光纖通信原理ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-02 04:25 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為反射系數(shù)；傳遞波與入射波在原點(diǎn)處的復(fù)振幅之比稱為傳遞系數(shù) ， 表示為： 式中： R、 T都是復(fù)數(shù) ， 包括大小及相位 。 其模值分別表示反射波 、 傳遞波與入射波幅度的大小之比； 2Ф 2Ф2是 R和 T的相角 ， 分別表示在介質(zhì)分界面上反射波 、傳遞波比入射波超前的相位 。 ? 3. 全反射是一種重要的物理現(xiàn)象，當(dāng)光波從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，且入射角大于臨界角時(shí)才能產(chǎn)生全反射，即全反射必須滿足： n1n2， θcθ190 ? (1) 全反射情況時(shí)介質(zhì) 1 在全反射時(shí)，式 (232)根號(hào)中是負(fù)數(shù)，因此可以變化成下面的形式。 ? (2) 全反射情況時(shí)介質(zhì) 2 全反射時(shí) ， 將式 (234)代入式 (230b)，即可得到垂直極化波全反射時(shí)的傳遞系數(shù) 。 ? (3) 導(dǎo)行波和輻射波的概念 綜上所述 ， 當(dāng)平面波由光密介質(zhì)射向兩介質(zhì)分界面上時(shí) ， 根據(jù)入射角 θ1的大小 ，可以產(chǎn)生兩種類型的波：當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)產(chǎn)生導(dǎo)行波 ， 能量集中在光密介質(zhì)及其界面附近；當(dāng)入射角小于臨界角時(shí)產(chǎn)生輻射波 ， 一部分能量輻射到光疏介質(zhì)中并在其中傳播 。 對(duì)于光波導(dǎo)來(lái)說(shuō) ， 導(dǎo)波是一種重要的波型 。 ? ? 1. ? (1) 麥克斯韋方程組和邊界條件 ［ 1］ 在均勻光纖中 ， 介質(zhì)材料一般是線性和各向同性的 ， 并且不存在電流和自由電荷 ， 因此在無(wú)源區(qū)域 ， 均勻 、 無(wú)損 、 簡(jiǎn)諧形式的麥克斯韋方程組為： 式中： E為電場(chǎng)強(qiáng)度矢量； D為電位移矢量； H為磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量； B為磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量。且 D與 E，B與 H有下列關(guān)系。 ? (2) 從麥克斯韋方程組出發(fā) ， 可以導(dǎo)出光波所滿足的亥姆霍茲方程 。 根據(jù)矢量關(guān)系 ，有如下兩個(gè)等式 。 式中： A代表任何一個(gè)矢量，當(dāng)然 E、 H也滿足式 (247)。 ? (3) 在單一均勻介質(zhì)中傳播的波為平面波 ，稱為橫電磁波 ， 用 TEM表示 ， TEM波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向與波的傳播方向垂直 ， 即在波導(dǎo)的傳播方向上既沒(méi)有磁場(chǎng)分量也沒(méi)有電場(chǎng)分量 ， 且三者兩兩相互垂直 。 對(duì)于同一類型的波，其場(chǎng)強(qiáng)在圓周方向 (即 φ方向 )或徑向方向 (即 r方向 )的分布情況又會(huì)有所區(qū)別，即電磁場(chǎng)的分布會(huì)不盡相同。 目前通信用光纖的相對(duì)折射率差 Δ1， 稱為弱導(dǎo)光纖 。 這種光纖可以近似地用平面波束分析光的傳播 。 ? 2. 階躍型光纖的波動(dòng)理論分析就是以麥克斯韋方程組為基礎(chǔ) ， 根據(jù)光纖的邊界條件 ， 從亥姆霍茲方程解出階躍型光纖中導(dǎo)波的場(chǎng)方程 ， 在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出其特征方程 ， 研究其導(dǎo)波模式 ， 分析其傳輸特性 。 ? (1) 階躍型光纖的纖芯半徑為 a， 包層半徑為 b， 纖芯和包層的折射率分別為 n1和 n2，其截面形狀如圖 (a)所示 。 圖2.16幾個(gè)低階模的場(chǎng)型(實(shí)線為電力線， 虛線為磁力線，λg=2π/β) ? (2) 要確定光纖中導(dǎo)模的特性 ， 就需要確定參數(shù) U、 W和 β， 只有亥姆霍茲方程的解是不夠的 。 由于光纖中的導(dǎo)模還必須滿足光纖的邊界條件 ， 所以還要利用光纖的邊界條件來(lái)確定場(chǎng)表達(dá)式中的參數(shù) U、 W和 β。 ? (3) 上面已經(jīng)得到了光纖中場(chǎng)的亥姆霍茲方程和弱導(dǎo)光纖中導(dǎo)波的特征方程，接下來(lái)分析光
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