《波动光学基础》PPT课件.ppt

《《波动光学基础》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《波动光学基础》PPT课件.ppt（39页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1第第2章章 波动光学基础波动光学基础 在在在在光光光光纤纤纤纤光光光光学学学学中中中中，波波波波的的的的传传传传播播播播问问问问题题题题非非非非常常常常重重重重要要要要。在在在在本本本本章章章章中中中中，将将将将介介介介绍绍绍绍有有有有关关关关波波波波传传传传播播播播中中中中一一一一些些些些重重重重要要要要的的的的基基基基础础础础理理理理论论论论。对对对对一一一一些些些些特特特特殊殊殊殊的的的的概概概概念念念念进进进进行行行行了了了了重重重重点点点点介介介介绍绍绍绍，所所所所有有有有这这这这些些些些概概概概念念念念都与光纤光学直接相关。都与光纤光学直接相关。都与光纤光学直接相关。都与光纤光学

2、直接相关。23.1 3.1 电磁波电磁波3.2 3.2 色散、脉冲畸变和信息速率色散、脉冲畸变和信息速率 3.3 3.3 偏振偏振3.4 3.4 谐振腔谐振腔3.5 3.5 平面边界上的反射平面边界上的反射3.6 3.6 全反射临界角全反射临界角3.7 3.7 总结和讨论总结和讨论3图图图图给给给给出出出出了了了了一一一一个个个个简简简简单单单单平平平平面面面面波波波波的的的的矢矢矢矢量量量量E E E E与与与与传传传传播播播播方方方方向向向向的的的的关关关关系系系系。波波波波沿沿沿沿z z z z轴轴轴轴方方方方向向向向传传传传播播播播，电电电电场场场场矢矢矢矢量量量量指指指指向向向向x

3、x x x轴轴轴轴方方方方向向向向。如如如如果果果果电电电电场场场场仅仅仅仅指指指指向向向向一一一一个个个个方向，则称为方向，则称为方向，则称为方向，则称为线偏振线偏振线偏振线偏振，因为该指向总是在同一直线上。，因为该指向总是在同一直线上。，因为该指向总是在同一直线上。，因为该指向总是在同一直线上。3.3 3.3 偏振偏振图图图图3.13 3.13 3.13 3.13 电场矢量沿电场矢量沿电场矢量沿电场矢量沿x x x x轴方向轴方向轴方向轴方向偏振，沿偏振，沿偏振，沿偏振，沿z z z z轴方向传播的波轴方向传播的波轴方向传播的波轴方向传播的波在在在在无无无无边边边边界界界界的的的的介介介介

4、质质质质中中中中传传传传播播播播的的的的平平平平面面面面波波波波，其其其其电电电电场场场场矢矢矢矢量量量量总总总总是是是是与与与与传传传传播播播播方方方方向向向向正正正正交交交交。图图图图中中中中，平平平平面面面面波波波波沿沿沿沿z z z z轴轴轴轴方方方方向向向向传传传传播播播播时时时时，其其其其电电电电场场场场矢矢矢矢量量量量也也也也可可可可以以以以指向指向指向指向y y y y轴方向。轴方向。轴方向。轴方向。实实实实际际际际的的的的偏偏偏偏振振振振方方方方向向向向是是是是由由由由光光光光源源源源的的的的偏偏偏偏振振振振方方方方向向向向和和和和光光光光波波波波所所所所通通通通过过过过的的

5、的的偏偏偏偏振振振振敏敏敏敏感元件特性决定的。感元件特性决定的。感元件特性决定的。感元件特性决定的。图图图图3.13 3.13 3.13 3.13 电场矢量沿电场矢量沿电场矢量沿电场矢量沿x x x x轴方向轴方向轴方向轴方向偏振，沿偏振，沿偏振，沿偏振，沿z z z z轴方向传播的波轴方向传播的波轴方向传播的波轴方向传播的波可可可可能能能能同同同同时时时时有有有有两两两两列列列列波波波波沿沿沿沿z z z z轴轴轴轴方方方方向向向向传传传传播播播播，其其其其中中中中一一一一个个个个是是是是x x x x方方方方向向向向偏偏偏偏振振振振，一一一一个个个个是是是是y y y y轴轴轴轴方方方方向

6、向向向偏偏偏偏振振振振的的的的。因因因因为为为为偏偏偏偏振振振振方方方方向向向向相相相相互互互互正正正正交交交交，因因因因此此此此这这这这两两两两束束束束波波波波是相互独立的。是相互独立的。是相互独立的。是相互独立的。经经经经常常常常用用用用“模模模模式式式式”这这这这一一一一术术术术语语语语来来来来指指指指出出出出一一一一个个个个电电电电磁磁磁磁波波波波在在在在确确确确定定定定方方方方向向向向传传传传播播播播时时时时不不不不同同同同的的的的特特特特性性性性。这这这这两两两两束束束束相相相相互互互互独独独独立立立立的的的的波波波波也也也也可可可可以以以以说说说说成成成成是是是是无无无无边边边边

