光纤导光原理
光纤导光原理和光纤材料(高教知识)
临界角i0 arcsin(n2 / n1)
信号与系统 2-2、光纤导光
空气
包层 纤芯
斯涅尔定律 n0 sini n1 sin j n1 sin k n2 sin r
n0 1.0 j k 90
16 全面分析
sini n12 n22 sin 2 r
信号与系统 2-2、光纤导光
空气
包层 纤芯
1993年后，全球范围信息高速公路的建设。 到2000年，世界光纤的年产量达到6000万公里以上，而
已经铺设的光纤总长度到达2亿公里以上。正好印证了电 子到光电子的跨越。 光纤的出现带动了集成光学的发展。
6 全面分析
信号与系统
光纤技术的发展前景
对光纤通信而言,超高速度、超大容量和超长距离传输一 直是人们追求的目标,而全光网络也是人们不懈追求的梦 想。 所以我们应该努力像一下几个方面去发展： ①向超高速系统的发展。 ②向超大容量WDM系统的演进。 ③开发新代的光纤 ④全光网络。
rinn??sinsin21?arcsin90120nnior????临界角0ii???15全面分析信号与系统22光纤导光jinn??sinsin10?rknn??sinsin21?rinn??22221sinsin??空气纤芯包层斯涅尔定律010n?90jk????16全面分析信号与系统22光纤导光90r??rinn??22221sinsin??空气纤芯包层发生全反射光线可在光纤中传播02212arcsiniinn?????17全面分析信号与系统光纤的基本概念?介质光波导三要素
信号与系统（2）光纤的弯曲辐射损耗
光纤实际应用中不可避免的 要产生弯曲，这就伴随着产 生光的弯曲辐射损耗。
<5°
31 全面分析
信号与系统
光纤导光室内采光方法
光纤导光室内采光方法
光纤导光室内采光方法是一种使用光纤技术将自然光线导入室
内的方法。
这种方法可以在不需要窗户或天窗的情况下实现室内采光，使室内环境更加舒适和节能。
光纤导光室内采光方法是将光纤的一端置于室外，并通过光纤的全反射原理将自然光线传输到室内。
在室内的光纤末端安装光敏元件，可以将光线转换为可见光，从而实现室内采光。
光纤导光室内采光方法具有以下优点：不需要窗户或天窗，可以在任何位置实现室内采光；可以减少室内的热量损失和能源消耗；可以提高室内空气质量，减少对人体健康的影响；可以改善室内光照条件，提高室内舒适度和办公效率。
光纤导光室内采光方法的应用范围非常广泛，可以用于住宅、商业建筑、工厂等各种场所。
未来，随着科技的发展和技术的成熟，光纤导光室内采光方法将会得到更广泛的应用。
- 1 -。
光纤的导光原理
3. 在光导纤维内传播的光线，其方向与纤维表面的法线 所成夹角如果大于某个临界角度，如图5-18所示。 则将在内外两层之间产生多次-18 光的全反射
图5-19 光在光纤中的传播
在传输过程中没有折射能量损失！
4.光纤的组成
纤芯
覆盖直径100—150微 米的包层和涂敷层，如 图所示，包层的折射率 比纤芯略低，并要求芯 料和涂层的折射率相差 越大越好
光纤的导光原理
1.光的全反射：当入射光的角度达到或超 过某一角度时，折射光会消失，入射光全 部被反射回来，这就是光的全反射。 2.光纤的原理：光导纤维简称光纤，是利用光的全反射原理 制作的一种新型光学元件，是由两种或两种以上折射率不同 的透明材料通过特殊复合技术制成的复合纤维。它可以将一 种讯息从一端传送到另一端，是让讯息通过的传输媒介。
包层
涂敷层
5.光导纤维按材质分类
无机光导纤维
单组分（石英）： 四氯化硅，三氯氧磷，三溴化硼 多组分： 二氧化硅，三氧化二硼，硝酸钠， 氧化铊等
高分子光导纤维
包皮鞘材：组成外层，主要 含氟聚合物或有机硅聚合物
6.光纤的应用
光纤通信是现代通信网的主要传输手段， 除此之外光纤还在医学领域也有着举足轻重的 作用，我们看到的各种漂亮的灯光效果都是纤 维的成果。
