【正文】 大入射角 Φc的關(guān)系 ， 在這里引入一個(gè)物理量 — 數(shù)值孔徑 N ， 則對(duì)應(yīng)的芯層的入射光線的入射角 θ1必須大于或等于臨界角 θc， 即： θ1≥θc。 光纖的折射率分布 44 子午射線在階躍折射率多模光纖中的傳播 45 由此可知 ， 若使子午光線在多模階躍型光纖中以全反射形式向前傳播 ， 必須保證三點(diǎn)： （ 1） 芯層折射率 n1必須大于包層折射率 n2， 即： n1n2。 42 光纖的光傳輸理論 多模光纖中光波的傳播軌跡 另一種情形是光線在傳播過(guò)程中不在一個(gè)固定的平面內(nèi) ， 并且不與光纖的軸線相交 ， 這種光線稱為 斜射線 。 ，從介質(zhì) 1向介質(zhì) 2中折射 ， 兩種材料的折射率分別為n1=， n2=， 求當(dāng)發(fā)生全反射時(shí)產(chǎn)生的古斯 —漢森位移是多少 ？ 38 光纖的光傳輸理論 光纖光學(xué)的研究方法 幾何光學(xué)方法 波動(dòng)光學(xué)方法適用條件 ? ?? ?? d ? ?? ?d研究對(duì)象 光線 模式基本方程 射線方程 波導(dǎo)場(chǎng)方程研究方法 折射 / 反射定理 邊值問(wèn)題研究?jī)?nèi)容 光線軌跡 模式分布39 光纖的光傳輸理論 分析方法比較 40 光纖的光傳輸理論 多模光纖中光波的傳播軌跡 階躍型多模光纖中光波的傳播原理 梯度型多模光纖中光波的傳播原理 光纖中的模式傳輸 41 光纖的光傳輸理論 多模光纖中光波的傳播軌跡 根據(jù)光線在光纖中的傳播軌跡 ， 可以將多模光纖中傳播的光線分為兩類：子午光線和斜射光線 。 α 2=2πn 2[（ n1/n2） 2sin2θ 11]/λ 36 光在均勻介質(zhì)中的傳播特性 古斯 —— 漢森位移 例：已知一入射光的波長(zhǎng)為 λ= 1μm ， 入射角 θ 1=85176。 34 光在均勻介質(zhì)中的傳播特性 古斯 — 漢森位移 平面波的入射點(diǎn)與反射點(diǎn)不是同一點(diǎn)，反射點(diǎn)離開入射點(diǎn)有一定距離，這就是所謂古斯一漢森 (GoosHaenchen)位移，在研究光波導(dǎo)與纖維光學(xué)中，這是一個(gè)很重要的量。 這時(shí)折射定律變?yōu)椋? sinθ C/sin90176。 ， 折射角為 90176。 31 光在均勻介質(zhì)中的傳播特性 光的反射和折射 （ 3） .光的全反射 (b )臨 界角ci(a)n 1n 2透射光（折射光）k tk iri入射光tk ik r反射光c〉i(b )全 反射ci=cck rk ttci消逝波k t32 光在均勻介質(zhì)中的傳播特性 光的反射和折射 （ 3） .光的全反射 當(dāng)光線從折射率大的介質(zhì)進(jìn)入折射率小的介質(zhì)時(shí) ，根據(jù)折射理論 ， 折射角將大于入射角 ， 當(dāng)入射角 θ 1增大時(shí) ， 折射角也隨之增大 。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)。 常見(jiàn)物質(zhì)的折射率： 空氣 ； 水 ； 玻璃 (SiO2) ； 鉆石 ； 硅 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 26 基本理論 光在均勻介質(zhì)中的傳播特性 三個(gè)基本定律 （ 2） 來(lái)自不同方向的光線在介質(zhì)中相遇后，各保持原來(lái)的傳播方向繼續(xù)傳播，這就是光的獨(dú)立傳播定律。 108m/s，是光在真空中的傳播速度； n是介質(zhì)的折射率。 22 基本理論 ． 光的粒子性 一個(gè)光子的能量可以用波爾能量方程描述： 23 基本理論 ． 光的粒子性 24 基本理論 光在均勻介質(zhì)中的傳播特性 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。 光的能量集中在光子之中 。 像所有運(yùn)動(dòng)的粒子一樣 ，光也可以產(chǎn)生壓力和引起粒子旋轉(zhuǎn) 。 為了正確地解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象 ， 1905年愛(ài)因斯坦提出了光子假說(shuō)并得到證實(shí)：光是一種以光速運(yùn)動(dòng)的粒子流 ， 這些粒子稱為光子 ， 或稱為光量子 。 20 基本理論 21 基本理論 ． 光的粒子性 光是一種電磁波 ， 用波動(dòng)理論的觀點(diǎn)可以正確地解釋許多光學(xué)現(xiàn)象 。 19 基本理論 光具有波粒二象性 ， 即：波動(dòng)性和粒子性 。 廣義地講 ， 光是波長(zhǎng)較電波短 ， 頻率較電波高的一種電磁波的總稱 。 