7、界界界界介介介介质质质质中中中中的平面波模式。的平面波模式。的平面波模式。的平面波模式。也也也也有有有有可可可可能能能能出出出出现现现现其其其其他他他他模模模模式式式式，其其其其偏偏偏偏振振振振方方方方向向向向在在在在xyxyxyxy平平平平面面面面内内内内，与与与与x x x x轴轴轴轴和和和和y y y y轴轴轴轴成成成成一一一一定定定定角角角角度度度度。xyxyxyxy平平平平面面面面内内内内任任任任意意意意方方方方向向向向的的的的电电电电场场场场矢矢矢矢量量量量都都都都可可可可以以以以分分分分解解解解成成成成x x x x方方方方向向向向和和和和y y y y方方方方向向向向两两两两个

8、个个个分分分分量量量量，所所所所以以以以这这这这样样样样一一一一个个个个电电电电场场场场矢矢矢矢量量量量可可可可以以以以看看看看成成成成是是是是由由由由上上上上面描述的两个模式所组成的面描述的两个模式所组成的面描述的两个模式所组成的面描述的两个模式所组成的。图图图图3.13 3.13 3.13 3.13 电场矢量沿电场矢量沿电场矢量沿电场矢量沿x x x x轴方向轴方向轴方向轴方向偏振，沿偏振，沿偏振，沿偏振，沿z z z z轴方向传播的波轴方向传播的波轴方向传播的波轴方向传播的波6如如如如果果果果一一一一个个个个电电电电磁磁磁磁波波波波的的的的电电电电场场场场矢矢矢矢量量量量的的的的取取取取

9、向向向向是是是是随随随随机机机机的的的的，则则则则该该该该电电电电磁磁磁磁波波波波称为非偏振波。在光纤中传播的绝大多数波读书非偏振的。称为非偏振波。在光纤中传播的绝大多数波读书非偏振的。称为非偏振波。在光纤中传播的绝大多数波读书非偏振的。称为非偏振波。在光纤中传播的绝大多数波读书非偏振的。在在在在一一一一个个个个波波波波导导导导结结结结构构构构中中中中，例例例例如如如如在在在在光光光光纤纤纤纤中中中中，可可可可能能能能存存存存在在在在很很很很多多多多模模模模式式式式。偏振仅仅是波导中各种不同模式之中的一种。偏振仅仅是波导中各种不同模式之中的一种。偏振仅仅是波导中各种不同模式之中的一种。偏振仅仅

10、是波导中各种不同模式之中的一种。有有有有关关关关模模模模式式式式的的的的概概概概念念念念将将将将在在在在第第第第4 4 4 4章章章章、第第第第五五五五章章章章中中中中进进进进一一一一步步步步介介介介绍绍绍绍。模模模模式式式式概概概概念对光通信系统的设计即其传输容量起着非常重要的作用。念对光通信系统的设计即其传输容量起着非常重要的作用。念对光通信系统的设计即其传输容量起着非常重要的作用。念对光通信系统的设计即其传输容量起着非常重要的作用。3.3 3.3 偏振偏振7一一一一个个个个射射射射频频频频振振振振荡荡荡荡器器器器一一一一般般般般由由由由一一一一个个个个放放放放大大大大器器器器、一一一一个

11、个个个调调调调谐谐谐谐电电电电路路路路和和和和一一一一个个个个反馈装置反馈装置反馈装置反馈装置构成。构成。构成。构成。uu反反反反馈馈馈馈装装装装置置置置将将将将放放放放大大大大器器器器的的的的输输输输出出出出回回回回到到到到输输输输入入入入端端端端，使使使使得得得得信信信信号号号号周周周周期期期期性性性性地通过放大器，从而得到充分放大。地通过放大器，从而得到充分放大。地通过放大器，从而得到充分放大。地通过放大器，从而得到充分放大。uu经经经经过过过过一一一一个个个个极极极极短短短短的的的的时时时时间间间间后后后后达达达达到到到到稳稳稳稳态态态态状状状状态态态态，这这这这时时时时系系系系统统统

12、统的的的的损损损损耗耗耗耗（从从从从振振振振荡荡荡荡器器器器获获获获得得得得的的的的有有有有用用用用的的的的功功功功率率率率输输输输出出出出，再再再再加加加加上上上上其其其其他他他他损损损损耗耗耗耗，例例例例如如如如发发发发热热热热）正正正正好好好好等等等等于于于于从从从从放放放放大大大大器器器器获获获获得得得得的的的的增增增增益益益益。达达达达到到到到稳稳稳稳态态态态状状状状态后，振荡器保持恒定的输出功率。态后，振荡器保持恒定的输出功率。态后，振荡器保持恒定的输出功率。态后，振荡器保持恒定的输出功率。uu调谐电路决定振荡器的振荡频率。调谐电路决定振荡器的振荡频率。调谐电路决定振荡器的振荡频率

