导波原理与光纤结构

1、导波原理与光纤结构石家庄站石家庄站导波原理与光纤结构 光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折光率比包层的稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起到一定的机械保护作用。 光通信利用了全反射原理，当光的注入角满足一定条件时，光便能在光纤(光波导)内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。包层包层 n2纤芯纤芯 n1光纤中光纤中心轴线心轴线 090- 0 包层包层 n2空气 n0 1光的反射现象与反射定律 当光线照射在两种介质的分界面上时，要改变它的传播方向，但仍在原介质上传播，这种现象叫光的反射。光的反射定律: （1）入射线、反射线和

2、法线总是在同一平面内，入射线和反射线分居于法线的两侧。 （2）入射角等于反射角。入射光线反射光线法线光的折射现象光的折射现象 当光线从一种介质射到另一种介质时，在分界面上，光线的传播方向发生了改变，一部分光线进入第二种介质，这种现象称为折射现象。折射定律光的折射 光线从一种介质（如空气）射到另一种介质（如水）时，除了一部分光线反射回第一种介质外，另一部分进入第二种介质中并改变它的传播方向，见下图。 光的折射定律： （1）入射线、法线和折 射线在同一平面内，入 射线和折射线分居法线 的两侧。折射定律 （2）无论入射角怎样改变，入射角正弦与折射角正弦之比，恒等于光在两种介质中的传播速度之比。vv2

3、121sinsin折射率 最基本的参数就是折射率，在自由（真空）空间光传播的速度是c=3 m/s，光的速度、频率v和波长 的关系为c= v 当光进入非自由空间时将以s的速度传播，因为s与材料的关系，所以s总是小于c的。 真空中的光速与材料中光速的比就是折射率真空中的光速与材料中光速的比就是折射率108scn光密介质与光疏介质光密介质与光疏介质 两种介质相比较，光在其中传播速度较大的叫光疏介质，其折射率较小；反之叫光密介质，其折射率较大。 斯涅尔定律：斯涅尔定律：在界面处光射线之间的方向关系 2211sinsinnn全反射与临界角 当光线从光疏介质进入光密介质（如光从空气进入水中，或从样液射人棱

4、镜中）时，因n1n2，由折射定律可知折射角2 恒小于入射角1，即折射线靠近法线；反之当光线从光密介质进入光疏介质（如从棱镜射入样液）时，因n1n2，折射角2恒大于入射角1 ，即折射线偏离法线。在后一种情况下如逐渐增大入射角，折射线会进一步偏离法线，当入射角增大到某一角度，其折射线4恰好与OM重合，此时折射线不再进入光疏介质而是沿两介质的接触面OM平行射出，这种现象称为全反射。入射光线反射光线折射光线23入射角1反射角2折射角3n1n2 n1n1光疏介质折射率n2光密介质折射率1C临界入射角C入射光线反射光线折射光线12903o入射角1反射角2折射角3n1n2 n1n1光疏介质折射率n2光密介质

5、折射率C临界入射角C=入射光线反射光线无折射光线无折射光线12入射角1反射角2折射角3n1n2 n1n1光疏介质折射率n2光密介质折射率C临界入射角C小计算 玻璃折射率为n1=1.48，空气折射率为n2=1.00界面处，当光在玻璃传播是的临界角是多少？2211sinsinnnnnc12sin5 .42o12676. 0arcsinarcsinnnc光纤结构 光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折光率比包层的稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起到一定的机械保护作用。涂涂 层层包包 层层纤芯纤芯光纤的导光原理光纤的导光原理光通信利用了全反射原理，当光的注入角满足一定条光通信利用了全反射原理，当光的注入角满足一定条件时，光便能在光纤件时，光便能在光纤(光波导光波导)内形成全反射，从而达内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。到长距离传输的目的。包层包层 n2纤芯纤芯 n1光纤中光纤中心轴线心轴线 090- 0 包层包层 n2空气 n0 1光纤的导光原理光纤的导光原理n1n2n0n0: 空气中的折射率n1: 纤芯的折