光纖光學(xué)演示文稿目前一頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點第一章光纖光學(xué)的基本理論目前二頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點光纖光學(xué)所涉及的基本問題(1)模式的激勵(光的入射)(2)模式的分布(光線傳播軌跡)(3)傳輸損耗(損耗)(4)光信號的畸變(色散)(5)模式耦合目前三頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點光纖技術(shù)所涉及的基本問題(1)參數(shù)的測試技術(shù)(2)自聚焦,準直技術(shù)(3)光纖間連接技術(shù),光纖與光源間的耦合技術(shù)(4)光隔離濾波技術(shù)(5)光的放大技術(shù)目前四頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點思考問題光纖的結(jié)構(gòu)特點?為什么光可以在光纖內(nèi)傳播?光纖光學(xué)的分析手段?光怎樣在光纖內(nèi)傳播?目前五頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點1.1引言光波導(dǎo)：約束光波傳輸?shù)拿浇閷?dǎo)波光：受到約束的光波光波導(dǎo)三要素：“芯/包”結(jié)構(gòu)凸形折射率分布，n1>n2低傳輸損耗光纖光學(xué):是一門研究光波在光纖中傳播特性的科學(xué)光纖:是一種介質(zhì)園柱光波導(dǎo),它能夠約束并導(dǎo)引光波在其內(nèi)部或其表面附近沿其軸線方向向前傳播

目前六頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點光纖的分類(1)按用途分通信光纖傳感光纖傳光光纖傳像光纖目前七頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點光纖的分類(2)按折射率分布目前八頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點光纖的分類(3)按光纖傳輸模式分模式:光場在光纖橫截面上的分布,橫模單模光纖:針對給定的光波長,只允許一個模式傳輸目前九頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點按材料分：石英純度高,通信塑料成本低,損耗大紅外光纖極低理論損耗,用于跨洋通信等特種光纖：保偏(單偏振)光纖；有源光纖；晶體光纖零/非零色散位移光纖；負色散光纖；特殊涂層光纖；耐輻射光纖；發(fā)光光纖光纖的分類(4)按材料分目前十頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點光纖光學(xué)的研究方法1-2光纖光學(xué)的基本方程目前十一頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點分析方法比較目前十二頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點分析思路電磁分離波動方程waveequation縱橫分離波導(dǎo)場方程時空分離亥姆赫茲方程Helmholtzequation目前十三頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點麥克斯韋方程邊界條件：在兩種介質(zhì)交界面上電磁場矢量的E(x,y)和H(x,y)切向分量要連續(xù),D與B的法向分量連續(xù)：E1t＝E2t;H1t＝H2t;B1n＝B2n;D1n＝D2n

D＝εEB＝μH

e＝e0n2

目前十四頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點分離變量：電矢量與磁矢量分離

得到只與電場強度E(x,y,z,t)有關(guān)的方程式及只與磁場強度H(x,y,z,t)有關(guān)的方程式：波動方程目前十五頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點分離變量:時空坐標分離 令場分量為：得到關(guān)于E(x,y,z)和H(x,y,z)的方程式，即 亥姆霍茲方程：前提：光纖傳播單色光波，時間函數(shù)為簡諧函數(shù)目前十六頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點分離變量：空間坐標縱橫分離：前提條件：光纖中傳播的電磁波是“行波”，場分布沿軸向只有相位變化，沒有幅度變化；得到關(guān)于E(x,y)和H(x,y)的方程式：波導(dǎo)場方程c2＝w2em-b2＝n2k02-b2橫向傳播常數(shù)b=n(r)k0cosqz縱向傳播常數(shù)目前十七頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點波導(dǎo)場方程的數(shù)學(xué)物理意義

波導(dǎo)場方程：是波動光學(xué)方法的最基本方程。它是一個典型的本征方程,其本征值為c或β。當給定波導(dǎo)的邊界條件時,求解波導(dǎo)場方程可得本征解及相應(yīng)的本征值。通常將本征解定義為“模式”.目前十八頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點模式的基本特征 ----每一個模式對應(yīng)于沿光波導(dǎo)軸向傳播的一種電磁波; ----每一個模式對應(yīng)于某一本征值并滿足全部邊界條件; ----模式具有確定的相速群速和橫場分布. ----模式是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的固有電磁共振屬性的表征。給定的波導(dǎo)中能夠存在的模式及其性質(zhì)是已確定了的,外界激勵源只能激勵起光波導(dǎo)中允許存在的模式而不會改變模式的固有性質(zhì)。目前十九頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點模式的場分量模式場分布由六個場分量唯一決定： ExEyEzHxHyHz ErEfEzHrHfHz場的橫向分量可由縱向分量來表示： 縱橫關(guān)系式（1.2.25-1.2.28)—直角坐標系 （1.2.29-1.2.32)—直角坐標系Ez和Hz總是獨立滿足波導(dǎo)場方程。目前二十頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點模式命名根據(jù)場的縱向分量Ez和Hz的存在與否,可將模式命名為:(1)橫電磁模(TEM):Ez＝Hz＝0;(2)橫電模(TE): Ez＝0,Hz≠0;(3)橫磁模(TM): Ez≠0,Hz＝0;(4)混雜模(HE或EH):Ez≠0,Hz≠0。光纖中存在的模式多數(shù)為HE(EH)模,有時也出現(xiàn)TE(TM)模。目前二十一頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點程函方程與射線方程目前二十二頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點射線方程的推導(dǎo)目前二十三頁\總數(shù)二十五頁\編于十二點射線方程的物理意義物理意義：將光線軌跡(由r描述)和空間折射率分布(n)聯(lián)系起來;由光線方程可以直接求出光線軌跡表達式;dr/dS是光線切向斜率,對于均勻波導(dǎo)，n為常