13、。调谐电路决定振荡器的振荡频率。3.4 3.4 谐振腔谐振腔激激激激光光光光器器器器是是是是一一一一个个个个极极极极高高高高频频频频的的的的振振振振荡荡荡荡器器器器，称称称称其其其其为为为为光光光光振振振振荡荡荡荡器器器器更更更更为为为为准准准准确确确确。其其其其功功功功能能能能与与与与低低低低频频频频振振振振荡荡荡荡的的的的相相相相似似似似。图图图图中中中中的的的的激激激激光光光光器器器器有有有有圆圆圆圆柱柱柱柱形形形形介介介介质质质质及及及及其其其其两两两两个个个个端端端端面面面面的的的的反反反反射射射射镜镜镜镜构构构构成成成成，介介介介质质质质起起起起放放放放大大大大作作作作用用用用。介

14、介介介质质质质的的的的特特特特性性性性决定了激光器的输出频率和谱宽。决定了激光器的输出频率和谱宽。决定了激光器的输出频率和谱宽。决定了激光器的输出频率和谱宽。uu反反反反射射射射镜镜镜镜为为为为光光光光振振振振荡荡荡荡器器器器提提提提供供供供反反反反馈馈馈馈，使使使使光光光光反反反反复复复复通通通通过过过过放放放放大大大大介介介介质质质质。光从激光器的一个部分透光的镜面输出。光从激光器的一个部分透光的镜面输出。光从激光器的一个部分透光的镜面输出。光从激光器的一个部分透光的镜面输出。图图图图3.14 3.14 3.14 3.14 激光器激光器激光器激光器有有有有些些些些激激激激光光光光器器器器的

15、的的的两两两两个个个个镜镜镜镜面面面面都都都都可可可可以以以以透透透透光光光光，允允允允许许许许从从从从器器器器件件件件的的的的两两两两端端端端获获获获得得得得光光光光功功功功率率率率输输输输出出出出，这这这这对对对对光光光光纤纤纤纤通通通通信信信信系系系系统统统统中中中中的的的的半半半半导导导导体体体体激激激激光光光光器器器器非非非非常常常常有有有有价价价价值。值。值。值。uu一一一一个个个个发发发发光光光光面面面面发发发发出出出出的的的的光光光光被被被被耦耦耦耦合合合合进进进进传传传传输输输输光光光光纤纤纤纤，另另另另一一一一个个个个端端端端面面面面发发发发出的光用来监测光源的状态出的光用

16、来监测光源的状态出的光用来监测光源的状态出的光用来监测光源的状态。uu这这这这样样样样能能能能很很很很快快快快检检检检测测测测到到到到光光光光功功功功率率率率的的的的起起起起伏伏伏伏，通通通通过过过过驱驱驱驱动动动动电电电电路路路路的的的的自自自自动动动动调整使得激光器发光功率保持在平稳状态。调整使得激光器发光功率保持在平稳状态。调整使得激光器发光功率保持在平稳状态。调整使得激光器发光功率保持在平稳状态。图图图图中中中中的的的的两两两两个个个个端端端端面面面面反反反反射射射射镜镜镜镜构构构构成成成成了了了了一一一一个个个个谐谐谐谐振振振振腔腔腔腔（通通通通常常常常称称称称为为为为法法法法布布布

17、布里里里里-珀珀珀珀罗罗罗罗腔腔腔腔），在在在在腔腔腔腔体体体体内内内内存存存存在在在在两两两两束束束束波波波波，一一一一束束束束向向向向右右右右传传传传播播播播，一一一一束束束束向向向向左传播。左传播。左传播。左传播。图图图图3.14 3.14 3.14 3.14 激光器激光器激光器激光器在图在图在图在图中，画出了光波在长度中，画出了光波在长度中，画出了光波在长度中，画出了光波在长度L L L L的谐振腔内不同时刻的波形。的谐振腔内不同时刻的波形。的谐振腔内不同时刻的波形。的谐振腔内不同时刻的波形。图图图图3.15 3.15 3.15 3.15 光波在长度光波在长度光波在长度光波在长度L L

18、 L L的谐振腔内不同时刻的波形的谐振腔内不同时刻的波形的谐振腔内不同时刻的波形的谐振腔内不同时刻的波形电电电电磁磁磁磁波波波波会会会会相相相相互干涉。互干涉。互干涉。互干涉。当当当当波波波波具具具具有有有有相相相相同同同同的的的的相相相相位位位位时时时时，干干干干 涉涉涉涉 相相相相 长长长长。相相相相位位位位相相相相差差差差干涉相消。干涉相消。干涉相消。干涉相消。在在在在同同同同一一一一幅幅幅幅图图图图中中中中画画画画出出出出叠叠叠叠加加加加场场场场在在在在各各各各个个个个时时时时刻刻刻刻的的的的波波波波形形形形，则则则则可可可可以以以以发发发发现现现现具具具具有有有有波峰、波谷交替出现的

19、特殊形式，即图波峰、波谷交替出现的特殊形式，即图波峰、波谷交替出现的特殊形式，即图波峰、波谷交替出现的特殊形式，即图中所示的驻波图形。中所示的驻波图形。中所示的驻波图形。中所示的驻波图形。某某某某些些些些特特特特定定定定的的的的点点点点上上上上，场场场场总总总总是是是是为为为为零零零零。而而而而在在在在其其其其他他他他点点点点上上上上，场场场场量量量量在在在在图图图图中中中中的的的的包络线内振荡，包络本身是固定的。包络线内振荡，包络本身是固定的。包络线内振荡，包络本身是固定的。包络线内振荡，包络本身是固定的。为为为为了了了了产产产产生生生生稳稳稳稳定定定定的的的的驻驻驻驻波波波波场场场场，谐谐

