得到：
对比前面平面波关系
r
k r
E0
0H0
k H0 E0
得到
也就有
程函方程
光纤技术及应用
教材：光纤技术及应用石顺祥华中科技大学出版社 2009
第1章光传输的基本理论
1.1 麦克斯韦方程组和波动方程
1.1.1 麦克斯韦方程组和边界条件
1 麦克斯韦方程
E B t
H D J t
D
B 0
物构方程
D εE B μH
或者说信息量是指从N个相等可能事件中选出一个事件所需要的信息度量或含量，也就是在辩识N个事件中特定的一个事件的过程中所需要提问"是或否"的最少次数.
香农（C. E. Shannon）信息论应用概率来描述不确定性。信息是用不确定性的量度定义的.一个消息的可能性愈小，其信息愈多；而消息的可能性愈大，则其信息愈少.事件出现的概率小，不确定性越多，信息量就大，反之则少。
信道
发送机接收机
将电信号转化为合适的传输形态，并加载到载波上
载波源信道耦合器
放大
模拟调制格式
（
，还
）
器件：
模拟信号：放大、滤波数字信号：放大、滤波、门限判决
任何一个比特时间内判断是0、1
受信者为人：
声音，可视图像
受信者为其他设备：电形态信号
模拟光纤通信系统中不同参考点处的信号

精品课件-物理光学与应用光学_第三版(石顺祥)-第5章

(5.1-5)
在这里，仅考虑ΔBij是由外加电场引起的，它应与外加电场有关系。一般情况下，ΔBij可以表示成
ΔBij=γijkEk+hijpqEpEq+… i, j, k, p, q=1, 2, 3 (5.1-6)
上式中，等号右边第一项描述了ΔBij与Ek呈线性关系，［γijk］是三阶张量，称为线性电光系数，由这一项所描述的电光效应叫做线性电光效应，或普克尔(Pockels)效应；等号右边第二项描述了ΔBij与外加电场的二次关系，［hijpq］是四阶张量，称为二次非线性电光系数，由这一项所描述的电光效应叫作二次电光效应，或克尔(Kerr)效应。
(5.1-8)
5
第 5 章晶体的感应双折射根据前面的讨论，折射率椭球的系数［Bij］实际上是晶体的相对介电常数［εij］的逆张量，故［Bij］也是二阶对称张量，有 Bij=Bji。因而［Bij］只有六个独立分量，(5.1-8)式可简化为
B11x12 B22 x22 B33x32 2B23x2 x3 2B31x3x1 2B12 x1x2 1
9
第 5 章晶体的感应双折射 2. 1) KDP KDP(KH2PO4,磷酸二氢钾)晶体是水溶液培养的一种人工晶体，由于它很容易生长成大块均匀晶体，在0.2～1.5 μm波长范围内透明度很高，且抗激光破坏阈值很高，因此在光电子技术中有广泛的应用。它的主要缺点是易潮解。 KDP晶体是单轴晶体，属四方晶系。属于这一类型的晶体还有 ADP(磷酸二氢氨)、KD*P(磷酸二氘钾)等，它们同为42 m晶体点群，其外形如图 5-1所示，光轴方向为x3轴方向。
E1
E2
E3
(5.1-17)
14
第 5 章晶体的感应双折射