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光纤导光柱
光纤导光柱概述光纤导光柱是一种利用光纤的传导特性将光信号引导和聚焦的装置。
它由一束光线进入光纤，通过光纤的折射作用在另一端实现输出，实现了对光信号的传输和控制。
本文将对光纤导光柱的原理、结构、应用领域和未来发展进行全面、详细、完整地探讨。
原理光纤导光柱的工作原理基于光的折射和全反射现象。
当光线从一种密度较高的介质进入到密度较低的介质时，会发生折射。
在光纤中，当光线斜向入射到光纤的束腰处时，由于光纤内外介质折射率不同，光线被弯曲传播。
当光线角度足够小或光线的折射角度超过了临界角时，发生全反射现象。
通过控制光线的入射角度和光纤的结构参数，可以达到将光信号聚焦输出的效果。
结构光纤导光柱的结构一般包括光纤、外壳、透镜等组成部分。
光纤光纤是光纤导光柱的核心部分，常用的光纤材料有石英、玻璃等。
光纤的直径一般为几个至几十个微米，具有高折射率和低衰减特性，能够有效地传输光信号。
外壳外壳是光纤导光柱的保护层，一般由金属或塑料制成。
外壳的设计应能够保护光纤不受外界环境干扰，并具备较高的机械强度和耐温性能。
透镜透镜是光纤导光柱的光学组件，用于调节和聚焦光线。
透镜的种类有多种，如凸透镜、凹透镜等。
不同的透镜可以实现不同的光学效果，根据具体应用需求进行选择。
应用领域光纤导光柱在各个领域都有广泛的应用，以下列举几个常见的应用领域。
医学领域在医学领域，光纤导光柱可用于光学显微镜、内窥镜等医疗设备中。
通过光纤导光柱可以将光信号引导到病灶部位进行观察和诊断，避免了传统手术中的创伤和疼痛。
通信领域光纤导光柱是光通信系统中的重要组件之一。
通过光纤导光柱可以实现光信号的传输和传导，提高通信的速度和质量。
工业领域在工业领域，光纤导光柱可应用于激光切割、焊接等工艺中。
通过精准的光纤导光柱，可以实现对工件的精细加工和控制。
科研领域在科研领域，光纤导光柱常用于光学实验中。
通过光纤导光柱可以精确控制和聚焦光信号，实现对光学现象的研究和分析。
未来发展随着科技的进步和需求的不断增加，光纤导光柱将有更广泛的应用和发展。
光纤结构与导光原理
=(c/ )·(n2/n12)
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光纤通信系统
习题
例1：已知n1=1.5， n2=1.0， 试求其BL。 解： BL<(c/ )·(n2/n12)=0.4(Mb/s).km
例2：已知n1=1.5， =0.002。试求其BL 。 。 解： BL<(c/ )·(n2/n12)=100(Mb/s).km
2020/7/21
光纤的导光原理(射线分析)
2020/7/21
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光纤通信系统
全反射
❖定义：当入射角增大到某一角度，使折射角 达到90o时，折射光线完全消失，只剩下反射 光线，这种现象叫做全反射。
❖理解：全反射现象是光的折射的特殊现象， 折射光线的能量等于零，光线只按反射路线 传播，且遵循光的反射定律。
❖条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入 射角大于或等于临界角。
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光纤通信系统
渐变光纤的引入
群时延差限制了光纤的传输带宽。 为了减少多模阶跃折射率光纤的脉冲展 宽，人们制造了渐变折射率光纤。渐变 折射率光纤的折射率在纤芯中连续变化。 适当选择折射率的分布形式，可以使不 同入射角的光线有大致相同的光程，从 而大大减小群时延差。
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光纤通信系统
渐变光纤的光学特性
