橢圓偏振光圓偏振光課件.ppt

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1、第二章光纖和光纜光纖作為光纖通信系統(tǒng)的物理傳輸媒介，有著巨大的優(yōu)越性。本章首先介紹光纖的結(jié)構(gòu)與類型，然后用射線光學(xué)理論和波動(dòng)光學(xué)理論重點(diǎn)分析光在階躍型光纖中的傳輸情況，最后簡(jiǎn)要介紹光纜的構(gòu)造、典型結(jié)構(gòu)與光纜的型號(hào)。光纖具有何種結(jié)構(gòu)？光在光纖中如何傳播？光纖是由何種材料制作的？光纖是如何制造的？多根光纖是如何組裝成光纜？與光纖有關(guān)的問(wèn)題2.1基本光學(xué)定義和定律2.2光纖的結(jié)構(gòu)與類型2.3光纖的光學(xué)特性2.4光纖光纜制造技術(shù)2.5導(dǎo)波原理2.1基本光學(xué)定義和定律光在均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，其傳播速度為：v=c/n式中：c＝2.997×105

2、km/s，是光在真空中的傳播速度；n是介質(zhì)的折射率。常見(jiàn)物質(zhì)的折射率：空氣1.00027；水1.33；玻璃(SiO2)1.47；鉆石2.42；硅3.5折射率大的媒介稱為光密媒介，反之稱為光疏媒介光在不同的介質(zhì)中傳輸速度不同光的反射定律：當(dāng)一束光線按某一角度射向一塊平面鏡時(shí)，它會(huì)從鏡面按另一角度反跳出去。光的這種反跳現(xiàn)象叫做光的反射，射向鏡面的光叫入射光，從鏡面反跳出去的光叫反射光反射光線位于入射光線和法線所決定的平面內(nèi)，反射光線和入射光線處于法線的兩側(cè)，且反射角等于入射角：qin=qr折射光線位于入射光線和法線所決定的平面內(nèi)，折射光線和入

3、射光線位于法線的兩側(cè)，且滿足：n1sin?1=n2sin?2光的折射定律(Snell定律)空氣玻璃光從光密媒質(zhì)折射到光疏媒質(zhì)折射角大于入射角n1sin?1=n2sin?2?1?2入射光線折射光線法線n1n2n1n2全反射現(xiàn)象：在某種條件下，光線被關(guān)在一種介質(zhì)中，不射到另一種介質(zhì)中的現(xiàn)象。θ0法線n1n2n1>n212341342臨界角θ0：折射角為90°時(shí)的入射角sinθo=n2/n1全反射條件：（1）n1>n2（2）θ入>θo2.2光纖的結(jié)構(gòu)與類型2.2.1光纖的結(jié)構(gòu)光纖(OpticalF

4、iber，OF)就是用來(lái)導(dǎo)光的透明介質(zhì)纖維，一根實(shí)用化的光纖是由多層透明介質(zhì)構(gòu)成的，一般可以分為三部分：折射率較高的纖芯、折射率較低的包層和外面的涂覆層。光纖結(jié)構(gòu)示意圖纖芯：纖芯位于光纖的中心部位。直徑d1=4μm～50μm，單模光纖的纖芯為4μm～10μm，多模光纖的纖芯為50μm。纖芯的成分是高純度SiO2，摻有極少量的摻雜劑（如GeO2，P2O5），作用是提高纖芯對(duì)光的折射率（n1），以傳輸光信號(hào)。包層：包層位于纖芯的周圍。直徑d2=125μm，其成分也是含有極少量摻雜劑的高純度SiO2。而摻雜劑（如B2O3）的作用則是適當(dāng)降低包層

5、對(duì)光的折射率（n2），使之略低于纖芯的折射率，即n1＞n2，它使得光信號(hào)封閉在纖芯中傳輸。涂覆層：光纖的最外層為涂覆層，包括一次涂覆層，緩沖層和二次涂覆層。一次涂覆層一般使用丙烯酸酯、有機(jī)硅或硅橡膠材料；緩沖層一般為性能良好的填充油膏；二次涂覆層一般多用聚丙烯或尼龍等高聚物。涂覆的作用是保護(hù)光纖不受水汽侵蝕和機(jī)械擦傷，同時(shí)又增加了光纖的機(jī)械強(qiáng)度與可彎曲性，起著延長(zhǎng)光纖壽命的作用。涂覆后的光纖其外徑約1.5mm。通常所說(shuō)的光纖為此種光纖。2.2.2光纖的類型光纖的分類方法很多，既可以按照光纖截面折射率分布來(lái)分類，又可以按照光纖中傳輸模式數(shù)的

6、多少、光纖使用的材料或傳輸?shù)墓ぷ鞑ㄩL(zhǎng)來(lái)分類。1.按傳輸模式的數(shù)量分類按光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可以將光纖分為多模光纖(Multi-ModeFiber，MMF)和單模光纖(SingleModeFiber，SMF)。多模光纖和單模光纖是由光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)決定的，判斷一根光纖是不是單模傳輸，除了光纖自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)外，還與光纖中傳輸?shù)墓獠ㄩL(zhǎng)有關(guān)。高次?；５痛文Ｔ诠饫w的受光角內(nèi)，以某一角度射入光纖斷面，并能在光纖纖芯-包層交界面上產(chǎn)生全反射的傳播光線，就可以稱為一個(gè)光的傳播模式。多模光纖：顧名思義，多模光纖就是允許多個(gè)模式在其中傳輸?shù)墓饫w，或者說(shuō)

7、在多模光纖中允許存在多個(gè)分離的傳導(dǎo)模。優(yōu)點(diǎn)：芯徑大，容易注入光功率，可以使用LED作為光源缺點(diǎn)：存在模間色散，只能用于短距離傳輸模間色散：每個(gè)模式在光纖中傳播速度不同，導(dǎo)致光脈沖在不同模式下的能量到達(dá)目的的時(shí)間不同，造成脈沖展寬單模光纖：只能傳輸一種模式的光纖稱為單模光纖。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)文９饫w只能傳輸基模(最低階模)，它不存在模間時(shí)延差，因此它具有比多模光纖大得多的帶寬，這對(duì)于高碼速長(zhǎng)途傳輸是非常重要的。缺點(diǎn)：芯徑小，較多模光纖而言不容易進(jìn)行光耦合，需要使用半導(dǎo)體激光器激勵(lì)。單模光纖和多模光纖一根光纖是不是單模傳輸，與(1)光纖自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)和

8、(2)光纖中傳輸?shù)墓獠ㄩL(zhǎng)有關(guān)。當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是芯徑d）遠(yuǎn)大于光波波長(zhǎng)時(shí)（約1μm），光纖傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)存在著幾十種乃至幾百種傳輸模式，即多模傳輸。當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是芯徑d）較小，