光纤制备原理和应用PPT课件

低损耗的单模和多模石英光纤大多采用“预制棒拉丝工艺”，光纤预制棒工艺是光纤光缆制造中最重要的环节。目前，用于制备光纤预制棒的方法主要采用以下四种方法：
外部气相沉积法（OVD）；气相轴向沉积法（VAD）；
等离子体化学气相沉积法（PCVD）；
改进化学气相沉积法（MCVD）。
第11页，共24页。
VAD法：日本1977年开发出来的，其工作原理与OVD相同，不同之处在于它不是在母棒的外表面沉积，而是在其端部（轴向）沉积。VAD的重要特点是可以连续生产，适合制造大型预制棒，从而可以拉制较长的连续光纤。
第13页，共24页。
光纤预制棒制备工艺
MCVD法：采用的SiCl4、 GeCl4等液态原材料在高温下
维．具有束缚和传输从红外到可见光区域内光的功能．也具有传感功能。一般通信用光纤的横截面的结构如图2所示。光纤本身由纤芯和包层构成，纤芯是由高透明固体材料(如高二氧化硅玻璃、多组分玻璃、塑料等)制成，纤芯的外面是包层．用折射率相对纤芯较低的石英玻璃、多组分玻璃或塑料制成,外面一般还有起
保护作用的涂覆层。光纤的导光能力取决于纤芯和包层的性质。
工业光纤内窥镜
第23页，共24页。
谢谢
第24页，共24页。
第3页，共24页。
光纤的来源光纤的发展历史
石英光纤的损耗进展:
1966, 高锟 1000 dB/km 1970, 康宁公司 →20 dB/km
1972, 康宁公司 → 7dB/km
1973, 贝尔实验室 →2.5dB/km
1976, 日本 →0.5dB/km@1.55µm
1979,
→0.2dB/km@1.55µm
第20页，共24页。
光纤的应用

光纤的基本知识及应用PPT(最新版)

B、光纤检测：
光纤检测的主要目的是保证系统连接的质量，减少故障因素以及故障时找出光纤的故障点。检测方法很多，主要分为人工简易测量和精密仪器测量。
a.人工简易测量：
这种方法一般用于快速检测光纤的通断和施工时用来分辨所做的光纤。它是用一个简易光源从光纤的一端打入可见光，从另一端观察哪一根发光来实现。这种方法虽然简便，但它不能定量测量光纤的衰减和光纤的断点。
6.光纤的应用
人类社会现在已发展到了信息社会，声音、图象和数据等信息的交流量非常大。以前的通讯手段已经不能满足现在的要求，而光纤通讯以其信息容量大、保密性好、重量轻体积小、无中继段距离长等优点得到广泛应用。其应用领域遍及通讯、交通、工业、医疗、教育、航空航天和计算机等行业，并正在向更广更深的层次发展。
FC
SC
SC-LC SC-SLCC LC
SC-SC
SC
SC
SC-ST
SC
ST
ST-ST
ST
ST
ST-LC
LC
ST
ST-SC
二、光缆的结构特点、种类及型号的命名方法
一、光缆结构的特点
光缆的结构与电缆大致相同，但由于光纤材料的性质和传光特性，所以其结构与电缆又有不同之处。其特点如下：
膏时，防水效果较好，但连接时防水软膏（2）它可以用一次涂覆光纤直接放置于骨架槽内，省去二次涂覆过程。
5/125μm，美国标准
的清除比较困难。采用防水带（粉）时， 31μm波长处的衰减值将增大。
活动连接是利用各种光纤连接器件（插头和插座），将站点与站点或站点与光缆连接起来的一种方法。因此，在不久的将来实现全球无中继的光纤通信是完全可能的。
1.光纤理论与光纤结构

精品课件-物理光学与应用光学_第三版(石顺祥)-第4章

(4.2 - 24)
可以在形式上定义“光线折射率”(或射线折射率、能流折射
率)nr:
nr
c vr
c vp
cos
n cos
由此可将(4.2-23)式表示为
(4.2 - 25)
(4.2 - 26)
或 (4.2 - 27)
29
第 4 章光在各向异性介质中的传播特性
(2) 菲涅耳方程为了考察晶体的光学特性，我们选取主轴
即如图 4-2 所示，单色平面光波的相速度是其光线速度在波阵面
24 法线方向上的投影。
第 4 章光在各向异性介质中的传播特性
图 4-2 v
第 4 章光在各向异性介质中的传播特性
2) (1) 晶体光学的基本方程由麦克斯韦方程组出发，将 (4.2-8)和(4.2-9)式的H消去，可以得到
3.
一个二阶张量［Tij］，如果其Tij=Tji，则称为对称张量，它只有六个独立分量。与任何二次曲面一样，二阶对称张量存在着一个主轴坐标系，在该主轴坐标系中，张量只有三个对角分量非零，为对角化张量。于是，当坐标系进行主轴变换时，二阶对称张量即可对角化。例如，某一对称张量
T11
T12
T13
15
第 4 章光在各向异性介质中的传播特性
16
第 4 章光在各向异性介质中的传播特性
4.2 理想单色平面光波在晶体中的传播 4.2.1
1. 在均匀、不导电、非磁性的各向异性介质(晶体)中，若没有自由电荷存在，麦克斯韦方程组为
(4.2 – 1)
(4.2 - 2)
(4.2 - 3)
17
第 4 章光在各向异性介质中的传播特性
第 4 章光在各向异性介质中的传播特性