光学特性决定于它的折射率分布。渐变型光纤 的折射率分布可以表示为
n(r
)
n1[1 n1 (1
2f (r 2)1/ 2
)]1/2 (r a) n2 (r a)
f(r)=(r/a)，是一个描述光纤剖面折射率分布的 函数；a是纤芯半径；r是光纤中任意一点到轴心的 距离。使群时延差减至最小的最佳的在2左右， 称为抛物线分布。
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光子晶体光纤的导光原理
光子晶体光纤的导光原理1.引言1.1 概述概述：光子晶体光纤作为一种新型的光纤传输介质，具有独特的结构和出色的光导特性。
它采用光子晶体结构，通过调控光子晶体中的周期性折射率变化，实现对光信号的高效导引和传输。
与传统的光纤相比，光子晶体光纤在光导性能上具有明显的优越性，因此在光通信、光传感等领域有着广泛的应用前景。
本文将从光子晶体光纤的基本原理和导光机制两个方面进行探讨。
首先，我们将介绍光子晶体光纤的基本原理，包括其结构特点、制备方法和光学性质等方面的内容。
其次，我们将重点探讨光子晶体光纤的导光机制，包括全内反射、布喇格散射和空气孔径调制等关键技术的原理及其对光信号传输的影响。
通过对光子晶体光纤的导光原理的深入研究，可以更好地理解其优越的光导特性，并为其在光通信、光传感等领域的应用提供理论指导和技术支持。
此外，我们还将展望光子晶体光纤在未来的发展趋势，以及可能遇到的挑战和解决方案。
综上所述，本文旨在全面介绍光子晶体光纤的导光原理，为读者深入了解和应用光子晶体光纤提供参考。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下所示：1.2 文章结构本文主要围绕光子晶体光纤的导光原理展开讨论。
为了使读者更好地理解这个主题，本文将分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将首先对光子晶体光纤进行概述，介绍其基本特点和应用领域。
然后，本文将给出文章结构的总体概述，为读者提供一个整体的框架。
正文部分将重点讨论光子晶体光纤的基本原理和导光机制。
在2.1节中，将详细介绍光子晶体光纤的基本原理，包括其构造和组成材料。
然后，2.2节将深入讨论光子晶体光纤的导光机制，解释光信号在光纤中的传输过程，并探讨其与传统光纤的区别和优势。
结论部分将对文章进行总结，并展望光子晶体光纤在未来的发展前景。
3.1节将总结本文的要点和主要观点，强调光子晶体光纤在光通信和光传感领域的重要性。
而3.2节将展望光子晶体光纤技术未来的发展方向和可能的应用领域，为读者提供一个展望未来的思考。
第四章 光波导(光纤)传输理论PPT课件
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
光波 ？是高频率的电磁波，其频率 为1014HZ量级，波长为微米量级。 光纤 ？是工作在光频的一种介质波 导，它引导光沿着与轴线平行的方 向传输。 电磁波的频谱图
3
图4.1 电磁波谱图4
可得光纤中导波特征方程：
[n12 1J'm(U)1K'm(W)][1J'm(U)1K'm(W)] n22UJm(U) WKm(W) UJm(U) WKm(W)
m2(11)(n12 11) U2 W2 n22U2 W2
(4.15) 35
对于弱导波光纤n2≈n1 ，则特征方程可简化为：
U 1J J'm m ((U U ))W 1K K 'm m ((W W )) m (U 1 2W 12) (4.16)
25
贝塞尔函数曲线 第二类修正贝塞尔函数曲26 线
2. U、W、V和β作用
（在光纤中引入的几个重要参数）
U叫导波径向（r向）归一化相位常数，它描述 了导波电场和磁场在纤芯横截面上的分布； W叫导波径向（r向）归一化衰减常数，它描述 了导波电场和磁场在包层横截面上的分布； V叫归一化频率，它是表示光波频率大小的无量 纲的量； β为导波沿光纤轴向传输时的相位常数。
