光纖通信技術(shù)課件

2022/12/13OpticalfibercommunicationsReview：Charper1Introduction

光波導(dǎo)OpticalWaveguides光纖的損耗AttenuationofOpticalFiber光波導(dǎo)vs同軸電纜OpticalWaveguidesvsCoaxialCable信道復(fù)用Channelmultiplexing

光纖通訊的發(fā)展FiberOpticCommunicationMilestones光纖通訊的現(xiàn)狀State-of-the-artFiberOptics2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications光纖的損耗

AttenuationofOpticalFiber

在一般情況下，光纖內(nèi)光功率的衰減可以表示為P,光功率；α，衰減系數(shù)，包括材料吸收以及其他各種功率衰減因素。

Pin為在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光纖的輸入端耦合進(jìn)光纖的功率，則輸出功率Pout表示為

（1）（2）

光纖的損耗表示為以dB/Km為單位的形式

VeryImportant?。?）2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications光纖的吸收

AbsorptioninOpticalFiber

整個(gè)透明波段：1280nm－1610nm50THz（1THz＝1012Hz）2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications信道復(fù)用Channelmultiplexing

時(shí)分復(fù)用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）:單信道復(fù)用頻分復(fù)用（FrequenceDivisionMultiplexing，F(xiàn)DM）:多信道復(fù)用波分復(fù)用（wavedivisionmultiplexing）：FDM對(duì)模擬和數(shù)字信號(hào)都適用，而TDM只適用于數(shù)字信號(hào)。信道在頻域上分隔開(kāi)來(lái)，每一個(gè)信道采用不同的載波頻率，載波頻率的間隔應(yīng)大于信道的帶寬以避免信道頻域的交迭。在FDM中，如果信道間隔較大（>100GHz），則成為波分復(fù)用。2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications第二章光導(dǎo)纖維的傳輸原理一.幾何光學(xué)GeometricalOptics4.Whenallaperturesaremuchlargerthanawavelength,wecanmodelthelightasraytravelinginstraightlinesperpendiculartothewavefront.1.Speedoflightinamediumofrefractiveindexn:v=c/noy:normallineo-xz:boundary2.Lawofreflection:i=r3.Snell’slaw:nt?sint=ni?sini2022/12/11Opticalfibercommun漸變折射率棒透鏡2022/12/13Opticalfibercommunications(a)射線傳播路徑(b)1/4節(jié)距透鏡準(zhǔn)直點(diǎn)光源發(fā)出的射線(c)1/4節(jié)距透鏡聚焦準(zhǔn)直光束節(jié)距P：一個(gè)完整周期的程度漸變折射率棒透鏡2022/12/11Opticalfibe透鏡成像2022/12/13Opticalfibercommunications薄透鏡成像原理成像引起角度變化光纖只能接收在半錐角為theta的錐形區(qū)域中入射的光線透鏡成像2022/12/11Opticalfiberco高斯分布2022/12/13Opticalfibercommunications高斯分布2022/12/11Opticalfiberco高斯光束準(zhǔn)直2022/12/13Opticalfibercommunications高斯光束準(zhǔn)直2022/12/11Opticalfiber作業(yè)一、閱讀第二章pp32-48二、52022/12/13Opticalfibercommunications作業(yè)一、閱讀第二章pp32-482022/12/11Opti2022/12/13Opticalfibercommunications第二章光導(dǎo)纖維的傳輸原理二.Uniformplanewave均勻平面波A:MaxwellEquations(fundamentalequations)B:在穩(wěn)態(tài)、簡(jiǎn)諧條件下，線性、各向同性、非色散、不導(dǎo)電媒質(zhì)中MaxwellEquations2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications第二章光導(dǎo)纖維的傳輸原理C.Helmholtz方程1.時(shí)間參量:角頻率，周期T，頻率f。2.空間參量:縱向相移常數(shù)或角波數(shù)kz，波長(zhǎng)z，波數(shù)1/z.where2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications第二章光導(dǎo)纖維的傳輸原理3.空間與時(shí)間的聯(lián)系:相速度phasevelosity均勻平面波的縱向相移常數(shù)等于空間相移常數(shù)其相速度等于光速4.電磁聯(lián)系:波阻抗對(duì)于均勻平面波真空中2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications1.均勻平面波是電磁波的最基本的形式3.若在空間垂直于電場(chǎng)的面放置兩塊平行的導(dǎo)體平板，則因在導(dǎo)體表面切向電場(chǎng)為0，兩導(dǎo)體板不影響平面波的傳播。這就形成雙平板傳輸線中的TEM模式的行波，它是雙平板傳輸線中的主模，或稱最低模。TE:transverseelectricwave.TM:transversemagneticwave均勻平面波總結(jié)2.均勻平面波是沿固定方向傳播的等幅行波，垂直于傳播方向的平面是等相面或稱波陣面。其等相位面同時(shí)是等振幅面，其電場(chǎng)和磁場(chǎng)都垂直于傳播方向且互相垂直，故稱為橫電磁波(TEM:TransverseElectromagneticwave)波。同時(shí)是等幅波，即振幅不隨傳播距離而增加或衰減，等幅均勻平面波中電場(chǎng)與磁場(chǎng)同相，波阻抗為實(shí)數(shù)。2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications第二章光導(dǎo)纖維的傳輸原理PlaneWavesataDielectricInterface1.ConsideramonochromaticplanewaveincidentonadielectricinterfacedescribedbythesurfacenormalS2.Theplanewavetakestheform:2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications4.Maxwell’sEquationstellusthatthetangentialcomponentoftheelectricfieldmustbecontinuousattheinterface,sowehave:PlaneWavesataDielectricInterface3.Thecorrespondingreflectedandtransmittedfieldsare:wherer