《光纤技术及应用》PPT课件

光纤传感器与传统的各类传感器相比有一系列独特的优点，如灵敏度高，抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、防爆、光路有可挠曲性、便于与计算机联接、结构简单、体积小、重量轻、耗电少等。
光纤传感器按传感原理可分为功能型和非功能型。功能型光纤传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件，所以也称传感型光纤传感器，或全光纤传感器。非功能型光纤传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为传输介质，传输来自远外或难以接近场所的光信号，所以也称为传光型传感器，或混合型传感器。
光纤传感器按被调制的光波参数不同又可分为
强度调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、频率调制光纤传感器、偏振调制光纤传感器和波长(颜色)调制光纤传感器。在光来自中传输的光波可用如下形式的方程描述
E=E0cos(ωt+φ) 式中，E0为光波的振幅， ω为频率， φ为初相
角。上式包含五个参数，即强度E02、频率ω、波长＝2πc/λ 、相位(ωt+φ)和偏振态，被测量在敏感头内与光发生相互作用，如果作用的结果是改变了光的强度，就叫强度调制光纤传感器，其它依次类推。因此．就得到了五种调制类型的光纤传感器。
强度调制的关键是实现对调制信号的强度检测，强度检测方法包括直接检测、双光路检测、双波长检测。
上图即为直接检测的原理图，光源发出的光注入光纤，光在强度调制区内受到外界被测信号的调制，探测器接收被调制后的光信号，并将其转换成电信号。直接检测方法的优点是系统结构简单，但是容易受到光源强度波动、光纤损耗波动、光纤耦合波动、模式噪声等影响使得输出信号的强度不仅随被测信号变化，而且随上述影响因素而变化，这样就会给被测信号的测量带来误差。
移动反射器式传感器中两根光纤间的光耦合图

光纤基础知识PPT演示课件

62.5/50m
8～10m
1.0m
125m2m
2%
245m10m
15m
2m
•16
光纤：参数
光纤的光学及传输特性参数
• 模场直径 • 衰减系数 • 色散系数 • 截止波长 • 弯曲损耗 • 偏振模色散
•17
光纤：参数
光纤的光学及传输特性参数
模场直径：
高斯分布的单模光纤，模场直径是光场幅度分布1/e处各点所围成圆的直径，也等于光功率分布1/e2处各点所围成圆的直径。
一部分入射光将被反射
一部分入射光将进入第二种媒质，并产生折射
1 2
媒质1 折射率n1
媒质2 折射率n2
1=2
媒质1
1
折射率n1
2
媒质2
折射率n2
n1·Sin1=n2·Sin2
•3
折射率 n＝光在真空中的传播速度/光在该媒质中的传播速度
媒质真空空气水多模光纤单模光纤玻璃钻石
折射率 1.0 1.0003 1.33 1.457 1.471 1.5~1.9 2.42
1
4
4
3
1 非色散位移光纤 2 色散位移光纤 3 色散平坦光纤 4 非零色散位移光纤
2
0 1200
1400 1500 1600 1700 1800 nm
-4
-8
波长(nm)
•22
光纤：参数
光纤的光学及传输特性参数
截止波长：
光纤作为单模光纤工作的最短波长。工作波长超过此波长时，只能传输基模，此时光纤为单模光纤；工作波长低于此波长时，除基模外，高次模也可传输，此时光纤为多模光纤。
如：Corning的Submarine Leaf光纤 Lucent的TrueWave XL光纤

