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渐变型光纤导光原理课件.

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光纤PPT课件

光纤PPT课件
光纤的典型结构是多 层同轴圆柱体由图31-1 所 示 ， 自 内 向 外 为纤芯、包层及涂覆 层。纤芯和包层合起 来构成裸光纤，光纤 的光学及传输特性主 要由它决定。涂覆层
2
光纤按折射率分布来分类，一般可 分为阶跃型光纤和渐变型光纤。
(1) 阶跃型光纤
如果纤芯折射率(指数)n1半径方向保 持一定，包层折射率n2沿半径方向 也保持一定，而且纤芯和包层的折 射率在边界处呈阶梯型变化的光纤， 称为阶跃型光纤，又可称为均匀光 纤，它的结构如图3-1-2(a)所示。
2
渐变折射率光纤可以降低模间色散，如 图3-2-2所示
选择合适的折射率分布就有可能使所有 光线同时到达光纤输出端。
相对折射指数差Δ和数值孔径NA是描 述光纤性能的两个重要参数。
1相对折射指数Δ
光纤纤芯的折射率和包层的折射率的 相差程度可以用相对折射指数差Δ来 表示
相对折射指数Δ很小的光纤称为弱导
(2) 渐变型光纤
如果纤芯折射率n1随着半径加大而逐渐减小，而包 层中折射率n2是均匀的，这种光纤称为渐变型光纤， 又称为非均匀光纤，它的结构如图3-1-2(b)所示。
1
光线入射在纤芯与包层界面上会发 生全反射，当全反射的光线再次入 射到纤芯与包层的分界面时，它被 再次全反射回纤芯中，这样所有满 足θ1＞θc的光线都会被限制在纤芯中 而向前传输，这就是光纤传光的基 本原理。
第三章 光纤
3.1光纤概述 3.2光纤的导光原理 3.3相对折射指数差Δ和数值孔径NA 3.4阶跃型光纤的波动光学理论 3.5阶跃型光纤的标量模 3.6可导与截止 3.7渐变型光纤的理论分析 3.8光纤的损耗特性 3.9光纤的色散特性 3.10单模光纤 3.11光纤的传输带宽
1光纤结构

光纤的导光原理课件.

光纤的导光原理课件.

斯涅耳定律给出了定义这些光线方向的规则 1 = 3 n1sin 1 = n2sin 2
7
光传输技术 全反射
1.全内反射理论
图
光的折射与全反射
8
光传输技术
1.全内反射理论
若要使光线在光纤中实现长距离传输，必须使角大于临界角。由前面分
析已知光纤的临界角为
多模光纤中传输多个模式。
18
光传输技术 模场直径
2.波动理论
单模光纤中基模场强在光纤的横截面内有一特定的分布，该分布与 光纤的结构有关。光功率被约束在光纤横截面的一定范围内。也就是 说，单模光纤传输的光能不是完全集中在纤芯内，而是有相当部分在包 层中传播。所以不用纤芯直径来作为衡量单模光纤中功率分布的参数，
1
2
nc 渐变光纤的导光原理：依据折射原理,光线最迟 在芯包界面发生全反射，将子午射线限制在纤芯中
向前传播的。
n1sin 1=n2sin n4 n3 n1>n2 > 1 n2 =2 > 1 n1 21 n2 同理： n3 1 ＜ 2＜ 3＜ ＜ n n4
光传输技术
1
光传输技术
全内反射理论 波动理论
2
光传输技术
掌握反内反射原理 掌握光纤的数值孔径和截至波长的概念 了解单模传输条件
3
光传输技术
1.全内反射理论 2.波动理论
4
光传输技术
1.全内反射理论
光的性质
波动性
射线理论 （全内反射）
粒子性 波动理论
5
光传输技术 折射和折射率
1.全内反射理论
n1sin Фc =n2sin90° sin Фc＝ n2/n1
sin θa =n1(1－sin2 Фc )1/2=n1[1－(n2/n1)]1/2 =n1(2)1/2

《光波导理论教学课件》3.4渐变光纤-文档资料

《光波导理论教学课件》3.4渐变光纤-文档资料

2.
2 r d r l n ( r ) n ( r ) s i n ( r ) c o s( r )( 3 . 4 5 ) z a d sa

d z nr () nr ( )c o s z d s




由3.4-4和3.4-5得：
a l cos ( r ) 1 / 2 2 2 rn ( r )
(3.4 2)
定义角、z、是r的函数，它们之间的关系：
cos (r) sin z(r)sin r) ( dr cos (r) ds
dz cos z (r) dr d 1 sin z (r) cos (r) ds r
（1）
d dz n(r ) 0 ds ds