andt

arephaseconstants.Non-zerovaluesofthephaseconstantscanbeinterpretedasaspatialshift.2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsLawofReflection2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsLawsofRefractionSimilarlywefindfromthesecondofthetwoequations:Itfollowsthatktisalsointheincidentplane,andThisisSnell’slawofrefraction.1.ThelawsofreflectionandrefractionformsthebasisforGeometricaloptics2.Geometricalopticsalsoassumescollimatedopticalbeams(rays),whichareunphysical3.Geometricalopticsisneverthelessveryusefulformodelingalargenumberofopticaldevicesandphenomena2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsFresnelLawA:是入射光，反射光和透射光的矢量復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)R傳遞系數(shù)TB:模表示強(qiáng)度，幅角表示相位入射電場(chǎng)反射電場(chǎng)透射電場(chǎng)2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsC:水平偏振波TE橫電波2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsD:垂直偏振波TM橫磁波2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsTatalInternalReflectionA:n1>n2&c<i<900.c=arcsin(n2/n1)B:wavesinmediumtwoTEwave:在臨界狀態(tài)下，c＝i，2R＝0，反射不引起相位突變，i900，cosi0，2R＝1800，有半波損失。2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsTMwave:|R|=1,2R=Attension:全反射時(shí)，TE，TM的位相變化是不相同的2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsWaveinmedium1:TEwaveA:Incidentwavetakestheformas入射波的橫向（x方向）的相位常數(shù)入射波的縱向（Z方向）相移常數(shù)2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsB:Thecorrespondingreflectedwavewilltaketheform:2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications第二章光導(dǎo)纖維的傳輸原理C:波的狀態(tài)Z方向：行波，相位常數(shù)X方向：駐波xzMedium1Medium22022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsWaveinmedium2:TEwave由上式可以看出傳輸系數(shù)的模值及其幅角。2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications令2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsZ方向:z方向是行波狀態(tài)，且相位常數(shù)與介質(zhì)1中的相同，相位常數(shù)相同意味著相速相同，這是因?yàn)榻橘|(zhì)1中的波和介質(zhì)2中的波是一個(gè)統(tǒng)一波形的兩部分，它們必須有相同的傳播速度。X方向:說(shuō)明波的幅度隨離開(kāi)界面的距離按指數(shù)形式減小，減小的快慢以參數(shù)決定，叫做x方向的衰減常數(shù)，它是由介質(zhì)參數(shù)n1，n2及入射角i決定2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications媒質(zhì)2中存在透射場(chǎng)，透射場(chǎng)沿平行與界面的方向z為行波，而沿垂直與界面的x方向?yàn)樗p場(chǎng)。場(chǎng)在界面處最強(qiáng)，沿離開(kāi)界面的法線方向逐漸減弱，在無(wú)窮遠(yuǎn)處消失。