《光纤技术_2章》PPT课件_OK

轴向气相沉积法VAD
2021/7/23
光纤光学及其技术 21
多组分玻璃法机械成形光纤预制棒法凝胶法
2021/7/23
光纤光学及其技术 22
光纤拉制工艺
2021/7/23
光纤光学及其技术 23
2.4 光纤成缆技术
–成缆原因 –1 操作容易普通涂覆后的光纤外径250～900m –2 保护光纤
2a=50 m 单模光纤
2a=8~10 m
外径：2b=125m
2021/7/23
光纤光学及其技术 3
光纤的种类——按纤芯折射率分布划分：
b a
b a
2021/7/23
阶跃多模光纤
渐变多模光纤
光纤光学及其技术 4
光纤的种类——阶跃光纤、渐变光纤
阶跃多模光纤：大的纤芯和数值孔径
有利于光的收集，用于图像传输和照明
纯石英为纤芯，塑料为包层，主要用于多模阶跃光纤
2021/7/23
光纤光学及其技术 13
2.3 光纤的拉制
原料制备原料提纯制棒拉丝涂覆筛选合格光纤
2021/7/23
光纤光学及其技术 14
1 制棒
预制棒：直径10－20cm 长50－100cm 包层和纤芯的折射率已经分配完成方法分为：气相沉积法和非气相沉积法非气相沉积法包括：多组分玻璃法、凝胶
PBT：机械性能优良和耐化学性能，用于松管材料 PE：抗潮性能，是室外光缆的材料 PVC：阻燃性很好，柔顺性和延展性黑色聚乙烯：耐电性好，用于强电场芳纶纤维：杨氏模量大，抗拉伸作用好 PET：耐热、化学稳定、低温柔性和绝缘热塑性橡胶
2021/7/23
光纤光学及其技术 26
2.4 光纤成缆技术

光纤及其应用课件

03
光纤可以用于军事导航定位系统中，提供高精度、高稳定性的
导航定位信号，确保军事行动的准确性和可靠性。
感谢观看
THANKS
置和大小。
核能监控
光纤可以用于核能设施的监控系统中，实时监测辐射剂量和温度等参数，确保核设施的安全运行
。
光纤在航空航天领域的应用
卫星通信
光纤可以用于卫星通信中，提供高速、大容量的数据传输服务，广泛应用于全球通信和广播领域。
飞机导航
光纤可以用于飞机导航系统中，传输高精度、高稳定性的导航信号，提高飞行的安全性和准确性。
空间探测
光纤可以用于空间探测器中，传输探测数据和指令，为科学研究提供重要的信息。
光纤在军事领域的应用
激光武器
01

光纤可以用于激光武器中，传输高能激光束，对敌方目标进行
精确打击和摧毁。
通信保密
02
光纤可以用于军事通信中，提供高速、大容量、高保密性的数
据传输服务，确保军事信息的保密性和安全性。
导航定位
光纤医疗设备
如光纤呼吸机、光纤血压计等，利用光纤技术提高设备的准确性和可靠性，保障患者的治疗效果。
06
光纤在其他领域的应用
光纤在能源领域的应用
太阳能光伏发电
光纤可以用于太阳能光伏发电系统中，将太阳光传输到光电转换
器上，提高光电转换效率。
石油和天然气勘探
光纤可以用于石油和天然气勘探中，通过测量地震波、温度和压力等参数，帮助确定油气藏的位
光纤传感器的应用拓展
拓展光纤传感器的应用领域，满足更多行业的测量需求。
05
光纤在医疗领域的应用
光纤在医疗诊断中的应用
光纤光谱仪