20、谐谐振振振振腔腔腔腔的的的的长长长长度度度度必必必必须须须须是是是是半半半半波波波波长长长长的的的的整整整整数数数数倍倍倍倍，即即即即图图图图3.16 3.16 3.16 3.16 谐振腔内的驻波图形谐振腔内的驻波图形谐振腔内的驻波图形谐振腔内的驻波图形图图图图画画画画出出出出的的的的是是是是一一一一个个个个腔腔腔腔长长长长为为为为波波波波长长长长两两两两倍倍倍倍的谐振腔内的波形图。的谐振腔内的波形图。的谐振腔内的波形图。的谐振腔内的波形图。只只只只有有有有波波波波长长长长满满满满足足足足式式式式（）的的的的电电电电磁磁磁磁波波波波才才才才能能能能在在在在谐谐谐谐振振振振腔腔腔腔内内内内存存存

21、存在在在在稳稳稳稳定定定定状状状状态态态态。任任任任何何何何其其其其他他他他波波波波长长长长的的的的光光光光波波波波入入入入射射射射到到到到谐谐谐谐振振振振腔腔腔腔内内内内时时时时，会会会会被被被被反反反反射射射射镜镜镜镜来来来来回回回回反反反反射射射射，产生相消干涉，这样的波衰减得非常快。产生相消干涉，这样的波衰减得非常快。产生相消干涉，这样的波衰减得非常快。产生相消干涉，这样的波衰减得非常快。谐振腔在满足谐振腔在满足谐振腔在满足谐振腔在满足的波长上振荡，也就是的波长上振荡，也就是的波长上振荡，也就是的波长上振荡，也就是图图图图3.16 3.16 3.16 3.16 谐振腔谐振腔谐振腔谐振腔

22、内的驻波图形内的驻波图形内的驻波图形内的驻波图形式式式式（）也也也也可可可可以以以以这这这这样样样样推推推推导导导导：电电电电磁磁磁磁波波波波在在在在腔腔腔腔体体体体内内内内传传传传播播播播一一一一个个个个来来来来回回回回时时时时，其其其其相相相相移移移移应应应应为为为为2 2 2 2的的的的整整整整数数数数倍倍倍倍，才能实现其分布的自身重复，因此有才能实现其分布的自身重复，因此有才能实现其分布的自身重复，因此有才能实现其分布的自身重复，因此有根根根根据据据据式式式式（），谐谐谐谐振振振振腔腔腔腔仅仅仅仅在在在在一一一一些些些些波波波波长长长长或或或或频频频频率率率率上上上上振振振振荡荡荡荡，

23、结结结结合合合合（）及及及及（）等关系式，可以求得谐振频率）等关系式，可以求得谐振频率）等关系式，可以求得谐振频率）等关系式，可以求得谐振频率图图图图3.17 3.17 3.17 3.17 谐振腔的谐振频率谐振腔的谐振频率谐振腔的谐振频率谐振腔的谐振频率图图图图标标标标出出出出的的的的各各各各个个个个频频频频率率率率是是是是谐谐谐谐振振振振腔腔腔腔的的的的纵纵纵纵模模模模谐谐谐谐振振振振频频频频率率率率。相相相相邻邻邻邻纵纵纵纵模模模模间的频率间隔是间的频率间隔是间的频率间隔是间的频率间隔是图图图图3.17 3.17 3.17 3.17 谐振腔的谐振频率谐振腔的谐振频率谐振腔的谐振频率谐振腔的

24、谐振频率设与上式对应的自由空间的波长间隔为设与上式对应的自由空间的波长间隔为设与上式对应的自由空间的波长间隔为设与上式对应的自由空间的波长间隔为c c c c，经推导有，经推导有，经推导有，经推导有 0 0 0 0是是是是自自自自由由由由空空空空间间间间的的的的平平平平均均均均波波波波长长长长，f f f f是平均频率。是平均频率。是平均频率。是平均频率。例例例例：c c半半半半导导导导体体体体激激激激光光光光器器器器的的的的谱谱谱谱宽宽宽宽都都都都在在在在1nm5nm1nm5nm之之之之间间间间。假假假假设设设设例例例例中中中中的的的的光光光光源源源源谱谱谱谱宽宽宽宽=2nm=2nm，意意意

25、意味味味味着着着着AlGaAsAlGaAs介介介介质质质质对对对对于于于于在在在在819nm821nm819nm821nm之之之之间间间间振荡的激光器具有足够的放大能力，如图振荡的激光器具有足够的放大能力，如图振荡的激光器具有足够的放大能力，如图振荡的激光器具有足够的放大能力，如图所示。所示。所示。所示。谐谐谐谐振振振振腔腔腔腔只只只只允允允允许许许许频频频频率率率率在在在在此此此此谐谐谐谐振振振振范范范范围围围围内内内内的的的的光光光光波波波波存存存存在在在在。由由由由于于于于谐谐谐谐振振振振波波波波长长长长之之之之间间间间的的的的间间间间隔隔隔隔是是是是，所所所所以以以以在在在在输输输输出