這種場(chǎng)稱為“漸消場(chǎng)”，這種振幅沿橫向漸消，沿縱向傳播的行波，它的場(chǎng)集中早表面附近，故稱為表面波。場(chǎng)沿法向的逐漸減弱并非由于媒質(zhì)的吸收，只是場(chǎng)的指數(shù)漸弱分布：衰逝波漸消場(chǎng)中，Hx與Ey相差900，即無(wú)界面法線方向即x方向的有功功率流。有效穿透深度漸消場(chǎng)的出現(xiàn)說(shuō)明，不能簡(jiǎn)單的認(rèn)為全反射介質(zhì)2中完全不存在波場(chǎng)，實(shí)際上在界面附近波長(zhǎng)量級(jí)的厚度內(nèi)自然有場(chǎng)，入射波的能量不是在嚴(yán)格的界面上全部反射，而是穿透到介質(zhì)2內(nèi)一定的深度。2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsGoos-Hanchenshift2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications導(dǎo)行波GuidedTravelingWaveA.全反射時(shí)介質(zhì)1和介質(zhì)2中的波時(shí)一個(gè)統(tǒng)一體，是一個(gè)波形的兩個(gè)部分，沿縱向z方向，它們都是以相同的相位常數(shù)k1z在傳播。沿x方向，介質(zhì)1中的電磁波的幅度按三角函數(shù)規(guī)律變化，是駐波分布。介質(zhì)2中的電磁波幅度按指數(shù)規(guī)律衰減，是衰減波，漸逝場(chǎng)。如果衰減常數(shù)足夠大，介質(zhì)2中的波將只存在于介質(zhì)1表面。由于電磁能量集中于介質(zhì)1及其表面附近，因而把這種波叫做表面波。又因?yàn)樗桥c界面平行的方向傳播，是由介質(zhì)表面導(dǎo)行的，因而也叫導(dǎo)行波，簡(jiǎn)稱導(dǎo)波。2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications導(dǎo)波在傳播方向的相位常數(shù)是介于兩介質(zhì)的波數(shù)之間的，比第二介質(zhì)的波數(shù)k2大，比第一介質(zhì)的波數(shù)k1小。導(dǎo)行波的傳播速度為v=/,因而導(dǎo)行波的速度/k1<v</k2,導(dǎo)行波的傳播速度介于兩介質(zhì)中平面波的傳播速度之間。由于其速度小于第二介質(zhì)中的平面波的相速度，所以也稱慢波。等相位面:導(dǎo)波相位只沿z方向變化，令z為常數(shù)，就得到等相位面，所以等相位面是與傳播方向垂直的一系列平面。B:相位常數(shù)及傳播速度z向:＝k1z=k0n1sini全反射:c<i<900n2/n1<sini<1.K0n2<K0n1sinI<K0n1或者k2<<k12022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsC:幅度變化規(guī)律在無(wú)損介質(zhì)中，導(dǎo)波幅度沿z方向是不變的，但沿x方向卻按一定的規(guī)律變化。將電場(chǎng)幅度用Em表示，則在介質(zhì)一中：Em正比于cos(k1xx+1).顯駐波分布。1.d與i有關(guān),1=c,=0,d=.i=900,2.=n1-n2有關(guān)，在界面x=0處,Em正比于cos(1),k1x是x方向的相位常數(shù),x=2/k1x是x方向的波長(zhǎng).入射角i越小,k1x越大,x越小,駐波節(jié)點(diǎn)越密集。在介質(zhì)2中，幅度按exp(-x)規(guī)律衰減，其幅度變化規(guī)律在x=0處，幅度曲線是連續(xù)的，衰減速度取決于衰減常數(shù)越大，衰減越快2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications穿透深度d1.與入射角I有關(guān).臨界狀態(tài)時(shí)，1=c,=0,d=.不衰減。i=900,2.與兩介質(zhì)的折射率有關(guān)，差別越大，衰減越快。3.與工作波長(zhǎng)0有關(guān)，0越小，越大，d越小。對(duì)電磁波集中越有利等振幅面:x為常數(shù)導(dǎo)波的等振幅面與等相位面時(shí)相互垂直的，這與均勻平面波不同。2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsD.輻射波的概念:radiatedwave平面波入射到兩介質(zhì)分界面上，當(dāng)不滿足全反射條件時(shí)，就產(chǎn)生了部分反射，一部分能量反射回介質(zhì)1中，只一部分能力返回到介質(zhì)2中，這種波叫輻射波。對(duì)于介質(zhì)波導(dǎo)來(lái)說(shuō)，這種波遠(yuǎn)沒(méi)有導(dǎo)波重要。對(duì)于TE波K2x為實(shí)數(shù)，故沿x方向產(chǎn)生相移而不產(chǎn)生衰減，與導(dǎo)波不同=k2z=k1z=k0n1sinI對(duì)于輻射波sinI<sinc=n2/n1.<k0n2<k0n1.z方向相速度v>v2>v1

