光纤通信基础1.光纤的基本结构子午线光纤为什么导光？用射线光学理论，来解释光波在12光纤中传播的物理现象。nnia0n2子午线：在圆介质波导里，处在(a)一个平面上，经过波导的轴（或子午线中线），在周围边界之间，作内部全反射（正规模），成锯齿形00偏射线：不在一个平面里，不经过波导的轴，它们碰到边界时，(b)x作内部全反射。这类射线运动范焦散面围是在边界和由虚线所示的焦散面之间。在这范围里，电磁波呈HS驻波形式，在这以外，呈指数衰减。(xo.yo)(c)交界面子午线是平面曲线，偏射线是空间曲线
1. 光纤的基本结构 光纤通信基础 光纤为什么导光？ 用射线光学理论，来解释光波在 光纤中传播的物理现象。 子午线：在圆介质波导里，处在 一个平面上，经过波导的轴（或 中线），在周围边界之间，作内 部全反射（正规模），成锯齿形。 偏射线：不在一个平面里，不经 过波导的轴，它们碰到边界时， 作内部全反射。这类射线运动范 围是在边界和由虚线所示的焦散 面之间。在这范围里，电磁波呈 驻波形式，在这以外，呈指数衰 减。 子午线是平面曲线，偏射线是空 间曲线。 n0 s0 0 n2 n1 n2 (a) a i 芯 敷 层 i i 子午线 子午线 焦散面 芯 敷 层 (x0,y0) s1 s2 s3 i i 1 2 交界面 (b) (c) x y
1.光纤的基本结构光纤数值孔子午线(Numerical Aperture NA)数值孔径NA：在一定程度上代表光纤容易不容易被激发导光，容易不容易作光束耦合等方面的性质
1. 光纤的基本结构 子午线 光纤数值孔 （Numerical Aperture NA） 数值孔径NA：在一定程度上代表光纤容易不 容易被激发导光，容易不容易作光束耦合等方 面的性质
光纤通信基础1.光纤的基本结构子午线n2NA的概念：nnia0:n2> sinomax就是所谓的数值孔径(a)子午线NA。它代表在以omax为顶角的圆锥体里的光，可以在光纤里激发起导波。0.0>NA越大，越容易被激发。(b)X焦散面>NA就代表着产生子午线而且在光纤内部得到全反射的入0Sr射线的范围有多大。(xo.yo)y(c)交界面
1. 光纤的基本结构 光纤通信基础 n0 s0 0 n2 n1 n2 (a) a i 芯 敷 层 i i 子午线 子午线 焦散面 芯 敷 层 (x0,y0) s1 s2 s3 i i 1 2 交界面 (b) (c) x y NA的概念： ➢ sinφmax就是所谓的数值孔径 NA。它代表在以φmax为顶角 的圆锥体里的光，可以在光 纤里激发起导波。 ➢ NA越大，越容易被激发。 ➢ NA就代表着产生子午线而且 在光纤内部得到全反射的入 射线的范围有多大
光纤通信基础光纤的基本结构应用折射定律与全反射得到NA：sin e, >n2ng sin β= n, sin(90° - 0,) = n, cos0,nn2sin p=cose,=/i/1 - sin? e, non,NA= sinPmax = n? -n
1. 光纤的基本结构 光纤通信基础 2 2 max 1 2 NA n n = = − sin 应用折射定律与全反射得到NA： 0 1 1 sin sin(90 ) cos i i n n n = − = 2 1 sin i n n 2 1 1 1 2 2 0 0 0 1 sin cos 1 sin 1 i i n n n n n n n n = = − −
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。人·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