光纤技术及应用--第四章概要PPT课件

2021/4/1
11
图4.1-2，从石英光纤的损耗谱曲线可以看到光纤通信所使用的三个低损耗“窗口”——三个低损耗谷，它们分别是 850 nm波段——短波长波段、1310nm波段和1550nm波段— —长波长波段。目前，光纤通信系统主要工作在1310nm波段和1550nm波段上，尤其是1550nm波段，长距离大容量的光纤通信系统多工作在这一波段。
第四章光纤的传输特性
光纤作为光通信的传输介质，从通信角度来看，主要关心光纤的以下几个传输特性：
(1)损耗：只有衰减小到一定程度才可能做长距离通信使用；
(2)色散：色散小，脉冲展宽小，从而要求光纤有较小的色散，才可能以高速率传输信号或者说有较大的通信容量。
另外，随着光纤通信的发展，光纤的偏振特性和非线性效应对光信号的传输也有较大的影响。
另外，水分子中OH－存在也产生吸收损耗，OH－的基本吸收极峰在2.8μm红外附近，其中OH-离子的影响比较大，它的吸收峰分别位于950nm，1240mm和1390nm，对光纤通信系统影响较大。
解决方法：(1)光纤材料化学提纯，比如达到99.9999999%的纯度。（2）制造工艺上改进，如避免使用氢氧焰加热。
3、模间色散-----存在于多模光纤中，各导模的群速度不同，导致各模式之间的群延时差，从而引起色散。
总之：色散将导致光脉冲在光纤中传输时的脉冲展宽，从而限制了光纤通信的信息传输速率，即通信容量。
4.2.2 光信号在色散光纤中的传输
光纤中传输的信号光是指被适当调制的光频电磁波。对于
幅度调制，在输入端（z=0），信号光可以用幅度虽时间的变
化关系 f(t) 描述。由于光纤中的损耗和色散，信号光在光纤
中传输时，其形状将发生变化，并与传输距离有关，可以用

《光纤技术及应用》课件

光纤传感的主要技术难点和解决方案
探讨光纤传感技术面临的挑战和解决方案。
光纤传感的未来发展方向
展望光纤传感技术的未来发展方向。
第四部分：光纤仪表及其他应用领域
光纤仪表的基本原理和分类
详细介绍光纤仪表的基本原理和常见分类。
光纤仪表的应用领域
探讨光纤仪表在各个行业中的广泛应用。
光纤仪表的优势和不足
解释光纤的组成结构和材料特性。
4 光纤的基本工作原理
详细讲解光纤传输光信号的工作原理。
5 光纤技术的优势和应用场景
探讨光纤技术相对于其他传输媒介的优势和广泛应用领域。
第二部分：光纤通信
1
光纤通信系统相关术语
2
介绍与光纤通信相关的术语和概念。
3
光纤通信的网络拓扑结构
4

解释光纤通信的网络拓扑结构及其特
《光纤技术及应用》PPT 课件
本课件将介绍光纤技术及其应用。涵盖光纤技术基础、光纤通信、光纤传感技术、光纤仪表及其他应用领域等内容，帮助您了解光纤技术的发展和应用场景。
第一部分：光纤技术基础
1 什么是光纤技术
介绍光纤技术的定义和基本概念。
2 光纤技术的发展历程 3 光纤的主要构成
回顾光纤技术从诞生到现在的发展历程。
点。
5
光纤通信系统概述
概述光纤通信系统的组成和基本原理。
光纤通信的传输方式和速度
探讨光纤通信的传输方式及其速度性能。
光纤通信的故障排除和维护
介绍光纤通信故障排除和维护的基本方法与注意事项。
第三部分：光纤传感技术
光纤传感原理及分类
解析光纤传感的基本工作原理和常见分类。
光纤传感应用场景

《光纤技术及应用》PPT课件

双光路检测的原理是光源发出的光信号被光纤分路器分成两路，一路光信号通过强度调制区到达探测器，称为测量光路；另一路光信号不通过强度调制区而直接到达探测器，称为参考光路。两路信号送入除法器进行除法运算，由于系统中设计了参考光路，光源强度波动、光纤损耗波动、光纤耦合波动、模式噪声等都可以通过除法电路通过除法运算来消除，从而大大减小测量误差，提高系统的测量精度。
P0 r F ( )( )2 Pi r 2dT r
2dT a
1 1 1 cos (1 ) (1 ) sin[cos (1 )] r r r