26、出出出端端端端会会会会有有有有/c c=2/0.3116=2/0.3116个个个个分分分分离的波长。在图离的波长。在图离的波长。在图离的波长。在图中，画出了这中，画出了这中，画出了这中，画出了这6 6个纵模。个纵模。个纵模。个纵模。图图图图3.18 3.18 3.18 3.18 半导体激光器的半导体激光器的半导体激光器的半导体激光器的输出功率（实线）。图输出功率（实线）。图输出功率（实线）。图输出功率（实线）。图中有中有中有中有6 6 6 6个纵模，总谱宽接个纵模，总谱宽接个纵模，总谱宽接个纵模，总谱宽接近近近近2nm2nm2nm2nm如如如如果果果果反反反反射射射射镜镜镜镜是是是是理理理理想

27、想想想反反反反射射射射的的的的，则则则则这这这这些些些些分分分分离离离离的的的的纵纵纵纵模模模模将将将将是是是是零零零零宽宽宽宽度度度度的的的的。但实际情形不是这样，所以图但实际情形不是这样，所以图但实际情形不是这样，所以图但实际情形不是这样，所以图中的各个纵模都稍微有展宽。中的各个纵模都稍微有展宽。中的各个纵模都稍微有展宽。中的各个纵模都稍微有展宽。因因因因为为为为由由由由材材材材料料料料色色色色散散散散引引引引起起起起的的的的脉脉脉脉冲冲冲冲畸畸畸畸变变变变，主主主主要要要要由由由由光光光光源源源源所所所所发发发发光光光光的的的的最最最最长长长长波波波波长长长长与与与与最最最最短短短短波波

28、波波长长长长之之之之间间间间的的的的宽宽宽宽度度度度决决决决定定定定。因因因因此此此此，各各各各个个个个纵纵纵纵模模模模的的的的精精精精确确确确功功功功率率率率分分分分配并不很重要。配并不很重要。配并不很重要。配并不很重要。如如如如果果果果将将将将谐谐谐谐振振振振腔腔腔腔适适适适当当当当设设设设计计计计，用用用用于于于于激激激激励励励励单单单单一一一一纵纵纵纵模模模模，则则则则光光光光源源源源的的的的输输输输出出出出谱谱谱谱宽宽宽宽将将将将大大大大大大大大减减减减小小小小，脉脉脉脉冲冲冲冲展展展展宽宽宽宽从从从从而而而而也也也也将将将将大大大大大大大大降降降降低低低低。由由由由于于于于制制制制

29、造造造造单单单单纵纵纵纵模模模模激激激激光光光光器器器器的的的的复复复复杂杂杂杂性性性性增增增增加加加加，因因因因此此此此单单单单纵纵纵纵模模模模激激激激光光光光器器器器比比比比多多多多纵纵纵纵模模模模半半半半导导导导体体体体激激激激光光光光器贵得多。器贵得多。器贵得多。器贵得多。图图图图3.18 3.18 3.18 3.18 半导体激光器的半导体激光器的半导体激光器的半导体激光器的输出功率（实线）。图输出功率（实线）。图输出功率（实线）。图输出功率（实线）。图中有中有中有中有6 6 6 6个纵模，总谱宽接个纵模，总谱宽接个纵模，总谱宽接个纵模，总谱宽接近近近近2nm2nm2nm2nm17在在

30、在在两两两两种种种种电电电电介介介介质质质质的的的的分分分分界界界界面面面面上上上上，与与与与光光光光的的的的反反反反射射射射相相相相关关关关的的的的诸诸诸诸多多多多问问问问题题题题是是是是光光光光学学学学中中中中的的的的重重重重要要要要内内内内容容容容。这这这这些些些些问问问问题题题题对对对对于于于于光光光光纤纤纤纤通通通通信信信信系系系系统统统统的的的的设设设设计计计计和和和和分分分分析析析析尤尤尤尤为为为为重要。如图重要。如图重要。如图重要。如图所示的各种情形都会形成反射面，主要包括：所示的各种情形都会形成反射面，主要包括：所示的各种情形都会形成反射面，主要包括：所示的各种情形都会形成反

31、射面，主要包括：3.5 3.5 平面边界上的反射平面边界上的反射uu1.1.从空气到玻璃的边界，在此界面上光从光源耦合进光纤。从空气到玻璃的边界，在此界面上光从光源耦合进光纤。从空气到玻璃的边界，在此界面上光从光源耦合进光纤。从空气到玻璃的边界，在此界面上光从光源耦合进光纤。uu2.2.光纤的纤芯与包层的界面。光纤的纤芯与包层的界面。光纤的纤芯与包层的界面。光纤的纤芯与包层的界面。uu3.3.两两两两个个个个空空空空气气气气-玻玻玻玻璃璃璃璃边边边边界界界界，这这这这种种种种情情情情形形形形是是是是由由由由于于于于两两两两根根根根光光光光纤纤纤纤连连连连接接接接在在在在一起时，光纤端面之间存在

