光纖通信第一章ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-10 07:55 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 纖通信課程 第一章 45 多模階躍折射率光纖的射線光學(xué)理論分析 ? 全反射 ? 光纖的數(shù)值孔徑 ? 光纖的相對(duì)折射率差 ? 最大群時(shí)延差 (1) 反射與折射 (2) 全反射臨界 臨界角 (3) 全反射 1 1 2 2sin sinnn??? 2 90? ?21sinc na rc n? ?1 c??? 全反射條件： 光線由光密介質(zhì) 光疏介質(zhì) 入射角 全發(fā)射臨界角 光纖的導(dǎo)光特性： 是基于光線在 纖芯 和 包層 交界面上的 全反射 。把光線限制在纖芯中傳輸 。 光纖光纖種類：子午線 斜射線 n0 ：空氣折射率 n1 ：纖芯折射率 n2 ：包層折射率 且 n1n2n0 （ 1）臨界入射（ 空氣中的入射臨界角 ） 與 內(nèi)光線 入射角的臨界角 相對(duì)應(yīng) ， 光纖 入射光的入射角 有一個(gè) 最大值 ， 稱為 光纖端面入射臨界角 （ 簡(jiǎn)稱入射臨界角 ） 。 i? max?c?190c????0 1 1 m a x 1si n si n si n c osi n n? ? ? ?? ??? ?m axi??? (2)全反射傳輸 當(dāng) 時(shí)， 臨界角， 光線在纖芯和包層交界面發(fā)生全反射。將光線束縛在纖芯內(nèi)傳輸。 m axi???m axi??? c? ?(3)不能全反射 ，則 臨界角，不能發(fā)生全反射。有折射發(fā)生，光線有損失。 m axi???m axi??? c? ?半錐角 由此可見，只有在半錐角為 的圓錐內(nèi)入射的光束才能在光纖中傳播。 m axi??? 根據(jù)傳播條件，定義入射臨界角的 正弦 為 數(shù)值孔徑 (Numerical Aperture, NA)。即光纖的數(shù)值孔徑為： m a xsi nNA ??m a xsi nNA ??NA ?c o s1?1c oss i ns i ns i n222221????ccc nnn????12221c osnnnc???22m a x 1 2s i nN A n n?? ? ?m a x 1sin c os ??? 光纖的數(shù)值孔徑 NA僅決定于光纖的折射率n1和 n2 ， 與光纖的 直徑 無(wú)關(guān) 。 光纖的數(shù)值孔徑 NA越大 ， 纖芯對(duì)光能量 的 束縛越強(qiáng) ， 光纖抗彎曲性能越好； (集光能力越好 ) 公式可知 ， NA越大 ， n1， n2的差值越大；經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號(hào)畸變?cè)酱?， 因而 限制了信息傳輸容量 。 選擇適當(dāng)?shù)?NA， 通常用于通信的光纖 NA的取值范圍為 ~ 。 2221 nnNA ?? 相對(duì)折射率差 Δ 2122212 nnn ??? n1 和 n2 差值的大小直接影響著光纖的性能 ， 引入相對(duì)折射率差來(lái)表示它們相差的程度 ， 用 Δ 表示 ， 即 光纖的數(shù)值孔徑可表示為： 221 2 1 2NA n n n? ? ? ?1212122212 nnnnnn ?????弱導(dǎo)光纖，有 n1 ≈ n2 ， 此時(shí) 例題： 設(shè)光纖的纖芯折射率 n1=，包層折射率n2=。求 : （ 1）相對(duì)折射率差 Δ； （ 2）數(shù)值孔徑 NA； （ 3）入射臨界角 。 max?解： （ 1）相對(duì)折射率差 Δ： （ 2）數(shù)值孔徑 NA： ????? （ 3）入射臨界角 ??? ?? )(s i n)(s i n 11m a x NA? ??????121nnn max? 斜射線在光纖中傳輸為一條空間折線。 焦散面： 傳輸軌跡限定在一定的范圍內(nèi)，并與一圓面相切，該元柱面稱為焦散面，半徑為 a0 圖 A 光纖端面投影圖 圖 B 光線傳輸?shù)穆窂? a0=a 折線變?yōu)槁菪€ a0=0 斜射線變?yōu)樽游缇€ （ 時(shí)延 ） 時(shí)間延遲 入射角為 θ的光線在長(zhǎng)度為 L(AC)的光纖中傳輸 ， 所經(jīng)歷的路程為 。 ；LL ?m in；LnnLLL BCAB21m a x ???A B B CLL?多模階躍光纖最大時(shí)延差 vLvLTT m i nm a xm i nm
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