知识点渐变型光纤导光原理课件.
渐变型光纤导光原理教案.
知识点渐变型光纤导光原理
一、教学目标：
理解渐变型光纤导光原理
二、教学重点、难点：
重点掌握渐变型光纤导光原理和特点。
三、教学过程设计：
1.知识点说明
渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
2.知识点内容
1）渐变型光纤导光原理
3.知识点讲解
2）讲解什么是渐变型光纤导光原理，图解说明渐变型光纤中的各种模式的光的传输路径。
3）讲解渐变型光纤导光原理在光通信中的应用。
四、课后作业或思考题：
1、渐变型光纤的导光原理是什么？
渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
四、本节小结
渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
《光波导理论教学课件》3.4渐变光纤
渐变光纤的制备方法及其挑战
1Байду номын сангаас
制备方法
制备渐变光纤的方法包括气相法、液相法和柱拉法等。这些方法都需要高纯度的 玻璃材料和精密的加工设备。
2
挑战
渐变光纤制备需要高度的技术复杂度和成本，包括纤芯和外包层的质量和形状的 保持、纤芯和外包层的拼接等难点问题。
3
发展趋势
随着技术的发展，未来渐变光纤的制备工艺会更加成熟，应用领域也会不断拓展。
《光波导理论教学课件》 3.4渐变光纤
渐变光纤是一种结构独特、性能卓越的光纤。它的应用广泛，包括通信、医 疗和制造业。了解渐变光纤的原理和应用领域，可以帮助我们更好地进行光 纤的研究和开发。
渐变光纤概述
什么是渐变光纤？
渐变光纤是由两种或多种折射 率不同的玻璃材料组成的。它 的折射率按径向或轴向连续变 化，从而形成渐变的折射率分 布。
将来发展趋势和展望
新材料
将会有新的材料用于渐变光 纤的研究和制备，例如纳米 材料和生物材料。
新应用
随着技术的发展和应用领域 的不断拓展，渐变光纤的应 用领域将会更广泛。
新功能
新功能的渐变光纤将会被开 发出来。例如，可以通过改 变折射率分布实现拓扑保护。
渐变光纤的结构
渐变光纤的折射率分布
渐变光纤的核心是由不同折射 率的逐渐改变，从纯硅材料的 高纯度硅生长，外层包层牵张， 最终制成。
渐变光纤的折射率分布可以是 径向的，也可以是轴向的。径 向渐变的光纤折射率随着距离 从纤芯中心的增加而减小，而 轴向渐变的光纤则沿光纤长度 的方向变化。
渐变光纤的性能和特点
这种光纤能够更好地保持光的 传输方向，可以用于光通信和 激光器。
渐变光纤的应用领域
光纤通信系统PPT课件
48 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(2)单模光纤 当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级， 这时，光纤只允许一种模式（基模）在 其中传播，其余的高次模全部截止，这 样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
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现代通信系统 第4章 光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒 质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础 设施的支柱。
7 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光 技术、光电集成技术为基础发展起来的 通信系统，它具有频带宽、重量轻、体 积小、节省能源，主要用于大容量国际、 国内长途通信干线，也用于短局间中继。 我国今后不再敷设新的长途电缆线路， 而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向 的，每一端都有光发送机、光接收机和 电发送机、电接收机并且每一端的光发 送机和光接收机做在一起，称为光端机， 电发送机和电接收机组合起来称为电端 机。同样，中继器也有正反两个方向。
简述阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤的不同导光原理
简述阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤的不同导光原理引言光纤作为一种重要的通信传输媒介，根据折射率分布的不同可以分为阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤。
阶跃型折射率分布光纤由于其特有的导光特性被广泛应用于光通信领域，而渐变型折射率分布光纤由于其优越的性能在某些特殊应用上有较好的表现。
本文将分别介绍阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤的导光原理、特点以及应用。
一、阶跃型折射率分布光纤1.1 导光原理阶跃型折射率分布光纤的导光原理基于全反射效应。
当光线从高折射率介质边界入射到低折射率介质中时，会发生全反射现象。
阶跃型折射率分布光纤由两种不同折射率材料构成，其中芯区折射率较高，包层折射率较低。
当光线沿着光纤芯区传播时，会由于全反射现象而始终保持在芯区中传输，形成了光信号的传输通道。
1.2 特点阶跃型折射率分布光纤具有以下特点：1.折射率分布呈阶跃型，芯-包层之间有明显的折射率差异。
2.光信号在芯区中传播，避免了由于光信号的衰减和扩散而引起的能量损失。
3.光纤的传输损耗较小，传输距离较长，可以达到数十公里。
4.纤芯直径较小，允许光信号的多模传输，适用于高速传输需求。
1.3 应用阶跃型折射率分布光纤的导光原理以及特点决定了其在光通信领域的广泛应用。
主要应用包括：1.光通信传输：阶跃型折射率分布光纤作为光信号的传输介质，可以实现远距离、大带宽的光通信传输，广泛应用于光纤通信网络中。
2.光纤传感器：阶跃型折射率分布光纤作为传感器的敏感元件，可以通过测量光信号的损耗、相位等信息实现温度、压力等物理量的测量。
3.医疗领域：阶跃型折射率分布光纤广泛应用于光导导管、光纤光源等医疗设备中，用于实现光学成像、光疗等功能。
二、渐变型折射率分布光纤2.1 导光原理渐变型折射率分布光纤的导光原理基于光信号在折射率分布梯度中的偏转效应。
渐变型折射率分布光纤由折射率逐渐变化的材料构成，通过调节导纤结构的折射率分布，使光信号在纤芯中发生偏转而实现导光。
渐变型光纤导光原理课件.
