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光纖模式理論簡介,報告人:彭 石 軍 時間:2010年4月,主要內(nèi)容,1、光纖結(jié)構(gòu) 2、模式概念 3、光纖內(nèi)模式傳輸?shù)睦碚摲治?4、結(jié)論,1、光纖結(jié)構(gòu),圖 1 光纖橫截面結(jié)構(gòu),圖2 不同芯徑的光纖,圖 3 光纖中的光線傳輸,a 單模光纖,b 多模光纖,光纖五要素:纖芯/包層折射率、階躍型/漸變型、纖芯/包層直徑、數(shù)值孔徑以及材料 光線在包層和外界環(huán)境交界面處有一定的穿透深度,因此,這樣的光線可以感知外界環(huán)境的變化,從而可以進(jìn)行傳感。,主要內(nèi)容,1、光纖結(jié)構(gòu) 2、模式概念 3、光纖內(nèi)模式傳輸?shù)睦碚摲治?4、結(jié)論,2、模式概念,1)模式是指滿足亥姆霍茲方程的一個特解,并滿足波導(dǎo)中心有界、在邊界趨于無窮時為零等邊界條件。 2)一個模式,實際上是正規(guī)光波導(dǎo)的光場沿橫截面分布的一種場圖。,3)模式是有序的。因為模式是微分方程的一系列特征解,所以是離散的、可以排序的。排序方法:一種是以特征方程中分離變量的根的序號排列;另一種是以之大小排序, 越大序號越小。 4)許多個模式的線性組合構(gòu)成了光波導(dǎo)中總的場分布。因此,一系列模式可以看成一個光波導(dǎo)的場分布的空間譜。 5)一個模式在波導(dǎo)中傳播最基本的物理量是它的傳輸常數(shù)。,圖 4 幾種低階模的場分布,主要內(nèi)容,1、光纖結(jié)構(gòu) 2、模式概念 3、光纖內(nèi)模式傳輸?shù)睦碚摲治?4、結(jié)論,3、光纖內(nèi)模式傳輸?shù)睦碚摲治?基本思路:,麥克斯韋方程組,柱坐標(biāo)下亥姆霍茲方程,貝塞爾函數(shù)及場解,邊界連續(xù),色散方程,傳輸常數(shù),回代,替換,和,其中,圖 5貝塞爾函數(shù)(a)第一類貝塞爾函數(shù) (b)第一類變態(tài)貝塞爾函數(shù) (c)第二類貝塞爾函數(shù) (d)第二類變態(tài)貝塞爾函數(shù),由邊界連續(xù),可推出一般色散方程,TE模,TM模,且滿足弱導(dǎo)近似,圖 6 傳輸常數(shù)計算,圖 7 TE模不同折射率下一階色散曲線,圖 8 EH模不同折射率下一階色散曲線,圖 9 幾種低階模的場分布,圖 10 幾種線偏模功率分布,圖 11 歸一化傳輸常數(shù),主要內(nèi)容,1、光纖結(jié)構(gòu) 2、模式概念 3、光纖內(nèi)模式傳輸?shù)睦碚摲治?4、結(jié)論,4、總 結(jié),1) 不要被紙老虎所嚇倒,先把握大綱,了解理論的來由。 2)對于公式,不要求逐一推導(dǎo),明白每一個符號的含義即可。只有在
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