32、空气缝隙形成的。一起时，光纤端面之间存在空气缝隙形成的。一起时，光纤端面之间存在空气缝隙形成的。一起时，光纤端面之间存在空气缝隙形成的。图图图图3.19 3.19 3.19 3.19 光纤系光纤系光纤系光纤系统中的反射面统中的反射面统中的反射面统中的反射面18光光光光在在在在输输输输入入入入端端端端和和和和连连连连接接接接缝缝缝缝隙隙隙隙间间间间的的的的反反反反射射射射应应应应该该该该足足足足够够够够小小小小，因因因因为为为为这这这这样样样样的的的的反反反反射射射射会会会会损损损损失失失失传传传传输输输输功功功功率率率率。在在在在进进进进行行行行系系系系统统统统功功功功率率率率预预预预算算算算

33、时时时时，必必必必须须须须将将将将这这这这些些些些损损损损耗耗耗耗也也也也计算在内。计算在内。计算在内。计算在内。另另另另一一一一方方方方面面面面，在在在在光光光光纤纤纤纤中中中中纤纤纤纤芯芯芯芯包包包包层层层层边边边边界界界界的的的的反反反反射射射射率率率率（图图图图中中中中B B B B点点点点）应应应应越越越越高越好，这样才能最大线度地将光保留在纤芯中。高越好，这样才能最大线度地将光保留在纤芯中。高越好，这样才能最大线度地将光保留在纤芯中。高越好，这样才能最大线度地将光保留在纤芯中。本节将计算各种反射的大小。本节将计算各种反射的大小。本节将计算各种反射的大小。本节将计算各种反射的大小。3

34、.5 3.5 平面边界上的反射平面边界上的反射图图图图3.19 3.19 3.19 3.19 光纤系光纤系光纤系光纤系统中的反射面统中的反射面统中的反射面统中的反射面19在在在在如如如如图图图图所所所所示示示示的的的的情情情情况况况况下下下下，光光光光垂垂垂垂直直直直入入入入射射射射到到到到边边边边界界界界面面面面，反反反反射射射射损损损损耗耗耗耗的的的的计计计计算算算算最最最最简简简简单单单单。定定定定义义义义反反反反射射射射系系系系数数数数为为为为反反反反射射射射电电电电场场场场与与与与入入入入射射射射电电电电场场场场的的的的比比比比值值值值。对对对对于于于于垂直入射，有垂直入射，有垂直入

35、射，有垂直入射，有3.5 3.5 平面边界上的反射平面边界上的反射图图图图式式式式中中中中，n n n n1 1 1 1是是是是入入入入射射射射区区区区域域域域的的的的折折折折射射射射率率率率，n n n n2 2 2 2是是是是传传传传播播播播区区区区域域域域的的的的折折折折射射射射率率率率。如如如如果果果果n n n n2 2 2 2nnnn1 1 1 1，则则则则反反反反射射射射系系系系数数数数小小小小于于于于零零零零，这这这这说说说说明明明明入入入入射射射射电电电电场场场场与与与与反反反反射电场之间有射电场之间有射电场之间有射电场之间有的相移。的相移。的相移。的相移。20反反反反射射射

36、射比比比比R R R R是是是是反反反反射射射射光光光光强强强强与与与与入入入入射射射射光光光光强强强强的的的的比比比比值值值值。因因因因为为为为光光光光的的的的强强强强度度度度与与与与其其其其电场的平方成正比电场的平方成正比电场的平方成正比电场的平方成正比，所以反射比等于反射系数的平方，即，所以反射比等于反射系数的平方，即，所以反射比等于反射系数的平方，即，所以反射比等于反射系数的平方，即3.5 3.5 平面边界上的反射平面边界上的反射图图图图式式式式中中中中，n n n n1 1 1 1是是是是入入入入射射射射区区区区域域域域的的的的折折折折射射射射率率率率，n n n n2 2 2 2是

37、是是是传传传传播播播播区区区区域域域域的的的的折折折折射射射射率率率率。如如如如果果果果n n n n2 2 2 2nnnn1 1 1 1，则则则则反反反反射射射射系系系系数数数数小小小小于于于于零零零零，这这这这说说说说明明明明入入入入射射射射电电电电场场场场与与与与反反反反射电场之间有射电场之间有射电场之间有射电场之间有的相移。的相移。的相移。的相移。21例例例例3.8 3.8 3.8 3.8 解：解：解：解：，传输损耗，传输损耗，传输损耗，传输损耗3.5 3.5 平面边界上的反射平面边界上的反射图图图图光光光光从从从从空空空空气气气气进进进进入入入入玻玻玻玻璃璃璃璃时时时时，大大大大约约

