1、 湖南大学物理与微电子科学学院，王玲玲2016 年 3 月物理与微电子科学学院School of Physics and MicroelectronicsScience 光电子学第四章 光辐射在介质波导中的传播 第十二讲问题一：简述高锟的主要贡献 华裔 高锟， 美 威拉德 博伊尔 和 乔治 史密斯， “光在纤维中传输已用于光学通信方面 ”突破成就，获 2009物理学诺贝尔奖； 1966，纯度极高玻璃为媒介传送光波作为通信用基础理论 提出玻璃制成衰减 20dB/km光纤实现光通讯。 第十一讲要点回顾第十一讲要点回顾 问题二：光纤通信发展分几个阶段 第一阶段（ 1966-1976） 基础研究到商业
2、应用开发期； 第二阶段（ 1976-1986）， 以 传输速率 和 传输距离为目标和推广应用发展时期； 第三阶段（ 1986-1996）， 超大容量超长距离 目标，全面深入开展新技术研究时期。 第十一讲要点回顾第十一讲要点回顾 光辐射在介质波导中的传播（第十二讲） 44-7 光纤损耗与色散 4-6 光纤中电磁波模式理论 4-4 矩形介质波导基本概念 4-3 平板波导的电磁理论 4-2 介质平板光波导的射线分析方法 4-1 光在介质分界面上的反射与折射 4-8 光波导装置与应用 4-5 光纤中的射线分析 （ 上、 中 、 下 ） 思路： 4-1光在介质分界面上反射与折射4-2介质平板上光波导射线
3、分析方法 4-3平板波导电磁理论 4-4矩形介质波导基本概念4-5光纤中射线分析4-6光纤中电磁波模式理论4-7光纤损耗与色散4-8光波导装置与应用后： 阶跃型光纤 射线分析概念和参数： 子午线与子午面，相对 n差 ， 数值孔径 NA， 子午光线在光纤时延差，光线在几种特殊形状光纤传播，斜光线传播； 先： 光纤组成、分类、比较； 光源调制器 驱动电路 放大器 光电二极管 判决器 光纤 光纤 中继器 光纤 光纤通信要求： 能将信息无失真从发送端传送到用户端； 要求： 传输媒质光纤均匀，透明理想传输，信号相同 v无损无畸变 传输； 实际光纤通信系统光纤存在 损耗和色散， 信号强度高存在 非线性；
4、？ 实际系统， 光信号如何传输？传输特性、能力如何？ 讨论要点 无损无畸变 4-1光在介质分界面上反射与折射4-2介质平板上光波 导射 线分析方法 4-3平板波导电磁理论 4-4矩形介质波导基本概念4-5光纤中射线分析4-6光纤中电磁波模式理论4-7光纤损耗与色散4-8光波导装置与应用一、概 论 二、阶跃型光纤的射线分析 三、渐变型光纤的射线分析 60年代， 光纤损耗 1000dB/km 1970， 突破，损耗 到 20dB/km（ 1m 区） 1979， 损耗 0.2dB/km （ 1.55m） 低损耗光纤问世致光波技术领域革命，开创光纤通信时代。 4-1光在介质分界面上反射与折射4-2介质
5、平板上光波 导射 线分析方法 4-3平板波导电磁理论 4-4矩形介质波导基本概念4-5光纤中射线分析4-6光纤中电磁波模式理论4-7光纤损耗与色散4-8光波导装置与应用一、概 论 二、阶跃型光纤的射线分析 三、渐变型光纤的射线分析 光纤 工作在 光频 介质波导， 形状 圆柱形，光波约束在内部，引导光沿与轴平行方向前进。 光纤 光导纤维， 细小，柔韧能传输光信号 介质，光缆 由多条光纤组成。 与 双绞线 和 同轴电缆 比： 光缆 适应网络对长距离传输大容量信息要求，计算机网络发挥作用。 光纤高度透明玻璃丝，纯石英经复杂工艺拉制成。 光纤 中心部分（芯 Core） 同心圆状包裹层（包层 Clad）
6、 涂覆层。 特点： ncorenclad光在芯和包层界面反复全反射，光纤中传递。 4-1光在介质分界面上反射与折射4-2介质平板上光波 导射 线分析方法 4-3平板波导电磁理论 4-4矩形介质波导基本概念4-5光纤中射线分析4-6光纤中电磁波模式理论4-7光纤损耗与色散4-8光波导装置与应用一、概 论 二、阶跃型光纤的射线分析 三、渐变型光纤的射线分析 室内外单膜多膜 2芯 -24 芯光纤光缆 PMMA（ 聚甲基丙烯酸甲酯 ） 塑料光纤 室外光纤 24681012单模 多模 光导纤维（ Optical fiber） 光纤， 用光在玻璃或塑料纤维 全反射原理 达成光传导工具。 光在光纤传导损耗
7、比 电在电线传导损耗 低得多，作长距信息传递。 4-1光在介质分界面上反射与折射4-2介质平板上光波 导射 线分析方法 4-3平板波导电磁理论 4-4矩形介质波导基本概念4-5光纤中射线分析4-6光纤中电磁波模式理论4-7光纤损耗与色散4-8光波导装置与应用一、概 论 二、阶跃型光纤的射线分析 三、渐变型光纤的射线分析 光纤三部分组成： 1. 里面 纤芯， n1 2. 纤芯外 n2（ n1） 介质包层， 保护纤芯： (1) 光纤机械强度； (2) 避免纤芯接触污染物质， 纤芯表面过大不连续（界面两边 n差过大）引起 散射损耗； 3. 包层外有层 弹性耐磨塑料材料， 进一步 光纤强度，机械上隔离或缓和几何形状微小不均匀，畸变或邻近表面粗糙度对光纤影响，避免产生随机微弯引起散射损耗。 纤芯 包层 保护套 芯 包层 树脂被覆层 4-1光在介质分界面上反射与折射4-2介质平板上光波 导射 线分析方法 4-3平板波导电磁理论 4-4矩形介质波导基本概念4-5光纤中射线分析4-6光纤中电磁波模式理论4-7光纤损耗与色散4-8光波导装置与应用一、概 论 二、阶跃型光纤的射线分析 三、渐变型光纤的射线分析
