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文档简介

关于光纤的导光原理第1页，共13页，2023年，2月20日，星期三

主要内容

主要内容光纤中的射线光学理论光纤的波动理论光纤的损耗光纤的色散。

教学重点能用射线光学理论分析光纤的导光原理理解单模光纤、多模光纤、色散位移光纤的概念掌握光纤单模传输条件的计算公式理解光纤损耗和色散的概念及其对光纤通信系统的影响。

第2页，共13页，2023年，2月20日，星期三光的反射与折射示意图第3页，共13页，2023年，2月20日，星期三

光的全反射示意图第4页，共13页，2023年，2月20日，星期三

子午光线在阶跃光纤的传输第5页，共13页，2023年，2月20日，星期三阶跃型光纤折射率是沿径向呈阶跃分布，在轴向呈均匀分布，是包层折射率，是纤芯折射率。假设图中的阶跃型光纤为理想的圆柱体，光线若垂直于光纤端面入射，并与光纤轴线重合，或平行，这时光线将沿纤芯轴线方向向前传播。若光线以某一角度入射到光纤端面时，光线进入纤芯会发生折射。当光线到达纤芯与包层的界面上时，发生全反射或折射现象。若要使光线在光纤中实现长距离传输，必须使光线在纤芯与包层的界面上发生全反射，即入射角大于临界角。由前面分析已知光纤的临界角为

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光纤的光学参数

相对折射率差Δ数值孔径NA

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数值孔径NA对于阶跃型光纤，当光线在纤芯与包层界面上发生全反射时，光波在纤芯中传播轨迹为折线，相应的端面入射角记为光纤波导的孔径角（或端面临界角）。即只有光纤端面入射角大于的光线才能在光纤中传播，故光纤的受光区域是一个圆锥形区域，圆锥半锥角的最大值就等于。为表示光纤的集光能力大小，定义光纤波导孔径角的正弦值为光纤的数值孔径（NA），即：第8页，共13页，2023年，2月20日，星期三

相对折射率差Δ对于阶跃型光纤，假设是包层折射率，是纤芯折射率，且＞，和的差值大小直接影响光纤的性能。故引入相对折射率差Δ表示其相差程度。

对于通信光纤，≈，上式简化成为

对于渐变型光纤，若轴心处（r=0）的折射率为,则相对折射率差定义为

第9页，共13页，2023年，2月20日，星期三由于，上式简化成为可见，光纤的数值孔径与纤芯与包层直径无关，只与两者的相对折射率差有关。若纤芯和包层的折射率差越大，NA值就越大，即光纤的集光能力就越强。对于阶跃型光纤，由于纤芯折射率均匀分布，纤芯端面各点的数值孔径都相同，即各点收光能力相同。对于渐变型光纤，纤芯折射率分布不均匀，光线在其端面不同点入射，光纤的收光能力不同，因此渐变型光纤数值孔径定义为：第10页，共13页，2023年，2月20日，星期三精品课件！第11页，共13页，2023年，2月20日，星

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