38、约约会会会会有有有有的的的的反反反反射射射射损损损损耗耗耗耗，因因因因此此此此式式式式（）的的的的对对对对称称称称性性性性，当当当当光光光光从从从从玻玻玻玻璃璃璃璃进进进进入入入入空空空空气气气气时时时时，也也也也会会会会产产产产生生生生相相相相同同同同的的的的损耗。损耗。损耗。损耗。对对对对任任任任意意意意方方方方向向向向入入入入射射射射的的的的光光光光波波波波，反反反反射射射射光光光光的的的的比比比比例例例例由由由由入入入入射射射射角角角角和和和和与与与与入入入入射射射射平平平平面面面面相相相相关关关关的的的的电电电电场场场场偏振方式决定。偏振方式决定。偏振方式决定。偏振方式决定。电电电电

39、场场场场矢矢矢矢量量量量与与与与传传传传播播播播方方方方向向向向垂垂垂垂直直直直，反反反反射射射射系系系系数数数数取取取取决决决决于于于于电电电电场场场场相相相相对对对对与与与与入入入入射射射射平平平平面面面面是是是是垂垂垂垂直直直直偏偏偏偏振振振振还还还还是是是是平平平平行行行行偏偏偏偏振振振振，称称称称垂垂垂垂直直直直偏偏偏偏振振振振波波波波为为为为s s s s偏偏偏偏振振振振，平平平平行行行行偏振波为偏振波为偏振波为偏振波为p p p p偏振偏振偏振偏振。图。图。图。图说明了这两种情形。说明了这两种情形。说明了这两种情形。说明了这两种情形。图图图图任任任任何何何何入入入入射射射射场场场

40、场都都都都可可可可以以以以分分分分解解解解成成成成p p p p分分分分量量量量和和和和s s s s分分分分量量量量。P P P P偏偏偏偏振振振振和和和和s s s s偏偏偏偏振振振振的的的的反反反反射射射射系系系系数数数数由由由由菲菲菲菲涅耳反射定律涅耳反射定律涅耳反射定律涅耳反射定律决定，即决定，即决定，即决定，即图图图图3.22 3.22 3.22 3.22 空气空气空气空气-玻璃界面的反射比玻璃界面的反射比玻璃界面的反射比玻璃界面的反射比n n n n1 1 1 1=1.0,n=1.0,n=1.0,n=1.0,n2 2 2 2图图图图3.23 3.23 3.23 3.23 玻璃玻璃

41、玻璃玻璃-空气界面的反射比空气界面的反射比空气界面的反射比空气界面的反射比n n n n1 1 1 1=1.5,n=1.5,n=1.5,n=1.5,n2 2 2 2式式式式（）（）很很很很重重重重要要要要，它它它它们们们们指指指指出出出出光光光光纤纤纤纤介介介介质质质质能能能能够够够够导导导导光。光。光。光。图图图图给给给给出出出出了了了了空空空空气气气气-玻玻玻玻璃璃璃璃界界界界面面面面的反射比的反射比的反射比的反射比R=R=R=R=2 2 2 2图图图图则则则则给给给给出出出出了了了了玻玻玻玻璃璃璃璃-空空空空气气气气界界界界面的反射比。面的反射比。面的反射比。面的反射比。图图图图3.22

42、 3.22 3.22 3.22 空气空气空气空气-玻璃界面的反射比玻璃界面的反射比玻璃界面的反射比玻璃界面的反射比n n n n1 1 1 1=1.0,n=1.0,n=1.0,n=1.0,n2 2 2 2图图图图3.23 3.23 3.23 3.23 玻璃玻璃玻璃玻璃-空气界面的反射比空气界面的反射比空气界面的反射比空气界面的反射比n n n n1 1 1 1=1.5,n=1.5,n=1.5,n=1.5,n2 2 2 2图图图图中中中中给给给给出出出出了了了了两两两两种种种种可可可可能能能能的的的的偏偏偏偏振振振振状状状状态态态态在在在在任任任任意意意意两两两两种种种种电电电电介介介介质质质质

43、界界界界面面面面上上上上发发发发生生生生反反反反射射射射时时时时的一般特性。的一般特性。的一般特性。的一般特性。uu1.1.1.1.当当当当入入入入射射射射角角角角接接接接近近近近零零零零时时时时，反反反反射射射射比比比比变变变变化化化化很很很很小小小小。对对对对于于于于空空空空气气气气-玻玻玻玻璃璃璃璃界界界界面面面面，垂垂垂垂直直直直入入入入射射射射时时时时，计计计计算算算算得得得得到到到到的的的的反反反反射射射射比比比比是是是是4%4%4%4%，对对对对于于于于入入入入射射射射角角角角小小小小于于于于20202020 时时时时都都都都是是是是一一一一个个个个比比比比较较较较合合合合适适适

44、适的的的的近近近近似值。似值。似值。似值。图图图图3.22 3.22 3.22 3.22 空气空气空气空气-玻璃界面的反射比玻璃界面的反射比玻璃界面的反射比玻璃界面的反射比n n n n1 1 1 1=1.0,n=1.0,n=1.0,n=1.0,n2 2 2 2图图图图3.23 3.23 3.23 3.23 玻璃玻璃玻璃玻璃-空气界面的反射比空气界面的反射比空气界面的反射比空气界面的反射比n n n n1 1 1 1=1.5,n=1.5,n=1.5,n=1.5,n2 2 2 2图图图图中中中中给给给给出出出出了了了了两两两两种种种种可可可可能能能能的的的的偏偏偏偏振振振振状状状状态态态态在在在

