Физические основы волоконной оптики Учебно-методическое пособие Самара - 2015 Федеральное агентство связи Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики Кафедра физики В. М. Петропавловский ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОЛОКОННОЙ ОПТИКИ Учебно-методическое пособие Самара 2015 2 УДК 535.7 П Рекомендовано к изданию методическим советом ПГУТИ, протокол № 24 от 22 апреля 2015 г Петропавловский В. М. <...> В учебном пособии рассмотрены основные принципы распространения света в плоских и цилиндрических волокнах. <...> Изложены основные причины уширения импульсов при распространении в световоде и способы увеличения их ширины полосы пропускания. <...> Падение плоской волны на границу раздела двух сред. <...> Отражение и преломление света на границе между диэлектриками. <...> Одномодовый и многомодовый режимы распространения волн 1.4.6. <...> Распространение света в оптических волокнах на основе лучевой модели 2.1.1. <...> Ступенчатое волокно: числовая апертура и межмодовая дисперсия 2.1.3. <...> Распространение света и межмодовая дисперсия в градиентных волокнах 2.2. <...> Совместное влияние дисперсии материала и межмодовой дисперсии Глава 3. <...> Оптические волокна со скачкообразным изменением показателя преломления. <...> Решение для градиентного волокна Задачи для самостоятельного решения Литература. <...> Решение волнового уравнения для волокна со скачком показателя преломления. <...> Падение плоской волны на границу раздела двух сред. <...> Отражение и преломление света на границе между диэлектриками. <...> Относительный показатель преломления второй среды относительно первой определяется выражением где n1- показатель преломления первой среды, n2- показатель преломления второй среды, c - скорость света в n21 = n2/ n1 Угол падения равен углу отражения. <...> 1.2. падающей (i), отраженной (r) и превыражаются формулами: Коэффициентом пропускания по амплитуде называется отношение <...>
Физические_основы_волоконной_оптики_Учебно-методическое_пособие.pdf
УДК 535.7
П
Рекомендовано к изданию методическим советом ПГУТИ,
протокол № 24 от 22 апреля 2015 г
Петропавловский В. М.
П Физические основы волоконной оптики:
Учебно-методическое пособие / В. М. Петропавловский.- Самара: ПГУТИ, 2015. – 111 с.
В учебном пособии рассмотрены основные принципы распространения света в плоских
и цилиндрических волокнах. Изложены основные причины уширения импульсов при
распространении в световоде и способы увеличения их ширины полосы пропускания. Разработано
в соответствии с ФГОС ВПО по направлению подготовки бакалавров 200700 Фотоника
и оптоинформатика. Предназначено для студентов 3 курса ФБТО для самостоятельной
подготовки и практических занятий.
ISBN
©, Петропавловский В. М., 2015
3
Стр.3
Содержание.
Введение
Глава 1. Электромагнитные волны. Падение плоской волны на
границу раздела двух сред. Одномерные волноводы.
1.1. Электромагнитные волны.
5
1.2. Отражение и преломление света на границе между диэлектриками. Формулы Френеля.
Полное внутреннее отражение.
1.3. Металлический световод
1.3.1. Оптическое приближение
6
6
9
1.3.2. Электромагнитное приближение
1.3.3. Моды распространения
1.3.4. Затухающая волна
1. 4. Диэлектрический световод
1.4.1. Уравнение дисперсии и условие согласования фаз.
1.4.2. Решение задачи распространения, моды
1.4.3. Решение задачи распространения, моды
1.4.4. Дисперсия
1.4.5. Одномодовый и многомодовый режимы
распространения волн
1.4.6. Расширение волнового пакета
Глава 2. Распространение света в оптических волокнах.
Причины уширения импульса
2.1. Распространение света в оптических волокнах на основе
лучевой модели
2.1.1. Общие сведения.
2.1.2. Ступенчатое волокно: числовая апертура и
межмодовая дисперсия
2.1.3. Распространение света и межмодовая дисперсия
в градиентных волокнах
2.2. Материальная дисперсия
2.2.1. Показатель преломления объемной среды: теория
2.2.2. Временная дисперсия в объемной среде
2.3. Совместное влияние дисперсии материала и межмодовой
дисперсии
Глава 3. Потери в оптических волокнах
3.1. Механизм потерь. Общие сведения
3.2. Поглощение
3.3. Рассеяние
Глава 4. Распространение света в многомодовых оптических
волокнах.
4.1. Обозначения
4.2. Начальные условия
4.3. Условия на границе двух сред.
4.4. Оптические волокна со скачкообразным изменением
показателя преломления.
4.5. Волокна с градиентом показателя преломления
4.6. Траектория световых лучей.
4.6.1. Волокна со скачкообразным изменением показателя
преломления
4.6.2. Волокна с градиентом показателя преломления.
4.7. Моды распространения света. Уравнение дисперсии.
14
14
18
20
23
24
27
28
30
32
34
34
36
36
36
37
45
49
49
56
62
67
67
67
72
76
77
80
81
85
87
91
91
92
95
4
Стр.4
4.8. Формулы для полей.
4.8.2. Решение для градиентного волокна
Задачи для самостоятельного решения
Литература.
99
4.8.1. Решение волнового уравнения для волокна со скачком показателя преломления.
100
103
105
111
5
Стр.5