快波。TM波與此類似2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsSummory當(dāng)平面波由光密到光疏介質(zhì)時(shí)I>c導(dǎo)行波能量集中于光密介質(zhì)及其界面附近I<c輻射波有一部分能量輻射的光疏介質(zhì)中2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsC.Theguidedmodesarethoseintensityprofiles,forwhichthefocusing,duetotheindexprofile,exactlymatchesthediffractionD.Inthecoreissmall,onlyonesuchmodeexists(singlemodefiber)2022/12/11Opticalfibercommun作業(yè)一、閱讀第三章pp49-51&65-71二、3.132022/12/13Opticalfibercommunications作業(yè)一、閱讀第三章pp49-51&65-712022/12/2022/12/13OpticalfibercommunicationsReview：Charper1Introduction

光波導(dǎo)OpticalWaveguides光纖的損耗AttenuationofOpticalFiber光波導(dǎo)vs同軸電纜OpticalWaveguidesvsCoaxialCable信道復(fù)用Channelmultiplexing

光纖通訊的發(fā)展FiberOpticCommunicationMilestones光纖通訊的現(xiàn)狀State-of-the-artFiberOptics2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications光纖的損耗

AttenuationofOpticalFiber

在一般情況下，光纖內(nèi)光功率的衰減可以表示為P,光功率；α，衰減系數(shù)，包括材料吸收以及其他各種功率衰減因素。

Pin為在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光纖的輸入端耦合進(jìn)光纖的功率，則輸出功率Pout表示為

（1）（2）

光纖的損耗表示為以dB/Km為單位的形式

VeryImportant?。?）2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications光纖的吸收

AbsorptioninOpticalFiber

整個(gè)透明波段：1280nm－1610nm50THz（1THz＝1012Hz）2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications信道復(fù)用Channelmultiplexing