10 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纜 光纜的基本組成： 纜芯 護(hù)套 內(nèi)護(hù)套 鎧裝層 外護(hù)層 11 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 護(hù)套的類型有四種： （ 1） .金屬護(hù)套 （ 2） .橡塑護(hù)套 （ 3） .組合護(hù)套 （ 4） .特種護(hù)套 12 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纜 光纜常用七種護(hù)套類型： （ 1） PE護(hù)套； （ 2） PVC護(hù)套； （ 3） 鋁 /聚乙烯綜合護(hù)套 （ LAP） ； （ 4） 皺紋鋼帶縱包護(hù)套； （ 5） LAP＋鋼帶繞包護(hù)套； （ 6） LAP＋鋼帶鎧裝護(hù)套； （ 7） LAP＋鋼絲鎧裝護(hù)套 。 圖 12 光纖的三種基本結(jié)構(gòu) 9 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纜 定義 : 光纜是由若干根這樣的光纖經(jīng)一定方式絞合 、 成纜并外擠保護(hù)層構(gòu)成的實(shí)用導(dǎo)光線纜制品 。 8 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纖 光纖的基本結(jié)構(gòu)： 光纖的基本結(jié)構(gòu)主要根據(jù)一次涂層與二次涂層的相對(duì)位置劃分 。 7 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纖 裸光纖涂覆高分子材料的原因： （ 4） 二氧化硅是一種脆性易碎材料 ， 如將若干根這樣的裸光纖集束成一捆 ， 相互間極易產(chǎn)生磨損 ， 導(dǎo)致光纖表面損傷而影響光纖的傳輸性能 。 5 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纖 裸光纖涂覆高分子材料的原因： （ 2） 阻止水分子與 Si— O鍵接觸 6 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纖 裸光纖涂覆高分子材料的原因： （ 3） 裸光纖與空氣中的水分子發(fā)生反應(yīng)生成羥基 ， 羥基是光纖固有吸收衰減的主要成因 。 作用 :光纖的主要作用是傳導(dǎo)光 ， 將傳輸?shù)墓庑盘?hào)從一地如實(shí)地傳到另一地 ， 實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的長(zhǎng)距離異地傳輸 。1 第 1章 光導(dǎo)纖維傳輸原理及特性 ? 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） ? 光學(xué)基本理論 ? 光纖光傳輸理論 ? 光纖的特性參數(shù) ? 光纜的特性參數(shù) ? 光纖光纜性能測(cè)試技術(shù) 2 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纖 定義 :光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱 。 狹義的說(shuō) ， 光纖是一種約束光并傳導(dǎo)光的多層同軸圓柱實(shí)體介質(zhì)光波導(dǎo) ， 又稱光介質(zhì)傳輸線 。 3 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纖 光纖典型結(jié)構(gòu)： 圖 11 光纖典型結(jié)構(gòu) 4 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纖 裸光纖涂覆高分子材料的原因： （ 1） 裸光纖的主要成分為二氧化硅 ， 它是一種脆性易碎材料 ， 抗彎曲性能差 ， 韌性差 ， 為提高光纖的微彎性能 ， 涂覆一層高分子涂層 。 為降低光纖的吸收衰減必須涂高分子材料阻止水份的侵入 。 為防止這種損傷采取的有效措施就是在裸光纖表面涂一層高分子材料 。 通常有三種： 緊套結(jié)構(gòu) 、 松套結(jié)構(gòu) 、帶狀結(jié)構(gòu) 。 作用 :光纜內(nèi)的加強(qiáng)件及外保護(hù)層等附屬材料的作用主要是保護(hù)光纖并提供承纜 、 敷設(shè) 、 儲(chǔ)存 、 運(yùn)輸和使用要求的機(jī)械強(qiáng)度 、 防止潮氣及水的侵入及環(huán)境 、 化學(xué)的侵蝕和生物體啃咬等 。 