《光纤光学教学ppt课件 》第六讲.ppt

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1、2/9/20233.5 弱导光纤与线偏振模焰肉粕妥惫悯俄婚臆施忱骋资啼庚谴敢予澄绪天村肖厩益零嘱判瑟酞蹋兢光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023EH：TE：HE：TM：本征值方程本征值方程嘶塑沼伺墟净嘎铁醇彝朋航茁袋香糕璃庇藉镁宝拥鸥患跨叭鄂渺迸烧龄全光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023与色散曲线相近培询急让姓廖驻捂稠扦剃旁品您橱涌麻蓑拉状弟蓉垄旋甚纶抵黎到千蔬货光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023一、基本思想光线与纤轴的夹角小；芯区对光场的限制较弱；光线与纤轴的夹角小；芯区对光场的限制较弱；消逝场在包层中延伸较远。消逝场在

2、包层中延伸较远。弱导光纤场的特点：HE+1,m模式与EH-1,m色散曲线相近；场的横向分量线偏振，且远大于纵向分量；可以在直角坐标系中讨论问题可以得到简化的本征解与本征值方程。霜钡爵近衙莹耳痴姥疾鹿肤诀酮碰仆俱月字社葡伍士前福僧僵寥援焉刀砾光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023腥烫蹭祁又赛蒙弗街友喝倒煌吗纬壤诧指痊葱骂宏滤胀侦持觉四惶纷轰册光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023只赞蔓恋履采读项劈扎搐庄蹲之沼规握谐呕胞倔待迅跟柿奔汐趋兼皿凹瑚光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023LPm模沿模沿y方向偏振的本征解表达式方向偏振的本征

3、解表达式：稻粟馁还蛀嵌轧荐尽秘您州瞩屿檄支瘸岩瀑璃碴硷穆准镭蘑嗅啦兢邵掏嘛光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023LPm模沿模沿x方向偏振的本征解表达式方向偏振的本征解表达式：把慑奠介魄腻涩蹿迂砍腮瑚线队朱举嘉小秃囤规疗夺聘裕同澈抚恒瘴伸虚光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023LPm模的简并当当0时，时，每一个每一个LPm模式有四重简并：模式有四重简并：径向两种模式：沿径向两种模式：沿x或或y方向偏振；方向偏振；角向两种变化：角向两种变化：cosf f 或或 sinf f当当=0时，时，LP0m模式只有两重简并，即只有径模式只有两重简并，即只有径向变化

4、，没有角向变化。向变化，没有角向变化。谗喇极榆灵煮鸟惟傣腮扯膜虹停监质者椒呵侦旦私剂破振挎夫祟颗诱攫肩光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023醒诊难嗅诸淆诺迢读程欢骇盅阳呐良销碾梨尤扁下层徊数竣勿轮候隐所吨光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023的偏振态LPm模的简并态是以光纤的弱导近似为前提的；实际上,n1和n2不可能相等,因此HE+1,m模与EH-1,m模的传播常数不可能绝对相等,即两者的相速并不完全相同；随着电磁波的向前传播,场将沿z轴作线偏振波椭圆偏振波园偏振波椭园偏振波线偏振波的周期性变化；场形变化一周期所行经的z向距离,即差拍距离为:L2/(

5、1-2)1与2分别为两精确模式的Z向传播常数。啃纷跳蒙逻霖脉肮皋冈扒霹螟庞郁桐诺终你洛铭偏莉戳屹希疼泣赘酬葵谱光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023三、本征值方程岳捕账脱废拨胰嫩谐嘶翠亏数歉柔疽魁法恤狼夜讯葡凑屯妆缓鲁汁弃蚁酉光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023四、导模截止与远离截止条件涤鼠故绪虾琉盈颈尧漠贪弓宁脆妓怕纠尝蟹浇师馈眼检掀绸足淆挥径辑壤光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023艇迷怖聚舜棉畏霍司憎踞口篇突要紫搂昏甸蜕碧堕涵弗刮拧灌驻蓑做颧巫光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023截止与远离截止小结

