光纤结构、波导原理和制造.ppt

光纤结构、波导原理和制造
光纤结构、波导原理和制造光纤结构、波导原理和制造
回顾光的特性、基本的光学定律和定义
介绍光纤结构、分类、特性和射线光学解释
圆波导模式及其理论简介*
单模光纤的特性、材料以及制造工艺
光纤的几种成缆方式
主要内容
光的基本特性
- 17世纪意大利格里马蒂和英国胡克
观测到光的衍射现象
- 1690年海牙物理学家惠更斯提出光
的波动性学说
- 1801年托马斯·杨双缝干涉实验
- 1817年菲涅尔解释并重新演示了光
的衍射
- 1865年麦克斯韦发表电磁场理论并
预言光是一种电磁波
- 1888年赫兹实验证实了麦克斯韦的
预言
光的波动性
光两种典型的传播方式
定义：具有相同相位的点的集合称为光的等相面或者波前
性质：光的传播方向垂直于波前
点光源
球面波前
平面波前
光线
假设光在各向同性的均匀介质中传播
平面波
光波是一个横波，其传播方向垂直于电场(E)和磁场(H)的振动方向 (1821年，菲涅尔)
给定一个空间直角坐标系O-xyz，
假设一列平面波始终沿 z 方向传
播，那么这列波可测量的电场可
以表示为：
其中：e为电场振动方向
w为光的角频率
k = 2p/l为传播常数，表征相位变化的快慢
E(z, t) = eEcos(t - kz)
O
y
x
z
e
e
偏振态
根据光的电场矢量在xy平面上的运动轨迹，可以将光分为：
线偏振光
椭圆偏振光
圆偏振光
O
y
x
z
e
e
电场矢量在xy平面上的运动轨迹为一条直线的光称为线偏振光，它可以表示为两个相互正交的线偏振光：
E(z, t) = Ex(z, t) + Ey(z, t)
Ex(z, t) = exE0xcos(t - kz)
Ey(z, t) = eyE0ycos(t - kz +)
这两个垂直分量之间的相位
差满足d = 2mp, 其中m = 0,
±1, ±2,…
线偏振光
q
E0y
E0x
椭圆偏振光 (d ≠ 2mp, m = 0, ±1, ±2,…)
椭圆偏振光
圆偏振光
特别地，当两个相互正交的分量
E0x = E0y = E0，且二者之间的相
位差d = ±p/2 + 2mp 时，椭圆偏
振光变成圆偏振光：
迎着光传播的方向观察，根据 d
取p/2和-p/2，圆偏振光分为右旋
圆偏振光和左旋圆偏振光
光的粒子性：光电效应 (1887年赫兹发现，1905年爱因斯坦成功解释)
1. 光能量的发射及吸收总是以光量子的离散形式进行的
2. 光子的能量仅与光子的频率有关
一个频率为n的光子能量为
E = hn
其中h =  10-34 J·s为普朗克常数
光的量子特性
在光的照射下，金属是否发射电子，仅及光的频率相关，而与光的亮度和照射时间无关。不同的金属材料要求不同的光照频率。