电子科技大学：《光波导理论与技术 Optical Waveguides Principles and Technologies》课程教学资源（课件讲稿）第四章 光纤——结构与分析

University of Electronic Science and Technology of China 1956 四.光纤一结构与分析 1

University of Electronic Science and Technology of China 1 四．光纤—结构与分析

University of Electronic Science and Technology of China 1956 光纤，作为光传输与传感系统中最重要的传输介质， 其重要性不言而喻。此外光纤还可以制作成各种光电 子器件，如光纤放大器，光纤激光器，光纤光栅等。 口本章主要内容： 1.光纤简介 2.光纤基本结构与基本参数 3.子午光纤与偏射光线 4.阶跃光纤的严格电磁理论-混合模式 5.阶跃光纤的近似分析-线偏振模式 6.几个例子 2

University of Electronic Science and Technology of China 2 光纤，作为光传输与传感系统中最重要的传输介质， 其重要性不言而喻。此外光纤还可以制作成各种光电 子器件，如光纤放大器，光纤激光器，光纤光栅等。 ❑ 本章主要内容： 1. 光纤简介 2. 光纤基本结构与基本参数 3. 子午光纤与偏射光线 4. 阶跃光纤的严格电磁理论-混合模式 5. 阶跃光纤的近似分析-线偏振模式 6. 几个例子

University of Electronic Science and Technology of China 1.简介 1956 >1870年英国物理学家 John Tyndall演示光能被弯曲 John Tyndalli证实光能被弯 的水流引导的设备 曲的水流传导，并在其出 版的书籍中指出，全内反 射特性是光的自然属性。 3

University of Electronic Science and Technology of China 3 ➢1870 年 英 国 物 理 学 家 John Tyndall证实光能被弯 曲的水流传导，并在其出 版的书籍中指出，全内反 射特性是光的自然属性。 John Tyndall 演示光能被弯曲 的水流引导的设备 1. 简介

University of Electronic Science and Technology of China 1.简介 >1920年左右，科学家们开始研究通过光纤（原始的光 纤，没有包层)来进行图象传输。但这种光纤在光传输 方面的表现很难让人满意，主要表现为光在传输中的损 耗很严重。 >1953,当时正工作于英国伦敦帝国科学技术研究院的印 度物理学家Narinder Singh Kapany发明了带有包层的光纤， 这使得图像在光纤中的传输质量获得了极大改善。Kpy 发明的光纤与今天所使用的光纤在结构上是一样的，可以 说他的工作奠定了现代光纤的基本结构

University of Electronic Science and Technology of China 4 1. 简介 ➢1920年左右，科学家们开始研究通过光纤（原始的光 纤，没有包层）来进行图象传输。但这种光纤在光传输 方面的表现很难让人满意，主要表现为光在传输中的损 耗很严重。 ➢1953，当时正工作于英国伦敦帝国科学技术研究院的印 度物理学家Narinder Singh Kapany发明了带有包层的光纤， 这使得图像在光纤中的传输质量获得了极大改善。Kapany 发明的光纤与今天所使用的光纤在结构上是一样的，可以 说他的工作奠定了现代光纤的基本结构

University of Electronic Science and Technology of China 956 1.简介 S光a Narinder Singh Kapany 5

University of Electronic Science and Technology of China 5 1. 简介 Narinder Singh Kapany

University of Electronic Science and Technology of China 1.简介 >1956年左右，可弯曲的光纤内窥镜诞生，科学家们依然 致力于提升图像传输的质量，似乎还没有将光纤用于通信 的想法。 >1966,中国上海出生的英籍科学家高锟(Charles Gao) 发表了令他获得2009年诺贝尔物理学奖的论文 Dielectric Fibre Surface Waveguides for Optical Frequency'。在该文中高锟首次提出当玻璃纤维的衰减率 低于20dBkm时，光纤通信即可成功【当时：1000 dBk】。在接下来的研究中，他还指出，高纯度的石英 玻璃是制造可用于实现光通信的光纤的首选材料。 6

University of Electronic Science and Technology of China 6 1. 简介 ➢1956年左右，可弯曲的光纤内窥镜诞生，科学家们依然 致力于提升图像传输的质量，似乎还没有将光纤用于通信 的想法。 ➢1966，中国上海出生的英籍科学家高锟（Charles Gao） 发 表 了 令 他 获 得 2009 年 诺 贝 尔 物 理 学 奖 的 论 文 ‘ Dielectric Fibre Surface Waveguides for Optical Frequency’ 。在该文中高锟首次提出当玻璃纤维的衰减率 低于20 dB/km时，光纤通信即可成功【当时：1000 dB/km】。在接下来的研究中，他还指出，高纯度的石英 玻璃是制造可用于实现光通信的光纤的首选材料

University of Electronic Science and Technology of China 1.简介 1956 >高锟获诺贝尔物理学奖的文章 Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies K.C.Kao,B.Sc.(Eng.),Ph.D.,A.M.I.E.E.,and G.A.Hockham,B.Sc.(Eng.),Graduate I.E.E. Synopsis A dielectric fibre with a refractive index higher than its surrounding region is a form of dielectric waveguide which represents a possible medium for the guided transmission of energy at optical frequencies. The particular type of dielectric-fibre waveguide discussed is one with a circular cross-section.The choice of the mode of propagation for a fibre waveguide used for communication purposes is governed by consideration of loss characteristics and information capacity.Dielectric loss,bending loss and radiation loss are discussed,and mode stability,dispersion and power handling are examined with respect to information capacity.Physical-realisation aspects are also discussed.Experimental investigations at both optical and microwave wavelengths are included. 请参阅： Ref.1 K.C.Kao and G.A.Hockham,"Dielectric-Fibre Surface Waveguides for Optical Frequency,"IEE Proceedings,Vol.133,Pt.J,No.3,June 1986. 7

University of Electronic Science and Technology of China 7 1. 简介 ➢高锟获诺贝尔物理学奖的文章 请参阅： Ref. 1 K. C. Kao and G. A. Hockham, “Dielectric-Fibre Surface Waveguides for Optical Frequency," IEE Proceedings, Vol. 133, Pt. J, No. 3, June 1986

University of Electronic Science and Technology of China 1.简介 1956 高锟教授 8

University of Electronic Science and Technology of China 8 1. 简介 高锟教授

University of Electronic Science and Technology of China 1.简介 956 高锟教授 CONFERENCE THE 14 TH INTERNATIONAL ON POLYMER OPTICAL FIBER ORGANIZER:OPTOELECTRONICS RESEARCH( CENTER CITY UNIVERSITY OF HONG KO Sheraton Hong kong BDTELL10W5R5 9

University of Electronic Science and Technology of China 9 1. 简介 高锟教授

University of Electronic Science and Technology of China 1.简介 1956 RCH DNG CENTER 2 Sheraton Hong Kong GTL4ToER与 高锟教授（左)与朱柏廉教授（右） 10

University of Electronic Science and Technology of China 10 1. 简介 高锟教授（左）与朱柏廉教授（右）