( 3 . 4 6 )
3.4.2 光线路径及光线分类 光线路径：
dz cos z (r ) ds d 1 sin z (r ) cos (r ) r 光学不变量： ds
由3.4－2c得： 3.4-3
dz n ( r ) n ( r ) cos ( r ) z ds
条件：光源对光纤均匀激发（不同角度辐射的射线包含的功率相同） 设纤芯处和离轴线为 r的功率密度各为p(0)、 p(r), 有
2 2 2 P ( r ) NA ( r ) n ( r ) n ( a ) 2 2 2 P ( 0 ) NA ( 0 ) n ( 0 ) n ( a )
光纤折射率分布近场测试法的原理
2 2 dr l a 2 2 2 n (r ) 2 r dz 引入函数 2 2 l a 2 2 g (r ) n (r ) 2 r
2

渐变折射率光纤

渐变折射率光纤

ds ds ds
ds
将上式积分，可以定义光线在传播过程中的第二个不变量l, 即
l
r2 a
nr
d ds
r a
n r sinz
r cos
r
4 5
将(4-4)(4-5)和阶跃光纤中的情况做比较，可以发现后者只是前者在
n(r)=n1, r=a的特例。利用这两个定义式，消去光线与z轴夹角的因子，
可以得到偏斜角与折射率分布的关系
沿z轴方向具有不变性。我们可以定义光线传播过程中的不变量
nr
dz ds
nr cosz
r
4 4
上式其实也可以从光线路径方程(4-2)的第3式积分得到，我们来
得到不变量，将(4-2)的第2式两边同乘以 r 2 ，可以得到
r2 d nr d r2nr d dr d r2nr d 0
ds ds
现g(r) =0在r a范围内有两个根ric 和 rtp，同时在r a区域，也就是
包层内还有一个根，记 r rrad ，当r rrad 时也有gr 0 ，即此时也
有光线路径存在，称为漏泄光线。r rrad的面称为辐射焦散面，从 g(r)=0可以求得其值为
点上必有偏斜角 r 0 ，由此可从(4-6)得到内、外焦散面的半
径 rtp、ric 满足下列关系
n2
r
2
a2 r2
l2
0
4 7
ric
偏斜光线的传播路径及在横截面上的投影
分析上式，可以看到，只要光纤折射率分布n2 r 确定以后，光线
的初始条件 2 和 l 2 可以确定 rtp、ric。
可以将上式转化为关于r的二次方程，为
光线可以从纤芯折射入包层，这就是折射光线，图c的情形。

第4章 光纤光学课件渐变折射率分布光纤

第4章 光纤光学课件渐变折射率分布光纤

r0n(r0 )sinθZ(r0 )cosθφ(r0 )
角向运动特点
光线的角动量：
恒为常数
r
2
r2
df
dt
I n
Hale Waihona Puke dz dtI nVp
Ic
n2
– 这表明,光线角向运动速度将取决于光线轨迹 到纤轴距离r:在最大的r处光线转动最慢;在最 小的r处光线转动最快。
子午光线：θφ＝π/2， I 0
dφ/dz＝0 光线保持在同一平面
(dz/dS)|r0
＝rcosθrzr(ˆr0) zzˆ
x
P
r r
zdz
r P0 r0
ds
r0 p
r0df dl dr
f
y
ef
Q er
轴向运动
分析轴向分量方程:
d n dz 0 dS dS
有： n(dz/dS)=const., 令其为 n , 则有
n ＝n(r)dz/dS＝n(r)cosθz(r)=n(r0)cosθz(r0) n ---- 第一射线不变量
0
rl1
rl 2 a rl 3
r
隧道光线
条件:
n2> n(r0) cosθz(r0)>√n22－(r02/a2)n2(r0)sin2θz(r0)cos2θφ(r0)
光线存在区域: rl1 < r < rl2
r > rl3 内散焦面半径：rl1 外散焦面半径：rl2 辐射散焦面半径: rl3
n2(a)- I2 /a2
在r>rr1的所有区域均有光线存在，因此光线的约束作 用完全消失，光线毫无阻挡地进入包层中传播。
角向运动
分析φ分量方程:

阶跃光纤和渐变光纤导光原理课件

阶跃光纤和渐变光纤导光原理课件

应用场景的比较
阶跃光纤
由于其较低的传输损耗和稳定的 导光性能，适合用于短距离、高 带宽的通信网络。例如，建筑物 内的光纤网络、局域网等。
渐变光纤
由于其优异的传输性能，常用于 长距离、大容量的通信系统，如 跨洋光缆、国家骨干网等。
05
阶跃光纤和渐变光纤 的发展趋势
新材料的应用
材料选择
随着科技的进步，新型的光纤材料不断涌现，如石英、塑料等，这些材料具有更 高的光学性能和机械强度，能够提高光纤的传输效率和稳定性。
。
03
渐变光纤导光原理
渐变光纤的结构特点
01
02
03
渐变折射率
渐变光纤的折射率从中心 到外部逐渐减小，形成连 续变化的折射率分布。
多模传输
由于折射率的变化，光线 在光纤中传播时发生折射 ，形成多模传输。
材料选择
常用石英材料制造渐变光 纤，因其具有优良的物理 和光学性质。
渐变光纤的折射率分布
抛物线型折射率分布
材料优化
通过改进材料的纯度、掺杂技术等手段，进一步优化光纤材料的性能，提高其导 光能力和抗干扰能力。
新工艺的研发
拉丝工艺
改进拉丝工艺，提高光纤的几何精度 和表面质量，降低光纤的散射损耗和 反射损耗。
涂覆工艺
研发新型的涂覆材料和涂覆技术，增 强光纤的机械强度和环境适应性，延 长光纤的使用寿命。
新结构的设计
1980年代
1990年代至今
光纤通信进入大规模商用阶段，光纤通信 系统逐渐成为长距离、大容量通信的主流 技术。
光纤通信技术不断创新和发展，传输速率 和传输距离不断提升，全光网络成为未来 通信技术的发展方向。
光纤的种类和特点
阶跃光纤

《光波导理论教学课件》3.4渐变光纤

特性
具有低损耗、宽频带、低色散等 特性，广泛应用于通信、传感等 领域。
渐变光纤的类型
01
02
03
折射率渐变光纤
折射率沿径向线性或非线 性变化，具有良好的传输 性能。
梯度折射率光纤
折射率呈抛物线形分布， 具有低损耗、宽频带等优 点。
多模渐变光纤
适用于多模信号传输，具 有较大的传输容量。
渐变光纤的应用场景
性能优化策略与实践
优化策略
采用材料改性、结构设计、制造工艺等方法，对渐变光纤的性能进行优化。
实践经验
通过对不同类型和规格的渐变光纤进行实验和研究，积累实践经验，不断改进和优化光纤的性能。同 时，加强与国内外相关企业和研究机构的合作与交流，共同推动渐变光纤技术的发展和应用。
05 案例分析与实践应用
CHAPTER
光的折射与反射
光的折射
当光从一个介质进入另一个介质时， 由于速度的改变，光会朝介质折射的 方向偏转，发生折射现象。
光的反射
当光遇到不同介质的交界时，会按照" 入射角等于反射角"的法则反射回去， 发生反射现象。
渐变折射率的光波导原理
渐变折射率光纤
在光纤中折射率逐渐变化的介质，使光在光纤中传播时发生折射，引导光在光 纤中传播。
通信系统
利用渐变光纤的低损耗、 宽频带特性，实现高速、
大容量的信息传输。
传感技术
通过检测渐变光纤中光 的传输特性变化，实现 温度、压力、位移等物
理量的测量。
医学诊断与治疗
将渐变光纤用于激光照 射、光动力治疗等领域，
提高医疗效果。
军事领域
利用渐变光纤实现激光 武器、光学侦查等高技
术应用。
02 渐变光纤的光学原理

《光波导理论教学课件》3.4渐变光纤


渐变光纤的制备方法及其挑战
1Байду номын сангаас
制备方法
制备渐变光纤的方法包括气相法、液相法和柱拉法等。这些方法都需要高纯度的 玻璃材料和精密的加工设备。
2
挑战
渐变光纤制备需要高度的技术复杂度和成本，包括纤芯和外包层的质量和形状的 保持、纤芯和外包层的拼接等难点问题。
3
发展趋势
随着技术的发展，未来渐变光纤的制备工艺会更加成熟，应用领域也会不断拓展。
《光波导理论教学课件》 3.4渐变光纤
渐变光纤是一种结构独特、性能卓越的光纤。它的应用广泛，包括通信、医 疗和制造业。了解渐变光纤的原理和应用领域，可以帮助我们更好地进行光 纤的研究和开发。
渐变光纤概述
什么是渐变光纤？
渐变光纤是由两种或多种折射 率不同的玻璃材料组成的。它 的折射率按径向或轴向连续变 化，从而形成渐变的折射率分 布。
将来发展趋势和展望
新材料
将会有新的材料用于渐变光 纤的研究和制备，例如纳米 材料和生物材料。
新应用
随着技术的发展和应用领域 的不断拓展，渐变光纤的应 用领域将会更广泛。
新功能
新功能的渐变光纤将会被开 发出来。例如，可以通过改 变折射率分布实现拓扑保护。
渐变光纤的结构
渐变光纤的折射率分布
渐变光纤的核心是由不同折射 率的逐渐改变，从纯硅材料的 高纯度硅生长，外层包层牵张， 最终制成。
渐变光纤的折射率分布可以是 径向的，也可以是轴向的。径 向渐变的光纤折射率随着距离 从纤芯中心的增加而减小，而 轴向渐变的光纤则沿光纤长度 的方向变化。
渐变光纤的性能和特点
这种光纤能够更好地保持光的 传输方向，可以用于光通信和 激光器。
渐变光纤的应用领域