(4.4) 24
在纤芯中应为振荡解，故其解取贝塞尔函数；在 包层中应是衰减解，故其解取第二类修正的贝塞 尔函数解。于是R(r)可写为：
R(r)Jm[n21k202]1/2r
R (r)K m [ 2n22k20]1/2r
ra
光纤导光原理和光纤材料文稿演示
6
光纤通信的发展历程
20世纪的80年代中期，全世界范围内的光纤通信开始走 向实用化。石英玻璃光纤的质量为27克/公里。原料廉价 ，传输损耗小，不受外界电磁干扰，保密性强。
一、光纤的基本概念
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1、介质光波导
空间传播光与导波光
➢ 空间传播光：在自由空间中(或均匀介质中)传播的
光 ➢导波光：相对于空间传播的光，光被限制在与传播 方向垂直的截面内，在密闭区传播的光。
光波导：约束导波光的介质
➢平板波导 ➢矩形波导 ➢光导纤维(光纤)
平板波导
覆盖层 n3 薄膜 n1 衬底 n2
➢ 1929年和1930年，美国的哈纳尔和德国的拉姆先后拉制出 石英光纤且用于光线和图像的短距离传输；
此时的光纤波导的理论和应用技术进展相当缓慢， 主要原因是当时光纤损耗太大，达到几百甚至一千多 分贝/公里，这种光纤对通信是毫无用处的。
4
光纤通信的发展历程
➢ 世界光纤之父：高锟 1966年，高锟博士发表了著名
剖面折射率分布 多模梯度折射率光纤
19
2-2、光纤导光
θi
结论：
1. 光纤传光的原理是光的全反射； 2. 只有当光线的入射角θi< θi0时，光线才能被耦合进入光纤
传播； 3. 无论光源发射功率有多大，只有2θi0张角之内的光功率能 20 被光纤接受传播。
3、 影响光纤性能的主要因素
数值孔径（NA） 光纤模式 光纤损耗
除以上特点之外,还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设 ;光纤的原材料资源丰富,成本低;温度稳定性好、寿命长。 由于光纤通信具有以上的独特优点,其不仅可以应用在通信 的主干线路中,还可以应用在电力通信控制系统中,进行工 业监测、控制,而且在军事领域的用途也越来越为广泛。
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光纤导光原理
光纤导光原理是指利用光的全反射特性，在光纤内部传送光信号的一种技术。
光纤是一种由高纯度石英玻璃或塑料制成的细长柔软的材料，具有较高的光学透明性和光信号传输性能。
在光纤中，光信号的传输是通过光的全反射实现的。
当光从光纤的一端进入时，会在光纤的芯部一直传播，直到遇到光纤外部介质的边界。
当光从光纤芯部传播到光纤外部介质时，由于光的入射角大于临界角，光会发生全反射，并沿着光纤的轴向继续传输。
光纤的芯部是光信号传输的关键部分。
一般情况下，光纤的芯部比外部介质的折射率要高，这样光才能够在光纤中保持全反射的状态。
芯部的直径通常在几微米到几十微米之间，越小直径的光纤传输的信号损耗越小。
另外，光纤的外部包覆了一层折射率较低的材料，称为包层，用于保护光纤的芯部免受外界的损坏。
为了实现信号在光纤中的传输，光信号通常采用调制的方式进行传输。
通过改变光信号的强度、频率或相位等参数，可以在光纤中传输数字信号或模拟信号。
传输的信号在光纤的另一端经过接收器接收并解调，恢复原始的信号。
光纤导光原理的应用非常广泛，包括通信领域、医疗领域、工业领域等。
光纤通信是现代通信技术中主要的传输介质之一，具有传输容量大、传输距离远、抗干扰性强等优点。
在医疗领域，光纤可以用于内窥镜和光导激光手术等技术。
在工业领域，
光纤可以用于传感器、测温仪等领域。
总之，光纤导光原理是一种利用全反射现象传输光信号的技术。
通过光纤的结构和特性，可以实现光信号的高效传输，并在许多领域得到广泛应用。