光纤光学 学习指南

第一部分.光纤光学需要掌握的基本概念与重要结论
第一章. 绪论(4学时)
1.光纤的优缺点
优点:大容量;低损耗;抗干扰能力强;保密性好;体积小重量轻;材料取之不竭;抗腐蚀耐高温。
缺点:易折断;连接分路困难;怕水;怕弯曲。
2.光纤的分类
重点掌握
(1) 光纤的结构,纤芯、包层、涂覆层的特点与作用
(2) 水净化系统阶跃折射率分布光纤(SIOF)与渐变折射率分布光(GIOF)的特点与区别,折射率分布形式。一些基本参数的意义与其表达式:相对折射差的意义与表达式;折射率分布参数g的意义(当g=时为SIOF,当g=2时为平方率分布光纤,当g=1时为三角分布光纤
(3) 单模光纤与多模光纤的特点与区别(传输的模式数,芯径的大小,归一化频率);归一化频率的意义与表达式(阶跃单模光纤的判据:V<2.405,渐变单模光纤的判据:V<3.508。注意我们经常见到的2.405 是对阶跃光纤而言的)。
简单了解
其它种类的光纤,例如保偏光纤与有源光纤(后面的课程会学到)。
3.光纤的制备工艺
简单的了解一下。
第二章. 光纤光学的基本方程(2学时)
1.分析光纤波导的两种理论
“几何光学方法”与“波动光学理论”的应用条件(几何光学方法:芯径远大于光波长;波动光学理论:芯径与波长可比例)与特点。
2.由麦克斯韦方程组出发推导波导场方程
(1) “三次分离”,基本过程以及能够这样分离的依据
“电磁”分离:由麦克斯韦方程组到波动方程
“时空”分离:由波动方程到亥姆霍兹方程
“横纵”分离:由亥姆霍兹方程到波到场方程
(2) SIOF与GIOF中光线方程的意义,即SIOF与GIOF中光线的传播形式
3.模式及其基本性质
(1) 模式的基本概念与定义
(2) TEM、TE、TM、HE、EH模式的特点
电压跟随电路(3) 纵向传播常数横向传播常数W、U的意义(重点了解W的意义),以及W、U、V之间的关系
(4) 截止与远离截止的概念与基本条件(W=0截止,W=远离截止)
(5) 相速度、速度、延时的基本概念
(6) 线偏振模的概念
第三章. 阶跃折射率分布光纤(6学时)
1.几何光学分析方法
主要掌握一些基本的概念,“子午光线”与“偏斜光线”的定义;数值孔径的表达式,以及其物理意义(标志着光纤收光能力以及与光源耦合时偶和效率的大小),数值孔径与传输带宽的关系(成反比)。
2.波导场方程及导模本征解
3.本征值方程
对于这两节不必拘泥于复杂的计算与推导过程,只需了解计算的基本思想,理解本征值方程的物理意义。
4.模式分析
(1) 了解如何由本征值方程推导出TE、TM、HE、EH各模式的截止与远离截止的条件。
(2) 了解散曲线的定义,看懂散曲线(不同的V值对应的导模种类),了解基模HE11模的定义。
5.弱导光纤与线偏振模
(1) 弱导光纤的基本条件(),弱导光纤场的基本特点(有相似的散曲线等)。
(2) 了解的模式简并特性,以及其偏振态(拍频)。
(3) 了解模式的导模截止与远离截止条件(分为两种情况讨论)
(4) 掌握以及光纤中传输的模式总数的计算式(注意这都是在timev即V很大的情况才能成立)。
(5) 重点掌握在V值较小的情况下计算和分析光纤中传导的精确模式(记住几个低阶模式的截止时的V值,例如:LP11模为截止时V=2.405;LP02与LP21模截止时V=3.823 ;LP31
截止时V=5.136)。
(6) 重点掌握模式分布图的画法,记住纤芯中的场的分布的表达式(模式的分布图大致可以总结为:径向的亮斑数为m,角向的亮斑数为2,对于=0 中心为亮斑,中心为暗斑)。
(7) 了解主模标号的概念
第四章. 渐变折射率分布光纤(6学时)
1.几何光学分析方法
钕铁硼磁性材料(1) 掌握广义折射定律、“折射型光纤”“反射型光纤”的概念;以及光线在GIOF与SIOF传播的区别(GIOF传输的带宽大于SIOF)。
(2) 看懂曲线,学会画曲线;理解“约束光线”“泄露光线”以及“折射光线”还有“内散焦面”以及“外散焦面”这些概念,掌握上面的三种光线分别存在的条件,重点能够在曲线上标出这三种光线,以及内散焦面半径、外散焦面半径、辐射散焦面半径还有光纤芯径的位置。
(3) 了解平方率光纤与双曲正割光纤中的光纤传输的特点(平方率:不同角度的近轴光线会汇聚到一点;双曲正割:对于所有的光线都有很好的汇聚)掌握聚焦参数及节距P的表达式。
2.波导场方程及模式性质
学会看懂“模式分析图”,理解“导模”、“泄露模”、“辐射模”的基本概念以及它们存在的条件(理解它们与“约束光线”、“泄露光线”以及“折射光线”的一一对应关系)
3.平方率分布光纤中的导模场
平方率分布光纤是目前唯一可以用已知函数表示其场分布的光纤,了解其本征解的特点,了解其本征值方程及其物理意义,掌握基模场半径(MFR)的概念。
4.任意折射率分布光纤中的导模场
了解WKB法的基本思想;记住光纤中导模总数的表达式();将当g=2时其本征值方程与平方率光纤中解得的作比较。
5.单模光纤中的场解
了解单模光纤的特点,简单的了解等效阶跃光纤的基本思想与方法,简单的了解单模光纤中的双折射。
第五章. 光纤的特征参数与测试技术(6学时)
1.光纤的损耗
(1) 重点掌握“光纤损耗”以及“光纤损耗系数”的定义与表达式,以及它们之间的关系式(vobu=4.34);还有光功率常用单位dBm 与mW之间的换算关系。
(2) 吸收损耗。了解“本征吸收”的定义(又分为紫外和红外本征吸收);“杂质吸收”的定义重点理解OH根离子吸收的特点;“原子缺陷吸收”做简单的了解。
(3) 散射损耗。分为瑞利散射、受激喇曼散射、受激布里渊散射,了解它们的特点(非线性散射、存在功率阈值),重点的了解瑞利散射的特点(线性散射、与波长的四次方成反比、不可被消除)。
(4) 弯曲损耗。分为宏弯损耗、过渡弯曲损耗和微弯曲损耗,了解它们的定义以及产生原因。
2.光纤的散与带宽
(1) 了解光纤散的影响(使光脉冲展宽降低通信容量)。
(2) 掌握散的分类,模间散、材料散、波导散;了解多模光纤与单模光纤中散的种类;理解这三种散产生的原因;散的单位()。
(3) 材料散。折射率对波长的二阶导,了解散反常散的概念(正常散:材料散小于0,长波长跑得快)。
(4) 波导散。恒为负值,调整光纤波导的结构参量改变波导散值,获得零散位移光纤。mppt算法
(5) 了解光纤的分类:G.651、G.652、G.653、G.655、G.656。分别为多模光纤、标准单模光纤、零散位移光纤、非零散位移光纤以及全光光纤,了解它们的性质和应用。

本文发布于:2024-09-24 16:35:37,感谢您对本站的认可!

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