45、在任任任任意意意意两两两两种种种种电电电电介介介介质质质质界界界界面面面面上上上上发发发发生生生生反反反反射射射射时时时时的一般特性。的一般特性。的一般特性。的一般特性。uu2.2.2.2.对对对对于于于于某某某某个个个个特特特特定定定定的的的的入入入入射射射射角角角角和和和和偏偏偏偏振振振振状状状状态态态态，反反反反射射射射比比比比是是是是零零零零，意意意意味味味味着着着着波的完全传输波的完全传输波的完全传输波的完全传输。uu3.3.3.3.对对对对于于于于一一一一定定定定范范范范围围围围内内内内的的的的入入入入射射射射角角角角，反反反反射射射射比比比比等等等等于于于于1 1 1 1，这这这

46、这就就就就是是是是所所所所谓谓谓谓的的的的全全全全反射。反射。反射。反射。图图图图3.22 3.22 3.22 3.22 空气空气空气空气-玻璃界面的反射比玻璃界面的反射比玻璃界面的反射比玻璃界面的反射比n n n n1 1 1 1=1.0,n=1.0,n=1.0,n=1.0,n2 2 2 2图图图图3.23 3.23 3.23 3.23 玻璃玻璃玻璃玻璃-空气界面的反射比空气界面的反射比空气界面的反射比空气界面的反射比n n n n1 1 1 1=1.5,n=1.5,n=1.5,n=1.5,n2 2 2 2零零零零反反反反射射射射只只只只会会会会发发发发生生生生在在在在平平平平行行行行偏偏偏

47、偏振振振振情情情情况况况况下下下下。当当当当式式式式（）分分分分子子子子为为为为零零零零时时时时,反反反反射射射射系系系系数数数数P P P P等等等等于于于于零零零零。对对对对应的入射角称为应的入射角称为应的入射角称为应的入射角称为布儒斯特角。布儒斯特角。布儒斯特角。布儒斯特角。不不不不存存存存在在在在可可可可以以以以令令令令（）中中中中s s s s等等等等于于于于零零零零的的的的入入入入射射射射角角角角。当当当当我我我我们们们们要要要要无无无无反反反反射射射射损损损损耗耗耗耗地地地地将将将将一一一一束束束束光光光光入入入入射射射射（或或或或出出出出射射射射）到到到到电电电电介介介介质质质

48、质中中中中，布布布布儒斯特角非常有用。儒斯特角非常有用。儒斯特角非常有用。儒斯特角非常有用。27图图图图中中中中给给给给出出出出了了了了布布布布儒儒儒儒斯斯斯斯特特特特角角角角特特特特定定定定的的的的应应应应用用用用，其其其其中中中中He-NeHe-NeHe-NeHe-Ne气气气气体体体体激激激激光光光光管管管管末末末末端端端端的的的的玻玻玻玻璃璃璃璃窗窗窗窗就就就就是是是是以以以以布布布布儒儒儒儒斯斯斯斯特特特特角角角角放放放放置置置置的的的的。平平平平行行行行偏偏偏偏振振振振的的的的光光光光束束束束可可可可以以以以无无无无反射损耗地通过玻璃窗口来回传播。反射损耗地通过玻璃窗口来回传播。反射

49、损耗地通过玻璃窗口来回传播。反射损耗地通过玻璃窗口来回传播。图图图图3.24 He-Ne3.24 He-Ne3.24 He-Ne3.24 He-Ne气体激光管末端的气体激光管末端的气体激光管末端的气体激光管末端的布儒斯特角窗（布儒斯特角窗（布儒斯特角窗（布儒斯特角窗（W W W W）3.5 3.5 平面边界上的反射平面边界上的反射28在在在在光光光光纤纤纤纤的的的的输输输输入入入入端端端端有有有有的的的的反反反反射射射射损损损损耗耗耗耗。在在在在每每每每个个个个光光光光纤纤纤纤与与与与光光光光纤纤纤纤的的的的的的的的连连连连点点点点，每个界面都存在大约每个界面都存在大约每个界面都存在大约每个界

50、面都存在大约的损耗。所以总的反射损耗是的损耗。所以总的反射损耗是的损耗。所以总的反射损耗是的损耗。所以总的反射损耗是。有关光源的耦合、连接器的进一步分析将在第有关光源的耦合、连接器的进一步分析将在第有关光源的耦合、连接器的进一步分析将在第有关光源的耦合、连接器的进一步分析将在第8 8 8 8章中展开。章中展开。章中展开。章中展开。3.5 3.5 平面边界上的反射平面边界上的反射图图图图3.19 3.19 3.19 3.19 光纤系光纤系光纤系光纤系统中的反射面统中的反射面统中的反射面统中的反射面当当当当光光光光束束束束从从从从一一一一种种种种材材材材料料料料传传传传播播播播到到到到另另另另一一