光纤通信技术彭利标Fiber2光的传播特性

《光纤通信技术彭利标Fiber2光的传播特性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第2章光的传播特性尚辅网http://shangfuwang.com/内容提要§2.1几何光学§2.2光的电磁理论§2.3光的量子特性§2.4光源的发光原理尚辅网http://shangfuwang.com/§2.1几何光学一、光的反射与折射1、反射定律反射光线在入射光线和法线所决定的平面上，反射光线和入射光线分别位于法线两侧，反射角θr等于入射角θi。θr=θi（能量关系？相位关系？）注：光路的可逆性：反射光线与入射光线完全对称，若光线从反射光线的方向射到媒质的界面上，光就会逆着原来入射光线的方向反射出去，这种现象叫做光路的可逆性。光路的可逆性原理在光纤通信器件中得到广泛应用。

2、尚辅网http://shangfuwang.com/§2.1几何光学光从一种均匀媒质射入另一种均匀媒质时，传播方向在界面处发生改变的现象叫做光的折射（透射）。2、折射定律：折射光线在入射光线和法线所决定的平面上，折射光线和入射光线分居于法线的两侧，入射角θi的正弦与折射角θt的正弦之比为一常数sinθi/sinθt=常数注1：在折射中，光路也是可逆的。荷兰的斯奈尔于1621年首先得到的。1637年，法国的笛卡儿进一步指出，如果光从媒质I射入媒质Ⅱ时有sinθi/sinθt=v1/v2注2：式中v1、v2分别是光在媒质I和媒质Ⅱ中的传播速度，它们都是常数，因此v1/v2也是常数。尚

3、辅网http://shangfuwang.com/二、光的全反射(TIR)1、两种媒质:折射率大的叫光密媒质（纤芯），折射率小的叫光疏媒质（包层）。当光线从光密媒质射到光疏媒质时，在某种条件下，却只有反射而无折射，这时折射角θt大于反射角θr。2、光的反射：如果连续增大入射角θi，折射光线逐渐偏离法线而向纤芯的直边靠近，而且越来越弱，而反射光越来越强。当入射角增大至某一角度时，折射光线消失，只剩下反射光线，这种现象称为全反射TIR(TotalInternalReflection)。折射角θt等于900时的入射角θi称为临界角θc。§2.1几何光学尚辅网http://shangfu

4、wang.com/三、折射率与斯奈尔定律定义：光从真空射入某种媒质时，入射角θi的正弦与折射角θt的正弦之比，叫做这种媒质的折射率，用n表示:n=sinθi/sinθt=c/v注1：c和v分别是光在真空和在该媒质中的传播速度。因c总大于v，所以媒质的折射率n都大于1。即光从真空射入某种媒质时，折射角θt都小于入射角θi（反过来？）。真空的折射率等于1。光在空气中的传播速度近似等于c，因此空气的折射率近似等于1，光从真空射入空气时几乎不折射。注2：当光从折射率为n1的媒质I中，射入折射率为n2的媒质Ⅱ时，sinθi/sinθt=v1/v2=(c/v2)/(c/v1)=n2/n1--

5、-----斯奈尔（Snell）定律§2.1几何光学P23例2-1尚辅网http://shangfuwang.com/四、临界角由Snell定律可得到临界角：Sinθc/sin900=n2/n1即θc=sin-1（n2/n1）补例波长为1300nm的光在石英玻璃SiO2中（n=1.45）传播时，求入射到空气界面发生全反射时的临界角θc。解：n1=1.45（SiO2）n2=1（空气）由Sinθc/sin900=n2/n1即θc=sin-1（1/1.45）=sin-10.69=43.60§2.1几何光学尚辅网http://shangfuwang.com/光在传播过程中遇到强磁场会改变原

6、来的传播方向，远距离传播时，光束会发散。传播过程中，光的吸收、色散、散射都是光波与物质的相互作用的过程。1、光的吸收（1）吸收的线性规律光的吸收是指光波通过介质后，光强减弱现象。吸收的线性规律为：I=I0e-αl------布格尔定律五、光的传播特性尚辅网http://shangfuwang.com/（2）光的吸收光谱---与波长的关系物质对某些波长的光具有选择吸收性在无线通信中，就要考虑大气对电磁波的吸收问题（传播距离:长波、中波、短波-----地面波、天波直线波）。光纤对于某种波长的光波也具有强烈的选择吸收性（低损耗窗口）光的吸收和光波的波长有关，吸收随光波波长的变化就构

7、成吸收光谱。尚辅网http://shangfuwang.com/2、色散色散的概念：色散是介质的折射率n随光波波长λ变化的现象正常色散：介质的折射率n是随波长λ的增加而减小的色散叫正常色散。反常色散：介质的折射率n随着波长λ的增加而增加。色散示意图：尚辅网http://shangfuwang.com/3、散射（1）光的散射当光通过不均匀介质时，会偏离原来的方向而向四周传播，这种现象称为光的散射。（2）线性散射散射光的频率等于入射光的频率，散射光中没有新频率的光产生，这类散射称