F与d的关系曲线如图所示。图中采用的光纤为芯径为200，数值孔径为0.5的阶跃光纤，光纤间隔为100mm，从图中可以看出，线性度好，而且A点的耦合效率随d的变化速率较大，即灵敏度高，为了提高耦合效率，可以选择数值孔径大、芯径大的光纤或光纤束。

6.2频率调制机理采用频率调制技术可以对有限的几个物理量进行测量。它主要是利用运动物体反射或散射光的多普勒频移效应来检测其运动速度。当然，频率调制还有一些其它方法，如某些材料的吸收和荧光现象随外界参量也发生频率变化，以及量子相互作用产生的布里渊和拉曼散射也是一种频率调制现象。这里主要讨论光纤多普勒传感器的频率调制机理。

6.1强度调制机理强度调制光纤传感器的基本原理是待测物理量引起光纤中的传输光光强变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量，其原理如下图所示。

一恒定光源发出的强度为Pi的光注入传感头，在传感头内，光在被测信号的作用下其强度发生变化，即受到了外场的调制，使得输出光强P0的包络线与被测信号的形状一样，光电探测器测出的输出电流I0也作同样的调制，信号处理电路再检测出调制信号，就得到了被测信号。强度调制的特点是简单、可靠、经济。强度调制方式很多、大致可分为以下几种：反射式强度调制、透射式强度调制、光模式强度调制以及折射率和吸收系数强度调制等等。一般透射式、反射式和折射率强度调制称为外调制式，光模式称为内调制式。