使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
渐变型多模光纤如图 在纤芯中心折射率最大为n1 沿径向r向外围逐渐变小
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
直到包层变为n2
光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播
特点是信号畸变小
1.渐变型光纤导光原理
通信技术专业教学资源库 石家庄邮电职业技术学院
谢谢
主讲：杨斐
渐变型光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
可使高次模的光按正弦形式传播 这能减少模间色散 提高光纤带宽 增加传输距离
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14
渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化 渐变型光纤导光原理是利用光的反射和折射
1.渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变型光纤导光原理是利用光的反 射和折射，使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线向前传播。
通信技术专业教学资源库 石家庄邮电职业技术学院
阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤的不同导光原理
阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤的不同
导光原理
阶跃型折射率分布光纤是最早实现商业化生产的光纤之一、它的折射
率分布是由两种不同折射率的材料构成，即核心和包层。
核心的折射率较高，而包层的折射率较低，从而产生全反射，使光线在光纤的核心中传输。
这种设计特别适用于单模光纤，因为它能够防止模场间的混杂。
阶跃型折
射率分布光纤的直径通常较小（9-125微米），可以用于远距离传输和高
速数据传输，这使得它在通信技术领域得到了广泛应用。
渐变型折射率分布光纤。
渐变型折射率分布光纤是一种特殊的光纤，它的折射率分布具有渐变性。
渐变型折射率分布光纤的核心折射率是从中心向外逐渐降低的，这种
设计将导致光线的光路弯曲，因此能够支持多种波长和模式的传输。
渐变
型折射率分布光纤的优势在于它能够提供多芯光纤的支持，这使得它在计
算机网络和成像技术中得到了广泛应用。
导光原理的不同之处。
与之相反，渐变型折射率分布光纤的导光原理不基于全反射。
光线在
渐变型折射率分布光纤中的传播道路是曲线的。
这是由于不同位置的光纤
的折射率不同。
这种设计使得在光纤中传播的光线可以被曲线反射和散射。
由于不同频率、极化和模式的光线都能在这种光纤中传输，因此这种设计
对于多模光纤和支持多频率的光纤传输是非常有用的。
总体而言，阶跃型折射率分布光纤和渐变型折射率分布光纤都有各自
的优势和应用。
对于特定的应用场景，根据不同的需求来选择不同的光纤
类型是非常重要的。
光纤的导光原理课件.
斯涅耳定律给出了定义这些光线方向的规则 1 = 3 n1sin 1 = n2sin 2
7
光传输技术 全反射
1.全内反射理论
图
光的折射与全反射
8
光传输技术
1.全内反射理论
若要使光线在光纤中实现长距离传输，必须使角大于临界角。由前面分
析已知光纤的临界角为
多模光纤中传输多个模式。
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光传输技术 模场直径
2.波动理论
单模光纤中基模场强在光纤的横截面内有一特定的分布，该分布与 光纤的结构有关。光功率被约束在光纤横截面的一定范围内。也就是 说，单模光纤传输的光能不是完全集中在纤芯内，而是有相当部分在包 层中传播。所以不用纤芯直径来作为衡量单模光纤中功率分布的参数，
1
2
nc 渐变光纤的导光原理：依据折射原理,光线最迟 在芯包界面发生全反射，将子午射线限制在纤芯中
向前传播的。
n1sin 1=n2sin n4 n3 n1>n2 > 1 n2 =2 > 1 n1 21 n2 同理： n3 1 ＜ 2＜ 3＜ ＜ n n4
光传输技术
1
光传输技术
全内反射理论 波动理论
2
光传输技术
掌握反内反射原理 掌握光纤的数值孔径和截至波长的概念 了解单模传输条件
3
光传输技术
1.全内反射理论 2.波动理论
4
光传输技术
1.全内反射理论
光的性质
波动性
射线理论 （全内反射）
粒子性 波动理论
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光传输技术 折射和折射率
1.全内反射理论
n1sin Фc =n2sin90° sin Фc＝ n2/n1
sin θa =n1(1－sin2 Фc )1/2=n1[1－(n2/n1)]1/2 =n1(2)1/2
《光波导理论教学课件》3.4渐变光纤-文档资料
2.
