第四講 光導(dǎo)纖維的傳輸原理-1

光導(dǎo)纖維的傳輸原理光的基本知識(shí)光是一種電磁波可見光350nm—750nm光纖通信所用的波長

800——1600nm光的反射、折射全反射31.2基本理論1.2.2光在均勻介質(zhì)中的傳播特性1.2.2.1三個(gè)基本定律

（1）光線在均勻介質(zhì)中按直線傳播，稱直線傳播定律。其傳播速度為：

v=c/n

式中：c＝2.997×108m/s，是光在真空中的傳播速度；n是介質(zhì)的折射率。

41.2基本理論

常見物質(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51.2基本理論

（2）來自不同方向的光線在介質(zhì)中相遇后，各保持原來的傳播方向繼續(xù)傳播，這就是光的獨(dú)立傳播定律。

（3）光在兩種各向同性、均勻介質(zhì)分界面上要發(fā)生反射和折射。即一部分光能量反射回原介質(zhì)，另一部分光能量折射入另一介質(zhì)。平面波在均勻介質(zhì)上的反射與折射所謂平面波是指在與傳播方向垂直的無限大平面上，電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁場(chǎng)強(qiáng)度H的幅度和相位都相等的波型。即這種波的等幅、等相面是無限大的平面。1.補(bǔ)充知識(shí)1.1簡諧振動(dòng)1.1、簡諧振動(dòng)

定義：簡諧運(yùn)動(dòng)是最簡單的周期運(yùn)動(dòng)，它是時(shí)間的單一正弦或余弦函數(shù)。其中:A為振幅、ω為圓（角）頻率、Φ為初相位單位分別是弧度（rad/s）、赫茲（Hz）秒（s），簡諧振動(dòng)三要素頻率和周期：1.簡諧振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)矢量表示方法

用大小不變而繞固定始點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)向量表示簡諧振動(dòng)能形象地說明簡諧振動(dòng)的物理概念。

OM是一個(gè)長度為A，以Φ角開始以等ω逆時(shí)針原點(diǎn)O旋轉(zhuǎn)的矢量，任一時(shí)在縱軸上的投影ON即為x=Asin(wt+Φ)2.簡諧振動(dòng)的復(fù)數(shù)表示方法

平面波在均勻介質(zhì)上的反射與折射OzyxK平面波的表示式與坐標(biāo)的選取有關(guān)為了方面取如圖所示：取觀察點(diǎn)P，由原點(diǎn)至P點(diǎn)的直徑為R，則平面波的電磁場(chǎng)表示為：E0和H0是常復(fù)矢量，表示電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度PR平面波在兩介質(zhì)界面上的全反射與介質(zhì)薄膜波導(dǎo)在進(jìn)入光纖的討論之前，先用射線法分析薄膜波導(dǎo)，不僅因?yàn)榻橘|(zhì)薄膜波導(dǎo)是建立介質(zhì)波導(dǎo)的基礎(chǔ)，也是構(gòu)成集成波導(dǎo)的基礎(chǔ)。介質(zhì)薄膜波導(dǎo)如圖所示，表示均勻薄膜波導(dǎo)的縱向剖面，由三層均勻介質(zhì)構(gòu)成，中間一層折射率為n1,厚度為1-10um,光波就在其中傳輸。另兩層為n2和n3，為使光波集中，n2和n3必需小于n1，如果n2=n3則為對(duì)稱波導(dǎo)，一般假設(shè)n1>n2>n3n1n3n2薄膜波導(dǎo)的橫向（y向）寬度一般為1~2cm，與光波相比，很長，如當(dāng)波長為1um時(shí)，有上千個(gè)波長，被認(rèn)為是無限寬。平面波在均勻介質(zhì)上的反射與折射有折射率指數(shù)為n1,n2的無限大介質(zhì)，X=0為其交界面，反射和折射的基本規(guī)律是由斯涅耳定律和菲涅耳公式表示斯涅耳定律

___說明三者之間方向的關(guān)系n2n1n1>n2θ1θ2入射折射反射反射定律折射定律平面波在均勻介質(zhì)上的反射與折射當(dāng)n1>n2，當(dāng)θ2=90時(shí)，射線不再進(jìn)入第二種媒質(zhì)此時(shí)的入射角滿足：n2n1n1>n2θ1θ2入射折射反射當(dāng)θ1再增大時(shí)，能量全部返回第一媒質(zhì)，這種現(xiàn)象叫全反射，此時(shí)入射角叫全反射角：n2n1n1>n2θ1θ2入射折射反射水平偏振波：電場(chǎng)矢量與入射面相垂直的平面波垂直偏振波：電場(chǎng)矢量在入射面上的平面波EHn2n1n1>n2θ1θ2入射折射反射EH水平偏振波垂直偏振波入射面：界面法線與入射光線組成的平面菲涅耳公式___說明三者之間振幅的關(guān)系水平偏振波垂直偏振波n2n1n1>n2θ1θ2入射折射反射設(shè)入射波、反射波、折射波的電場(chǎng)強(qiáng)度為：引入反射系數(shù)R與透射系數(shù)T表示他們之間的關(guān)系平面波在均勻介質(zhì)上的反射與折射n2n1n1>n2θ1θ2入射折射反射其中R、T都是復(fù)數(shù)，包括相位和大