時(shí)分復(fù)用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）:單信道復(fù)用頻分復(fù)用（FrequenceDivisionMultiplexing，F(xiàn)DM）:多信道復(fù)用波分復(fù)用（wavedivisionmultiplexing）：FDM對(duì)模擬和數(shù)字信號(hào)都適用，而TDM只適用于數(shù)字信號(hào)。信道在頻域上分隔開(kāi)來(lái)，每一個(gè)信道采用不同的載波頻率，載波頻率的間隔應(yīng)大于信道的帶寬以避免信道頻域的交迭。在FDM中，如果信道間隔較大（>100GHz），則成為波分復(fù)用。2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications第二章光導(dǎo)纖維的傳輸原理一.幾何光學(xué)GeometricalOptics4.Whenallaperturesaremuchlargerthanawavelength,wecanmodelthelightasraytravelinginstraightlinesperpendiculartothewavefront.1.Speedoflightinamediumofrefractiveindexn:v=c/noy:normallineo-xz:boundary2.Lawofreflection:i=r3.Snell’slaw:nt?sint=ni?sini2022/12/11Opticalfibercommun漸變折射率棒透鏡2022/12/13Opticalfibercommunications(a)射線傳播路徑(b)1/4節(jié)距透鏡準(zhǔn)直點(diǎn)光源發(fā)出的射線(c)1/4節(jié)距透鏡聚焦準(zhǔn)直光束節(jié)距P：一個(gè)完整周期的程度漸變折射率棒透鏡2022/12/11Opticalfibe透鏡成像2022/12/13Opticalfibercommunications薄透鏡成像原理成像引起角度變化光纖只能接收在半錐角為theta的錐形區(qū)域中入射的光線透鏡成像2022/12/11Opticalfiberco高斯分布2022/12/13Opticalfibercommunications高斯分布2022/12/11Opticalfiberco高斯光束準(zhǔn)直2022/12/13Opticalfibercommunications高斯光束準(zhǔn)直2022/12/11Opticalfiber作業(yè)一、閱讀第二章pp32-48二、52022/12/13Opticalfibercommunications作業(yè)一、閱讀第二章pp32-482022/12/11Opti2022/12/13Opticalfibercommunications第二章光導(dǎo)纖維的傳輸原理二.Uniformplanewave均勻平面波A:MaxwellEquations(fundamentalequations)B:在穩(wěn)態(tài)、簡(jiǎn)諧條件下，線性、各向同性、非色散、不導(dǎo)電媒質(zhì)中MaxwellEquations2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications第二章光導(dǎo)纖維的傳輸原理C.Helmholtz方程1.時(shí)間參量:角頻率，周期T，頻率f。2.空間參量:縱向相移常數(shù)或角波數(shù)kz，波長(zhǎng)z，波數(shù)1/z.where2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications第二章光導(dǎo)纖維的傳輸原理3.空間與時(shí)間的聯(lián)系:相速度phasevelosity均勻平面波的縱向相移常數(shù)等于空間相移常數(shù)其相速度等于光速4.電磁聯(lián)系:波阻抗對(duì)于均勻平面波真空中2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications1.均勻平面波是電磁波的最基本的形式3.若在空間垂直于電場(chǎng)的面放置兩塊平行的導(dǎo)體平板，則因在導(dǎo)體表面切向電場(chǎng)為0，兩導(dǎo)體板不影響平面波的傳播。這就形成雙平板傳輸線中的TEM模式的行波，它是雙平板傳輸線中的主模，或稱最低模。TE:transverseelectricwave.TM:transversemagneticwave均勻平面波總結(jié)2.均勻平面波是沿固定方向傳播的等幅行波，垂直于傳播方向的平面是等相面或稱波陣面。其等相位面同時(shí)是等振幅面，其電場(chǎng)和磁場(chǎng)都垂直于傳播方向且互相垂直，故稱為橫電磁波(TEM:TransverseElectromagneticwave)波。同時(shí)是等幅波，即振幅不隨傳播距離而增加或衰減，等幅均勻平面波中電場(chǎng)與磁場(chǎng)同相，波阻抗為實(shí)數(shù)。2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications第二章光導(dǎo)纖維的傳輸原理PlaneWavesataDielectricInterface1.ConsideramonochromaticplanewaveincidentonadielectricinterfacedescribedbythesurfacenormalS2.Theplanewavetakestheform:2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications4.Maxwell’sEquationstellusthatthetangentialcomponentoftheelectricfieldmustbecontinuousattheinterface,sowehave:PlaneWavesataDielectricInterface3.Thecorrespondingreflectedandtransmittedfieldsare:wherer

