《 光纤光学 》 基本概念复习 (I)

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《 光纤光学 》 基本概念复习 (I). 光波导的基本概念. 导波光:受到约束的光波 光波导:约束光波传输的媒介 介质光波导三要素: “芯 / 包”结构 凸形折射率分布, n 1 >n 2 低传输损耗. 园柱波导 : 光导纤维. 125 m m. 单模: 8 ~ 10 m m. 多模: 50 m m. 研究方法. 分析思路. 分离变量. 电矢量与磁矢量分离 : 可得到只与电场强度 E (x,y,z,t) 有关的方程式及只与磁场强度 H (x,y,z,t) 有关的方程式(波动方程); - PowerPoint PPT Presentation

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  • (I)

  • / n1>n2

  • :8 ~10mm50mm125mm

  • d

    d

    /

    PAGE

    12

  • : E(x,y,z,t)H(x,y,z,t): E(x,y,z)H(x,y,z)E(x,y)H(x,y)E(x,y)H(x,y)

  • c2w2em-b2n2 k02-b2 b=n(r)k0cosqz,c,.

  • ----;----;----.----,

  • EzHz,: (1)(TEM): EzHz0; (2)(TE): Ez0, Hz0; (3)(TM): Ez0,Hz0; (4)(HEEH):Ez0, Hz0 HE(EH),TE(TM)

  • (r)(n); ; dr/dS, n, ;,nr,dr/dS, ,

  • :

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    : NA,

    : n1n2

  • ()

  • : : : NA(r),

    : (rip):

  • drr0dsdzxyz(drdS) |r0sinz(r0)sin(r0)(r ddS)|r0 sinz(r0)cos(r0) (dzdS)|r0 cosz(r0)r0

  • : n(dz/dS)=const., ,

    n(r)dz/dSn(r)cosz(r)=n(r0)cosz(r0) ----

  • : Vp/c/ (GIOF)z, z,(SIOF)(SIOF)

  • :

    r2d/dz r0n(r0)sinz(r0)cos(r0)

    ----

  • r2=r2d/dt= c/ 2 ,r:r;r

  • r :

    2(dr/dz)2g(r)

  • r,dr/dz,z1z2(dr/dz0),,rzz1z2

  • :

    g(r)0,;g(r)0,g(r) = 0, n2(dr/dz)2g(r)

  • n2(r)n2(r)-I2 /r2n2(a)- I2 /r2

  • : n2n(r0) cosz(r0)n1: rg1 < r < rg2

    rg1rg2

  • :

    n2> n(r0) cosz(r0)>n22(r02/a2)n2(r0)sin2z(r0)cos2(r0)

    : rl1 < r < rl2 r > rl3rl1rl2: rl3

  • :

    0< n(r0) cosz(r0)

  • ,:(1),,,;(2) ,

  • ,EzHz,(1-3-6)~(1-3-9),EzHz

  • G2(r)0, ;G2(r)0 , , G2(r)0,

  • n2(r)k02n2(r)k02-l2 /r2n22k02-l2 /r2

  • n2k0n1k0

    : rg1

  • n22k02 (21/4)a2
  • 0rr1,,,,

  • TE/TMHE/EH

  • ccb z kz-bk=n(r)k0zqzc

  • neff = b/k0

  • Er,E,Ez,Hr,H,Hz

  • Jl, Nl Hl (1) , Hl (2) Il , Kl

  • :; ,;: Jl, Kl: Jl,Kl..

  • (0
  • : TETM;HEEH, HE(),EH;: EH,HE;(Ez,Hz)
  • : : W=0 , : W, : TE0m(TM0m)J0(Uc)0J1(U)0HElm Jl-2(Uc)0Jl-1(U)0EHlm Jl (Uc)0 Jl+1(U)0*HE1m,U: Uc
  • ,V,,V, V=Vc, Vc;Vc2.405, HE11,, ;

  • : Vc2/0an12n22 2.405 (SIOF : ac1.2020/n12n22: can12n22/ 1.202:fc1.202c/an12n22cffc.,HE11,HE11TE01TM01HE21,Vc2.405

  • n1n2 nHEl+1,mEHl-1,m

  • LPlmLPlm,EyHxEzHzExHyEzHzyxLPlmHEl+1,mEHl-1,m

  • LPlm (0
  • LPlm (r>a)

  • LPlm l0LPlmxycoslf sinlfl=0LP0m

  • LPlm:LPlm,n1n2,HEl+1,mEHl-1,m,,zz,: L2/(1-2) 12Z

  • r=a Ez

  • LPlm: : W=0 , : W, : l=0:J1(Uc)0J0(U)0l=1: J0(Uc)0J1(U)0l>1: Jl-1(Uc)0Jl(U)0*LP0m,U: Uc
  • SIOF# V SIOFV2/2,

    V

    0--2.405

    2.405--3.832

    3.832--5.136

    5.136--5.520

    5.520--6.380

    .

    .

    LP01

    LP11

    LP02, LP21

    LP31

    LP12

    .

    2

    2+4=6

    6+6=12

    12+4=16

    16+4=20

    .

    .

  • SIOFW1,Jl(U)0U,Jl:cos(U-/4 l/2)0U-/4 -l/2 (2m-1)/2, (m1,2,3...) U V, (l+2m-1/2) 2V/pl-m4N=4V2/p2V2/22V/pnmV/p

  • yLPlm,,: (Ey)lmA[Jl(Ulmr/a)/Jl(Ulm)]coslUlmJl-1(Uc)0 Jl(U)0 mLPlmm,2l.

  • LP21: (Ey)21A[J2(U21r/a)/J2(U21)]cos23.823U215.136;0U21r/a5.136J2(U21ra)J2(U21),,cos2,p/4, 3p/4, 5p/4 7p/4 , ,

  • ,,UlmU,U>>1,: U(l2m1/2)/2l2m,U,lm,pp= l2m p,p/2LPlm,LPlm,p2p"",m,""lm

  • pUp: Upp/2p: pn1k0cospn12k02Up2/a2,pp,Kz: n1sinpUp/ak0p0/4a,,,