光纤通信基础_第二章 光导纤维的传输原理（光纤）

Optical fiber 第二章光导纤维的传输原理 communication 12021/2/19 Optical Fibers 1光纤的结构 Cladding Core SMF: 2a=4 10 μ 2b=125 理论分析中,可以认为包 层是无限大的 MMF:(阶跃多模光纤) 2a=50m2b=125 2阶跃光纤和渐变光纤 Step-Index Fiber& Graded- Index Fiber Step Graded Index index 3光纤制作 reading:P15P19

1-1 Copyright Wang Yan 2021/2/19 Optical fiber communications 第二章 光导纤维的传输原理 一. Optical Fibers 1.光纤的结构 b SMF:2a=4- 10m,2b=125 理论分析中，可以认为包 层是无限大的 MMF:(阶跃多模光纤) 2a=50m,2b=125 2.阶跃光纤和渐变光纤 Step-Index Fiber & Graded-Index Fiber 3.光纤制作 reading:P15-P19

Optical fiber 第二章光导纤维的传输原理 communication 22021/2/19 二几何光学 Geometrical Optics 1. Speed of light in a medium of refractive index n m v=c/n n 2. Law of eflection: e:= 0 k 3 Snell's lawn●sine= oy: normal line. o-Xz: boundary n sin 0i 4. When all apertures are much larger than a wavelength, we can model the light as ray traveling in straight lines perpendicular to the wavefront

1-2 Copyright Wang Yan 2021/2/19 Optical fiber communications 第二章 光导纤维的传输原理 二.几何光学 Geometrical Optics 4.When all apertures are much larger than a wavelength, we can model the light as ray traveling in straight lines perpendicular to the wavefront 1.Speed of light in a medium of refractive index n: v=c/n 2.Law of reflection:i= r 3.Snell’s law:nt•sin t= ni•sin i oy:normal line.o-xz:boundary

Optical fiber 第二章光导纤维的传输原理 communication 32021/2/19 Uniform plane wave均匀平面波 A: Maxwell Equations B在稳态简谐条件下,线性 ( undamental equations)各项同性非色散,不导电媒 质中 Maxwel! Equations aB V×E at V×E=-jopH V×H D V×H=jEE V·D=P V·E=0 D= Ck V·H=0 B=uH

1-3 Copyright Wang Yan 2021/2/19 Optical fiber communications 第二章 光导纤维的传输原理 三.Uniform plane wave 均匀平面波 A:Maxwell Equations (fundamental equations) t J D J t D H t B E     = −   = +     = −     = −          B:在稳态简谐条件下，线性 各项同性非色散，不导电媒 质中Maxwell Equations 0 0   =   =   =   = − H E H j E E j H         B H D E       = =

Optical fiber 第二章光导纤维的传输原理 communication 42021/2/19 C. Helmholtz方程 VE+kE=O E C VH+kH=0 where k2=0E B E,(,t)=Eo exp[j(ot-k2lI H(, t)=Ho exp[jlot-k-) 1时间参量角频率o,周期T,频率60=712 2丌 2空间参量:纵向相移常数或角波数k2,浪长λx,波数1/zk

1-4 Copyright Wang Yan 2021/2/19 Optical fiber communications 第二章 光导纤维的传输原理 C. Helmholtz方程 0 0 2 2 2 2  + =  + = H k H E k E     ( ) ( ) ( , ) exp[ ( )] , exp[ ] 0 0 H z t H j t k z E z t E j t k z y x = − = −   x y z   2 2 k = 1.时间参量:角频率，周期T，频率f。      1 2 . 2 = 2 = = = f T T f 2.空间参量:纵向相移常数或角波数kz，波长z，波数1/ z . where z z k  2 =

Optical fiber 第二章光导纤维的传输原理 communication 52021/2/19 3空间与时间的联系相速度 phase velosity v==A,f 均匀平面波的纵向相移常数等于空间相移常数k.=k=a√E 其相速度等于光速vn=E 4电磁联系;阻抗对均匀平面液n=/E E+ E 77 H+ H 真空中n=A/0≈120n2≈3702 均匀平面波是电磁浪的最基本的形式,它是沿固定方向传播的等 幅行浪,垂直于传播方向的平面是等相面或称浪阵面。其等相位 面同时是等振幅面,其电场和磁场都垂直于传播方向且互相垂直 故称为横电磁波(TEM: Transverse Electromagnetic wave)波。 同时是等幅浪,即振幅不随传播距离而增加或衰减,等幅均匀平 面波中电场与磁场同相,波阻抗为实数

1-5 Copyright Wang Yan 2021/2/19 Optical fiber communications 第二章 光导纤维的传输原理 3.空间与时间的联系:相速度 phase velosity f k v z z p   = = •均匀平面波的纵向相移常数等于空间相移常数 k = k =  z 其相速度等于光速 = 1  p v 4.电磁联系:波阻抗 − − = − + + = H E H E  对于均匀平面波  =   真空中  = 0  0 120  370 均匀平面波是电磁波的最基本的形式，它是沿固定方向传播的等 幅行波，垂直于传播方向的平面是等相面或称波阵面。其等相位 面同时是等振幅面，其电场和磁场都垂直于传播方向且互相垂直， 故称为横电磁波(TEM:Transverse Electromagnetic wave)波。 同时是等幅波，即振幅不随传播距离而增加或衰减，等幅均匀平 面波中电场与磁场同相，波阻抗为实数