andt

arephaseconstants.Non-zerovaluesofthephaseconstantscanbeinterpretedasaspatialshift.2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsLawofReflection2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsLawsofRefractionSimilarlywefindfromthesecondofthetwoequations:Itfollowsthatktisalsointheincidentplane,andThisisSnell’slawofrefraction.1.ThelawsofreflectionandrefractionformsthebasisforGeometricaloptics2.Geometricalopticsalsoassumescollimatedopticalbeams(rays),whichareunphysical3.Geometricalopticsisneverthelessveryusefulformodelingalargenumberofopticaldevicesandphenomena2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsFresnelLawA:是入射光，反射光和透射光的矢量復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)R傳遞系數(shù)TB:模表示強(qiáng)度，幅角表示相位入射電場(chǎng)反射電場(chǎng)透射電場(chǎng)2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsC:水平偏振波TE橫電波2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsD:垂直偏振波TM橫磁波2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsTatalInternalReflectionA:n1>n2&c<i<900.c=arcsin(n2/n1)B:wavesinmediumtwoTEwave:在臨界狀態(tài)下，c＝i，2R＝0，反射不引起相位突變，i900，cosi0，2R＝1800，有半波損失。2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsTMwave:|R|=1,2R=Attension:全反射時(shí)，TE，TM的位相變化是不相同的2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsWaveinmedium1:TEwaveA:Incidentwavetakestheformas入射波的橫向（x方向）的相位常數(shù)入射波的縱向（Z方向）相移常數(shù)2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsB:Thecorrespondingreflectedwavewilltaketheform:2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications第二章光導(dǎo)纖維的傳輸原理C:波的狀態(tài)Z方向：行波，相位常數(shù)X方向：駐波xzMedium1Medium22022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsWaveinmedium2:TEwave由上式可以看出傳輸系數(shù)的模值及其幅角。2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications令2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsZ方向:z方向是行波狀態(tài)，且相位常數(shù)與介質(zhì)1中的相同，相位常數(shù)相同意味著相速相同，這是因?yàn)榻橘|(zhì)1中的波和介質(zhì)2中的波是一個(gè)統(tǒng)一波形的兩部分，它們必須有相同的傳播速度。X方向:說(shuō)明波的幅度隨離開(kāi)界面的距離按指數(shù)形式減小，減小的快慢以參數(shù)決定，叫做x方向的衰減常數(shù)，它是由介質(zhì)參數(shù)n1，n2及入射角i決定2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications媒質(zhì)2中存在透射場(chǎng)，透射場(chǎng)沿平行與界面的方向z為行波，而沿垂直與界面的x方向?yàn)樗p場(chǎng)。場(chǎng)在界面處最強(qiáng)，沿離開(kāi)界面的法線方向逐漸減弱，在無(wú)窮遠(yuǎn)處消失。這種場(chǎng)稱為“漸消場(chǎng)”，這種振幅沿橫向漸消，沿縱向傳播的行波，它的場(chǎng)集中早表面附近，故稱為表面波。場(chǎng)沿法向的逐漸減弱并非由于媒質(zhì)的吸收，只是場(chǎng)的指數(shù)漸弱分布：衰逝波漸消場(chǎng)中，Hx與Ey相差900，即無(wú)界面法線方向即x方向的有功功率流。有效穿透深度漸消場(chǎng)的出現(xiàn)說(shuō)明，不能簡(jiǎn)單的認(rèn)為全反射介質(zhì)2中完全不存在波場(chǎng)，實(shí)際上在界面附近波長(zhǎng)量級(jí)的厚度內(nèi)自然有場(chǎng)，入射波的能量不是在嚴(yán)格的界面上全部反射，而是穿透到介質(zhì)2內(nèi)一定的深度。2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13OpticalfibercommunicationsGoos-Hanchenshift2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications導(dǎo)行波GuidedTravelingWaveA.全反射時(shí)介質(zhì)1和介質(zhì)2中的波時(shí)一個(gè)統(tǒng)一體，是一個(gè)波形的兩個(gè)部分，沿縱向z方向，它們都是以相同的相位常數(shù)k1z在傳播。沿x方向，介質(zhì)1中的電磁波的幅度按三角函數(shù)規(guī)律變化，是駐波分布。介質(zhì)2中的電磁波幅度按指數(shù)規(guī)律衰減，是衰減波，漸逝場(chǎng)。如果衰減常數(shù)足夠大，介質(zhì)2中的波將只存在于介質(zhì)1表面。由于電磁能量集中于介質(zhì)1及其表面附近，因而把這種波叫做表面波。又因?yàn)樗桥c界面平行的方向傳播，是由介質(zhì)表面導(dǎo)行的，因而也叫導(dǎo)行波，簡(jiǎn)稱導(dǎo)波。2022/12/11Opticalfibercommun2022/12/13Opticalfibercommunications導(dǎo)波在傳播方向的相位常數(shù)是介于兩介質(zhì)的波數(shù)之間的，比第二介質(zhì)的波數(shù)k2大，比第一介質(zhì)的波數(shù)k1小。導(dǎo)行波的傳播速度為v=/,因而導(dǎo)行波的速度/k1<v</k2,導(dǎo)行波的傳播速度介于兩介質(zhì)中平面波的傳播速度之間。由于其速度小于第二介質(zhì)中的平面波的相速度，所以也稱慢波。等相位面:導(dǎo)波相位只沿z方向變化，令z