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代入方程可得
得到因此
与射线光学理论得到相同结果
p值变为负数，则场在衬底向外不衰减---衬底辐射模截止条件： p≤0值
与射线光学理论得到相同结果
p值变为负数，则场在衬底向外不衰减---衬底辐射模截止条件： p≤0值
与射线光学理论得到相同结果
，模式的正交可写为归一化的TE、TM模式的正交
平方律光纤的光线轨迹和延迟差
光线
轨迹
为什么延迟差小于阶跃光纤？
K为实数 K为虚数
当v=0时，横模。 1. Ez, Er ,H ≠0，Hz=Hr=0，E =0， TM0。 2. Hz, Hr, E≠0, Ez=Er=0， H =0，TE0 。
当v≠0时，电磁场六个分量都存在，—混合模(波)。
2.4.1 耦合模理论介电常数的变化可看作理想波导的微扰假设理想波导的简正模已知任意光场可表示为存在微扰时，光场仍可以展开
将上式代入波动方程
——耦合模理论的基本方程
耦合条件
只能实现相同的偏振模式间的耦合对Ak有贡献的项是：在z>>距离内没有明显变化，使对z积分平均值不为零。要求条件
子午光线 Meridional Rays
斜光线 Skewed Rays
波矢分量
Kr=0
焦散面以内衰减，以外振荡
光在横截面内传播
稳定传播—位相自洽 A沿着圆弧到达B， A经O反射到达B, 位相差=2m
（子午光线）（单位长度）
数值孔径 NA= (sinc)max NA n12 n22 n1 2
光纤技术及应用
教材：光纤技术及应用石顺祥华中科技大学出版社 2009
第1章光传输的基本理论
1.1 麦克斯韦方程组和波动方程
1.1.1 麦克斯韦方程组和边界条件
1 麦克斯韦方程
E B t
H D J t
D
B 0
物构方程
D εE B μH
各项同性介质
D r E B r H
(BC=s1, AED=s2 )
因此要求
图中有几何关系 s2-s1=2acosi 上式改写为根据关系得到位相关系
横向衰减系数
本征方程的讨论
对给定的波导和工作波长，不同的m值对应不同的横向传播
常数k1x ，进一步可确定、p、q，完全确定波的传播特性
• m值取整数，对应入射角只能取离散值 • • m一定，
如果有
逆向耦合的例子
Δ：结构参数～ 0.3%~0.6% 单模光纤；
1%~2% 多模光纤。
Material: SiO2, n1 ~ {1.44, 1.46}
Multimode step-index fiber
Single-mode step-index fiber
Multi-mode graded-index fiber
E(r,t) E(r)eit
电、磁场满足以下关系
H (r,t) H (r)eit
E iH H i E
• 平面波
E E (r )ei(krt)
K为常矢量
k 2
0 nk0
对应的波动方程-亥娒霍玆方程
2E(r) k2E(r) 0
各分量足以下标量方程
2(x, y, z) k 2(x, y, z) 0
1. Ez<Hz，记为HEv; 2. Hz<Ez，记为EHv 。下标v和都是整数。
包层中：
——截止
第一个根为0
——基模
TIR-PCF
PBG-PCF
例：0.2dB/km，一公里传输下降为0.955
1.1.1 波动方程
•由麦克斯韦方程，推导出
•再根据矢量公式，
推导出
前面是矢量方程，每个分量都满足如下的标量方程
能流密度
S EH说明：非均Fra bibliotek介质中，只要满足下式，则可用上面的波动方程
1
1.2 平面光波及在介质面上的反射、折射
1.2.1 均匀平面光波
1 亥娒霍玆方程以一定频率作正弦振荡的波称为时谐电磁波(单色波)
2 均匀平面光波
E
E ei(kr t ) 0
H
H ei(kr t ) 0
振幅为常量，与空间位置无关
• E和H的关系 •由麦克斯韦方程有
E iH
H i E
•又由矢量公式 ( A) A+ A
r
得到
E
r
(E0ei(kr
t
)
)
ik
E
对比前面，得
k r
E0
0 H0
同理
k H0 E0
2.1.1 均匀平面波在平面波导中的传输 1. 平板波导中的导模和辐射模
临界角
边界连续性要求，处处相等
因为
，因此
，上下包层光场向外衰减
（2.1）下界面是部分反射，有如下关系
在包层向外衰减，在衬底中向外辐射（2.1）
上、下界面都是部分反射，有如下关系
在包层和衬底中都向外辐射
从波阵面ABCD，要求所有光线之间的位相延迟差都是2的整数倍干涉相长
E H K三者正交，构成右手关系
波阻抗
EE
HH
1.2.1 平面光波在介质界面上的反射折射 1. 反射与折射定律
入射，反射、折射分别为
边界条件
相位：振幅：
根据振幅关系，得出
即反射折射定律在各向同性介质中
1.2.1 平面光波在介质界面上的反射折射 1. 平面光波的全反射
光密介质到光疏介质，超过临界角后发生全反射
r n2 r 1
2 边界条件
n (E2 E1) 0,
n (H2 H1) f , n (D2 D1) f ,
n (B2 B1) 0,
n (M2 M1) M , n (P2 P1) p
E1t E2t H1t H2t D1n D2n B1n B2n
它们实质上是边界上的场方程，是Maxwell方程组在介质交界面上的具体化。
3. 光线方程
程函方程是光程与位矢的关系，现在要找光纤轨迹坐标与位矢的关系
• p点切向单位矢量
注意：光程S大写，轨迹坐标s小写
• 也是波矢方向，即波阵面或光程的梯度
由以上两式得
p0:曲线坐标原点
对程函方程求导
将
代入上式，得
利用关系：得
即光线方程
第二章平板介质波导
2.1 理想平板波导的射线光学理论
沿x方向衰减----倏逝波
介质内的光场则为
且或
1.3 程函方程与光线方程
1. 局部平面波细光束在局部范围内可看作平面波
2. 程函方程
•将前式带入麦克斯韦方程，得
E B t
是光程
化简得到：
对比前面平面波关系
r
k r
E0
0 H0
k H0 E0
得到
也就有
程函方程
注：有更严格的求解程函方程的方法，但上述方面也可以直观得到正确的结果

光纤技术及应用-石顺祥-复习资料PPT课件

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