通信工程设计与监理《渐变型光纤导光原理课件》


1渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反射和 折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
直到包层变为n2 光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播 特点是信号畸变小
第三页，共九页。
1渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反射和 折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
通信技术专业教学资源库 石家庄邮电职业技术学院
谢谢
主讲：杨斐
第八页，共九页。
内容总结
目 录。渐变型多模光纤如图 在纤芯中心折射率最大为n1 沿径向r向外围逐渐变小。直到包层变为n2 光线以正弦形状沿纤芯 中心轴线方向传播 特点是信号畸变小。渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化 渐变型光纤导光原理是利用光的反射和折射。可使 高次模的光按正弦形式传播 这能减少模间色散 提高光纤带宽 增加传输距离。主讲：杨斐
第九页，共九页。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化 渐变型光纤导光原理是利用光的反射和折射
第四页，共九页。
1渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反射和 折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
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目录
01 渐变型光纤导光原理
该知识点将介绍渐变型光纤导光原理
第一页，共九页。
1渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反射和 折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。

知识点渐变型光纤导光原理课件.


1.3.3单模光纤的传输条件
• 光传输频率低于某一频率Vc时，光纤中只有一种模式的光 （基模）被传输，其余的高次模全部被截止，称该频率Vc为
截止频率。
• 除了光纤的参量如纤芯半径、数值孔径必须满足一定条件外， 要实现单模传输还必须使光纤的归一化频率V小于截止频率，
即V≤Vc。
V
2a n1 n2
V
2a n1 n2
2
2

2an1 2
•V值的大小能决定光纤中传播模式的数量。只传输基模光信号的
光纤为单模光纤。传输多种模式光信号的光纤为多模光纤。 •阶跃光纤导波模式的数量为N=V2/2，渐变光纤导波模式的数量 为N=V2/4 。
1.3.3单模光纤的传输条件
•单模光纤为什么只传输一种模式， 有什么好处？ •单模光纤是如何避免多种模式的光 在光纤中传输的？ 探 讨
1.3.2 光信号的传输模式
• 光纤中光信号的传输模式有基模和高次模。为了表征光纤中 传输模式的数量，引入归一化频率V，用它来表征光纤中传输 导波模式的数量（简称导模数），其表达式为：
其中：λ为光波的波长（μm）；n1为纤芯区域中最大折射率， 对阶跃光纤而言它为常数，对渐变光纤而言它为轴心处的折射 率；n2为包层区域中最大折射率；a为纤芯的半径(μm)；Δ为 光纤的相对折射率差
第1章 光通信基础
第一教学情境内容和要求
光纤通信系统认识
掌握光的反 射、折射 和全反射
了解SDH、 WDM传输 设备
认识光学
认识光纤
认知光纤通 信系统
认知光纤设备
掌握光纤的结 构、型号、 特性和标准 第一章 光通信基础
掌握光纤通信系 统组成，理解 SDH原理及保护 第二章 光纤通信系统
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使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
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渐变型多模光纤如图 在纤芯中心折射率最大为n1 沿径向r向外围逐渐变小
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
直到包层变为n2
光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播
特点是信号畸变小
1.渐变型光纤导光原理
通信技术专业教学资源库 石家庄邮电职业技术学院
谢谢
主讲：杨斐
渐变型光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
可使高次模的光按正弦形式传播 这能减少模间色散 提高光纤带宽 增加传输距离
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
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渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化 渐变型光纤导光原理是利用光的反射和折射
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
通信技术专业教学资源库 石家庄邮电职业技术学院
《线务工程》课程
渐变型光纤导光原理 知识点
主讲： 杨斐
大家好 今天我们将一起学习渐变型光纤导光原理
目 录
01 渐变型光纤导光原理
该知识点将介绍渐变型光纤导光原理
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。