13 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纜 光纜的基本結(jié)構(gòu)： 按照光纜纜芯結(jié)構(gòu)的不同可將光纜分為四種： （ 1） 層絞式光纜 （ 2） 骨架式光纜 （ 3） 中心管式光纜 （ 4） 帶狀式光纜 14 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纜 （ 1） 層絞式光纜 15 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纜 （ 2） 骨架式光纜 16 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纜 （ 3） 中心管式光纜 17 概述（光纖光纜的結(jié)構(gòu)） 光纜 （ 4） 帶狀式 光纜 外護(hù)層 金屬加強(qiáng)件 塑料繞包帶 帶狀光纖單元 帶狀線 光纖 塑料 18 基本理論 1. 2． 1 光波的本質(zhì) 狹義地說(shuō) ， 光是波長(zhǎng)在 380780nm范圍的可見(jiàn)光 ，但是 ， 它又包含有紅外線 、 紫外線 ， 因此沒(méi)有嚴(yán)格的界限 。 目前通信用光波是在近紅外波和可見(jiàn)的紅光波段 ， 工作波長(zhǎng)在 λ ＝ ～ 之間 ， 或者說(shuō)通信用光波的頻率更高 f＝ 1014～ 1015Hz。 如上所述 ， 光的干涉 、 衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性 ， 但黑體輻射 、 光電效應(yīng)則證明光具有粒子性 ， 所以既可以將光看成是一種電磁波 ， 又可以將光看成是由光子組成的粒子流 。 但是像 “ 光電效應(yīng) ” 這種光學(xué)現(xiàn)象就不能用波動(dòng)理論去解釋 。 如果電子或原子從一個(gè)較高的能級(jí) E2躍遷到一個(gè)低能級(jí) E1時(shí) ， 兩個(gè)能級(jí)間將存在著一個(gè)能量差 Eg=E2E1,這個(gè)能量差將以量子的能量形式釋放 ， 一個(gè)量子的能量稱為光子 。 所以光可以用粒子數(shù)來(lái)描述 。 光子具有一定的頻率 ， 單頻率光稱為單色光 ， 單色光的最小單位是光子 。其傳播速度為： v=c/n 式中： c＝ 179。 25 基本理論 （ 1） 光線在均勻介質(zhì)中按直線傳播，稱直線傳播定律。 （ 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。 27 光在均勻介質(zhì)中的傳播特性 光的反射和折射 213c12n 1n 2折射光反射光入射光28 光在均勻介質(zhì)中的傳播特性 光的反射和折射 （ 1） .斯奈爾反射定律 : 入射光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射時(shí) ， 反射光線位于入射光線和法線 NN’ 所決定的平面內(nèi) ,反射光線和入射光線分居法線的兩側(cè) ,反射角 θ 3等于入射角 θ 1,即： θ 1=θ 3 29 光在均勻介質(zhì)中的傳播特性 光的反射和折射 （ ２ ） ．斯奈爾折射定律 : 入射光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生折射時(shí) ， 折射光線位于入射光線和法線 NN’ 所決定的平面內(nèi) ,折射光線和入射光線分居法線的兩側(cè) ,入射角 θ 1和折射角 Φ 2有這樣的關(guān)系 : n1sinθ 1=n2sinΦ 2或 sinθ 1/sinΦ 2=n2/n1 30 光在均勻介質(zhì)中的傳播特性 光的反射和折射 （ ２ ） ．斯奈爾折射定律 : 光產(chǎn)生折射的原因是由于光波在兩種介質(zhì) （ n1， n2）中的傳播速度發(fā)生了變化 .假設(shè) :光在第一種介質(zhì)中的傳播速度為 v1,在第二種介質(zhì)中的傳播速度 v2,可得： n1/n2=v2/v1 可得： sinθ 1/sinΦ 2=v1/v2 根據(jù)光的波動(dòng)理論也可證明 :兩種介質(zhì)中傳播速度的比等于它們的入射角正弦與折射角正弦之比。 當(dāng)入射角增大到某一角度θ C時(shí) ， 折射角 Φ 2=90176。 時(shí) ， 對(duì)應(yīng)的入射角 θ 1稱為臨界角 θ C。 =n2/n1 sinθ C=n2/n1 33 光在均勻介質(zhì)中的傳播特性 光的反射和折射 （ 3） .光的全反射 當(dāng)入射角 θ 1大于臨界角 θ C時(shí) ， 即 θ 1θ C時(shí) ， 光由兩種介質(zhì)的界面按 θ 2=θ 1的角度全部反射回第一種介質(zhì)中 ， 這種現(xiàn)象稱為光的全反射 。 35 光在均勻介質(zhì)中的傳播特性 古斯 — 漢森位移 由簡(jiǎn)單的幾何光學(xué)可得： ΔZ=2δtanΦ 1 式中： δ=1/α 2 α 2 — 電場(chǎng)進(jìn)入介質(zhì) 2的衰減系數(shù)。 ，從介質(zhì) 1向介質(zhì) 2中折射 ， 兩種材料的折射率分別為n1=， n2=， 求當(dāng)發(fā)生全反射時(shí)產(chǎn)生的古斯 —漢森位移是多少 ？