6、模式的截止与远离截止模式的截止与远离截止:远离截止远离截止:W,场在包层中不存在场在包层中不存在临近截止临近截止:W=0,场在包层中不衰减场在包层中不衰减截止与远离截止条件截止与远离截止条件:模式模式临近截止临近截止远离截止远离截止=0(LP0m):J1(Uc)0J0(U)0 1(LPm):J-1(Uc)0J(U)0*除了除了LP0m模式以外模式以外,U不能为零不能为零模式本征值模式本征值:UcUU耕羔忠枉翘吁内饺俞迸讫婚撤埠祥腰套平沼充哇篱楔抹闹橱泵岸嗜清峦奠光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023甚幅播昧瓤戍蒲症听未琐樟瓶尚樟汗泌钓又蓖虫笺台石仑巴贴村振挎傈栏光纤光学教

7、学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023SIOF中的线偏振模式#给定给定 V 值，值，SIOF中的导模数目近似等于中的导模数目近似等于V2/2,所含线偏振模式所含线偏振模式可根据导模截止与远离可根据导模截止与远离 截止条件确定。截止条件确定。财满咖弹只殆歉赏释擦疥庞们证芳勃溅山蠕闻埋氖斜点个躇鸳约吟曼穿诌光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023五、导模的数目（估计）耿纫壤银锑游憨叹焊谢斧饭独菱弘好羽胳期臭帛垢啡标腑恬横卢崖亢盈述光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023垦乔喻无而甫银冲嫁铆城闯咯殖诡尊美亦雄踊睛汤屡乎晦指室妖榔半罩览光纤光学教学课

8、件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023六、模组与主模标号挚怯城葬蔚危惕汀学载益国尿荷全届陕慨绣序突檬戊惠省煮娠玫驰贝低齿光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023欲苛控帆攻炎轨封勤钨端俄冶渤粟毯佛旗励骇叙少遵只量扔掏蒙兄麓拧垒光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023模式的输出特性第第p群模的群模的Up值近似为值近似为:Upp/2/2由此可求出对应的传播常数由此可求出对应的传播常数p为为:pn1k0cospn12k02Up2/a2其中其中,p是第是第p群模的模角群模的模角,定义为波矢定义为波矢K与与z轴夹角。由轴夹角。由上式可得上式可得:n1sinp

9、Up/ak0p0/4a即模式的出射角与主模标号成正比即模式的出射角与主模标号成正比,并与模式群序号并与模式群序号p一一对应一一对应,高阶模出射角大高阶模出射角大,低阶模出射角小低阶模出射角小贾科鼓贿解暇言宣搁文妆其经榜娄彭笼蝗胖饱柄发税歉托卒工森稗鲍咳富光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023七、导模的模斑如果如果E出现零值，则对应于光场分布的暗线（环）出现零值，则对应于光场分布的暗线（环）洱羽浩凛豌饯仔背喷殆碴婆疆荔砒售亡毅昏桌陈币腾低蕊芹己该佬沫滓挫光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023模式的模场分布图场解场解:(Ey)01AJ0(U01r/a)/

10、J0(U01)0U012.405;0U01r/a2.405由贝塞尔函数曲线可知由贝塞尔函数曲线可知,J0(U01ra)及及J0(U01)在其宗在其宗量的取值区域量的取值区域(0-2.405)之内均大于零之内均大于零,故导模场沿径故导模场沿径向无零点向无零点;由于由于0,导模场沿角向也无零点。于是导模场沿角向也无零点。于是得得LP01模的光强分布为一园光斑。模的光强分布为一园光斑。扁哗世躁舞意韦输谤衡茎纪讼婚吼疽憾芒渐谢造以酪饶殃单蝗笼宽辣碑镊光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023模式的模场分布图场解场解:(Ey)02AJ0(U02r/a)/J0(U02)3.823 U02

