光纤光学第三章

第三章 阶跃折射率光纤 本章知识导图 §3 -1 几何光学分析法 教学目标 1 、了解几何光学分析的基本思路；2 、理解数值孔径、时延差的概念；3 、了解斜光线与子午光线在传播上差异； 教学重点 1 、理解数值孔径和时延差的概念；2 、理解时延差与带宽的关系 教学难点 1 、斜光线时延差的推导 教学方法 讲授 教学形式 多媒体 学时分配 2 课时 作业 无 §3 .1 -1 阶跃折射率光纤中子午光线的传播 一、子午光线 在任何一根光纤中，通过光纤中心轴的任何平面都称为子午面，它有无穷多个； 位于子午面内的光线称为子午光线，它在光纤端面上的投影即为光纤端面上的直径或是一个点。 二、全反射条件 • 见图，n1, n2 分别为纤芯和包层材料的折射率，n0 为周围介质的折射率，在界面上，若满足 • （ 斯涅尔定律 ） 则ψ 就是全反射的临界角，记作ψc。 三、数值孔径 四、子午光线的时延差 1 、渡越时间 2 、模间色散 ,221SinnSinn 3 、传输带宽 4 、传输容量限制 §3 .1 -2 斜光线的传播 1 、 斜光线全反射条件 2 、斜光线数值孔径 3 、最大时延差 §3 -2 波导场方程及导模场解 教学目标 1 、了解导模场方程的特点；2 、推导导模场解 教学重点 1 、导模场方程的特点；2 、纵向场的物理意义；3 、横向场的推导 教学难点 横向场的推导 教学方法 讲授 教学形式 多媒体 学时分配 1 课时 作业 无 圆柱波导中场解的描述形式 标量模 矢量模 一、纵向分量的场解 纵向分量解的形式： 径向分量满足的方程： 第一类贝塞尔函数 J l(x ) 可解得：       222212222222221010d F rdF rlkF rdrrdrrd F rdF rlkF rdrrdrr( )( )( )zze rF rh r() (0)( , )( , )() ()illzzillAUrJeraBae rh rCWrKeraDa     2222201Uk na2222202Wk na【例题1】光纤的纤芯折射率n1=1.5，包成的折射率n2=1.48，纤芯半径a=2μm，入射光的波长 628nm，光纤内的纤壁入射角为φ=850。求此光纤的归一化频率，芯区的纵向传播常数和横向传播常数，芯区和包成的横向归一化传播常数。 二、模式场解 §3 -3 本征值方程 教学目标 1 、了解导模场方程的...