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1、光纤传输理论及基本特性第一页，讲稿共二十九页哦精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工程学院2.1 光纤结构与分类光纤结构与分类1 2.1.1 光纤的结构光纤的结构2 2.1.2 光纤的折射光纤的折射率分布率分布3 2.1.3 光纤的分类光纤的分类第二页，讲稿共二十九页哦精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工程学院1.光纤的结构光纤的结构 光纤的全称是光导纤维光纤的全称是光导纤维(Optical Fiber)，是一种多层同心对称圆，是一种多层同心对称圆柱结构，从里到外依次是柱结构，从里到外依次是纤芯纤芯、包层包层（可以是多层）和（可以是多层）和涂覆层涂覆层。所。所传光的波长在可见光和红外
2、光区域。传光的波长在可见光和红外光区域。2.1.1 光纤的结构光纤的结构第三页，讲稿共二十九页哦精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工程学院1.相对折射率差相对折射率差 折射率折射率(n1,n2)由制作光纤的材料决定，在光纤分析中通常定义由制作光纤的材料决定，在光纤分析中通常定义相对折射相对折射率差率差 通常通常:单模光纤的相对折射率差单模光纤的相对折射率差满足满足0.003 0.01，多模光纤的相对折射率差多模光纤的相对折射率差满足满足0.01 1时时采用射线理论采用射线理论(近似分析法近似分析法)2a与与 的大小可比拟时的大小可比拟时必须采用波动理论进行分析。必须采用波动理论进行分析。
3、第二十页，讲稿共二十九页哦2.3.1 均匀折射率光纤的射线理论分析均匀折射率光纤的射线理论分析1.子午光线和斜光线子午光线和斜光线 可以把光纤中的光线分成两类。可以把光纤中的光线分成两类。子午光线：子午光线：始终处在一个平面里，始终处在一个平面里，经过波导的中心轴线经过波导的中心轴线，在光纤纤，在光纤纤芯与包层界面上作全反射，呈锯齿形，是平面折线。芯与包层界面上作全反射，呈锯齿形，是平面折线。第二十一页，讲稿共二十九页哦1.子午光线和斜光线子午光线和斜光线l斜光线斜光线(偏射线偏射线):不在同一平面里，不在同一平面里，不经过光纤的中心轴线不经过光纤的中心轴线，但仍在光纤芯与包层的界面上作全反射
4、，这种光线的范围是在边界但仍在光纤芯与包层的界面上作全反射，这种光线的范围是在边界面和面和焦散面焦散面之间，是空间折线。之间，是空间折线。l斜光线的极限是焦散面与芯包层界面重合，这时斜光线变成斜光线的极限是焦散面与芯包层界面重合，这时斜光线变成螺旋线螺旋线。2.3.1 均匀折射率光纤的射线理论分析均匀折射率光纤的射线理论分析第二十二页，讲稿共二十九页哦2.阶跃光纤中的子午光线分析阶跃光纤中的子午光线分析2.3.1 均匀折射率光纤的射线理论分析均匀折射率光纤的射线理论分析第二十三页，讲稿共二十九页哦a.数值孔径数值孔径n数值孔径数值孔径N.A.(Numerical Aperture)，是光纤的重
5、要参数，用来计量光纤，是光纤的重要参数，用来计量光纤接受光的特性。仅由接受光的特性。仅由光纤的光纤的折射率折射率决定，而与光纤的几何尺寸无关。决定，而与光纤的几何尺寸无关。数值孔径越大，则入射光线越容易进入光纤，形成导波。数值孔径越大，则入射光线越容易进入光纤，形成导波。2.3.1 均匀折射率光纤的射线理论分析均匀折射率光纤的射线理论分析第二十四页，讲稿共二十九页哦b.子午光线的几何程长子午光线的几何程长 几何程长：某光线在光纤中所传播路程的长度。几何程长：某光线在光纤中所传播路程的长度。总几何程长总几何程长()取决于光线的入射角、纤芯折射率和光纤长度，而与取决于光线的入射角、纤芯折射率和光纤
6、长度，而与光纤直径无关。光纤直径无关。2.3.1 均匀折射率光纤的射线理论分析均匀折射率光纤的射线理论分析第二十五页，讲稿共二十九页哦c.子午光线的反射次数子午光线的反射次数 (,d)是入射角是入射角 和光纤直径的函数。和光纤直径的函数。2.3.1 均匀折射率光纤的射线理论分析均匀折射率光纤的射线理论分析第二十六页，讲稿共二十九页哦d.弯曲光纤的光线传输分析弯曲光纤的光线传输分析 2.3.1 均匀折射率光纤的射线理论分析均匀折射率光纤的射线理论分析第二十七页，讲稿共二十九页哦e.光纤入射端面倾斜时光线传输分析光纤入射端面倾斜时光线传输分析2.3.1 均匀折射率光纤的射线理论分析均匀折射率光纤的射线理论分析第二十八页，讲稿共二十九页哦f.光纤出射端面倾斜时光线传输分析光纤出射端面倾斜时光线传输分析2.3.1 均匀折射率光纤的射线理论分析均匀折射率光纤的射线理论分析第二十九页，讲稿共二十九页哦