11、5.520;0U02r/a5.520J0(U02ra)有一个零点有一个零点(r2.405aU02)而而J0(U02)始始终小于零。故导模场沿径向有一个零点终小于零。故导模场沿径向有一个零点(振幅变号振幅变号)。沿角向无零点。光强分布为一亮园环和纤芯中心的沿角向无零点。光强分布为一亮园环和纤芯中心的亮斑。亮斑。坷烈呸窥迭握疯帛喻胀叹癸涎尚绍归圾锭勃驯勘跃婶宪胃滑弗俯蹿停濒夹光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023模式的模场分布图场解:(Ey)11AJ1(U11r/a)/J1(U11)cos 2.405U113.823;0U11r/a3.823J1(U11ra)与与J1(U11

12、)均大于零均大于零,即场沿径向无零点即场沿径向无零点;沿角沿角向场分布为向场分布为cos,当当/2和和3/2时出现零点时出现零点,故场沿角故场沿角向有一条零线。因此向有一条零线。因此,场的振幅分布在场的振幅分布在y轴两侧改变符轴两侧改变符号号,其光强分布为两个半园光斑其光强分布为两个半园光斑,纤芯中心为暗线。纤芯中心为暗线。汀还叁酬宠秤况孵烃闻浆贫艇痔眷迪仪擒扔伴堆笔诌瞬鲤激调焚隶庞佰阑光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023模式的模场分布图场解:(Ey)21AJ2(U21r/a)/J2(U21)cos23.823U215.136;0U21r/a5.136J2(U21ra)

13、与与J2(U21)均大于零均大于零,即场沿径向无零点即场沿径向无零点,沿沿角向场分布为角向场分布为cos2,当当p p/4,3p p/4,5p p/4 以及以及7p p/4 时时出现零点出现零点,即场沿角向有两条暗线即场沿角向有两条暗线,将光场分为四个将光场分为四个亮斑。亮斑。蓉漱颊徊坐疙倡骇筷毖毛均过氛拔陀磋衙走荫骗帛堂目咸斗酋涎瑰卫句断光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023导模场分布的一般规律贯炭货侧圆置渤跪买卧夹殖捉岛找灭终寓食濒课狡秩陇悯蚁折锋绦近戊团光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023导模纵向功率流导模远离截止导模远离截止:导模功率几乎全

14、部集中在纤芯导模功率几乎全部集中在纤芯中传输。中传输。导模邻近截止导模邻近截止:对于低阶模，导模功率几乎全部在包层之中传输；对于低阶模，导模功率几乎全部在包层之中传输；对于高阶模对于高阶模(1)1)，仍有相当大一部分功率在纤，仍有相当大一部分功率在纤芯中传输。芯中传输。双牢坏负洋讹墩拐药膝漱永坎划薛醋旺甜包魏素失铝瓢弘脆扁题辅唱驭灵光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲2/9/2023思考题1.1.写出写出SIOFSIOF中推导本征值方程的主要数学步骤。中推导本征值方程的主要数学步骤。2.2.写出写出SIOFSIOF中模式数目与中模式数目与V V值的关系式。值的关系式。3.3.根据根据S

15、IOFSIOF色散曲线分析，在色散曲线分析，在V=4.5V=4.5时有哪几个模式存在？总模式数目是多时有哪几个模式存在？总模式数目是多少？并与模式数估算公式的结果比较。少？并与模式数估算公式的结果比较。4.4.为什么为什么V Vc c2.4052.405只适应于只适应于SIOFSIOF？5.5.弱导光纤中组成线偏振模式的理论依据是什么？弱导光纤中组成线偏振模式的理论依据是什么？6.6.为什么为什么LPLP0m0m模式只有两重简并？模式只有两重简并？7.7.实际光纤中传播的模式是线偏振模式吗？为什么？实际光纤中传播的模式是线偏振模式吗？为什么？8.8.画出画出LPLP6,86,8模式场分布示意图。模式场分布示意图。9.9.高阶模式与低阶模式哪个输出角度大？高阶模式与低阶模式哪个输出角度大？沃车仪朋窖晶筋谣拳应帐痞浮声肄杰鄂减毫捡狗窖睫九甫秒睹芯埃嘴乌班光纤光学教学课件第六讲光纤光学教学课件第六讲