2 r d r l n ( r ) n ( r ) s i n ( r ) c o s( r )( 3 . 4 5 ) z a d sa
d z nr () nr ( )c o s z d s
由3.4-4和3.4-5得：
a l cos ( r ) 1 / 2 2 2 rn ( r )
(3.4 2)
定义角、z、是r的函数，它们之间的关系：
cos (r) sin z(r)sin r) ( dr cos (r) ds
dz cos z (r) dr d 1 sin z (r) cos (r) ds r
（1）
d dz n(r ) 0 ds ds
( 3 . 4 6 )
3.4.2 光线路径及光线分类 光线路径：
dz cos z (r ) ds d 1 sin z (r ) cos (r ) r 光学不变量： ds
由3.4－2c得： 3.4-3
dz n ( r ) n ( r ) cos ( r ) z ds
条件：光源对光纤均匀激发（不同角度辐射的射线包含的功率相同） 设纤芯处和离轴线为 r的功率密度各为p(0)、 p(r), 有
2 2 2 P ( r ) NA ( r ) n ( r ) n ( a ) 2 2 2 P ( 0 ) NA ( 0 ) n ( 0 ) n ( a )
光纤折射率分布近场测试法的原理
2 2 dr l a 2 2 2 n (r ) 2 r dz 引入函数 2 2 l a 2 2 g (r ) n (r ) 2 r
2
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V
2a n1 n2
2
2
2an1 2
•V值的大小能决定光纤中传播模式的数量。只传输基模光信号的
光纤为单模光纤。传输多种模式光信号的光纤为多模光纤。 •阶跃光纤导波模式的数量为N=V2/2，渐变光纤导波模式的数量 为N=V2/4 。
1.3.3单模光纤的传输条件
•单模光纤为什么只传输一种模式， 有什么好处？ •单模光纤是如何避免多种模式的光 在光纤中传输的？ 探 讨
第1章 光通信基础
第一教学情境内容和要求
光纤通信系统认识
掌握光的反 射、折射 和全反射
了解SDH、 WDM传输 设备
认识光学
认识光纤
认知光纤通 信系统
认知光纤设备
掌握光纤的结 构、型号、 特性和标准 第一章 光通信基础
掌握光纤通信系 统组成，理解 SDH原理及保护 第二章 光纤通信系统
1.3光纤传输原理
1.3.3单模光纤的传输条件
• 光传输频率低于某一频率Vc时，光纤中只有一种模式的光 （基模）被传输，其余的高次模全部被截止，称该频率Vc为
截止频率。
• 除了光纤的参量如纤芯半径、数值孔径必须满足一定条件外， 要实现单模传输还必须使光纤的归一化频率V小于截止频率，
即V≤Vc。
V
2a n1 n2
2
2
2an1 2
VC 2.40483 2.405
1.3.2 光信号的传输模式
• 光纤中光信号的传输模式有基模和高次模。为了表征光纤中 传输模式的数量，引入归一化频率V，用它来表征光纤中传输 导波模式的数量（简称导模数），其表达式为：
其中：λ为光波的波长（μm）；n1为纤芯区域中最大折射率， 对阶跃光纤而言它为常数，对渐变光纤而言它为轴心处的折射 率；n2为包层区域中最大折射率；a为纤芯的半径(μm)；Δ为 光纤的相对折射率差
1.3.1 光纤导光原理
（a）
（b）
•子午光线是位于子午面（过光纤轴线的平面）上的光线。 •斜射光线是不经过光纤轴线传输的光线。
2、渐变型光纤导光原理
• 渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，渐变 型光纤导光原理是利用光的反射和折射， 使光线在其中以一条近似于正弦型的曲线 向前传播。
n14 n13 n12 n11 n11 n12 n13 n14