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2019/4/29,第三章 阶跃折射率分布光纤,2019/4/29,阶跃折射率分布光纤（SIOF）,折射率分布表达式：,分析方法：几何光学方法分析、波动光学分析方法,2019/4/29,几个基本概念：,1、什么是子午平面？,与纤轴相交且与纤壁垂直的平面。,2、什么是子午光线？,在子午平面上传输的光线。,偏斜光线：与纤轴既不相交又不限 于单一平面之内的光线。,3.1 几何光学方法分析,2019/4/29,子午的全反射条件：,由光的折射定理：,子午光线的约束条件：,2019/4/29,光线轨迹: 限制在子午平面内传播的锯齿形折线。 光纤端面投影线是过园心交于纤壁的直线。,临界角:,2019/4/29,2019/4/29,数值孔径: 定义光纤数值孔径NA为入射媒质折射率与最大入射角的正弦值之积,即,相对折射率差:,最大时延差：,2019/4/29,物理意义,反映光纤接收光的能力，NA越大，光纤收集光的能力增大，增加了光源与光纤的耦合效率。应注意，光纤的数值孔径只决定于光纤的折射率，而与光纤的几何尺寸无关，这一点和普通的光学系统有所不同。 增大NA，对于提高光纤耦合效率有利。但是却使光纤的另一重要传输特性“通信容量”降低。光纤的通信容量正比于光纤的传输带宽，或单位长度光纤光脉冲展宽的倒数。,2019/4/29,SIOF的传输容量,传输容量: 时延差的倒数 多模光纤: n1=1.5, =1%, t =50 ns/km 传输带宽: 1/ t = 20 MHzkm 结论1: 多模阶跃光纤通信容量并不高! 由一点发出的光线不能会聚在另一点: 结论2:多模阶跃光纤不适合于传输图像!（不聚焦）,2019/4/29,倾斜光线,传播时不与纤轴相交，不在单一平面内传输，光线是螺旋折线。,光线轨迹： (螺旋折线) 内散焦面半径： 数值孔径： (大于子午光线) 最大时延差： (大于子午光线),2019/4/29,极限情况，当满足cosn2/n1时，s，尽管光线依然可以满足内全反射条件而被约束在纤芯中，但光线仅仅在光纤横截面上频繁反
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