第九章现代光学系统9.1光纤光学系统9.2激光光学系统9.3.ppt

*科学出版社高等教育出版中心*工程光学第九章现代光学系统光纤的典型应用*科学出版社高等教育出版中心**科学出版社高等教育出版中心*工程光学第九章实用光学系统根据光传输的不同方式,光纤被分为两大类:一类是由均匀透明介质构成并利用全反射原理来传输光的光纤,称为阶跃型光纤;另一类是由非均匀介质材料构成的光纤,材料的折射率由中心向外呈梯度变化,使光线在其内部沿曲线传播,称为梯度折射率光纤。*科学出版社高等教育出版中心*、外介质分界面上的入射角大于或等于临界角时,满足发生全反射的条件,此时有式中,Ic为全反射的临界角。构造如图9-1所示,由内、外两种均匀透明介质拉制成的细纤维,内层芯材料的折射率n大于外包材料的折射率n′。-1阶跃型光纤*科学出版社高等教育出版中心*工程光学第九章实用光学系统根据图9-1,有因此将代入上式,并化简得*科学出版社高等教育出版中心*工程光学第九章实用光学系统设外界空间的折射率为n0,根据折射定律,光线在光纤端面上的入射孔径角U0与折射孔径角Umax之间有式中,n0sinU0称为光纤的数值孔径,用NA表示,即光纤的数值孔径代表了光纤对光的传输能力,是描述其性能的重要指标。(9-1)*科学出版社高等教育出版中心*,当光线在光纤内部发生偶数次反射时,出射光线的角度与入射光线的角度相同;当发生奇数次反射时,出射光线角度与入射光线角度对称于轴心。因此,一束充满孔径的平行光束最终以一锥面平行光束出射,如图9-2所示。而对于某一斜方向入射的汇聚光束,最终出射光束为一发散的锥面光束,如图9-3所示。*科学出版社高等教育出版中心*工程光学第九章实用光学系统图9-2 斜平行光经光纤后的出射光束图9-3 斜会聚光经光纤后的出射光束*科学出版社高等教育出版中心*工程光学第九章实用光学系统当光线经过一段弯曲的光纤传播时,如图9-4所示。在光纤弯曲的外径处反射的光线角度变小,而在弯曲的内径处反射角度变大,其变化的大小随光纤弯曲的半径不同而不同,最终导致出射光线的角度相对入射光线发生变化。图9-4光线在弯曲的光纤内传播*科学出版社高等教育出版中心*工程光学第九章实用光学系统当光线在角度为θ的锥形光纤内传播时,如图9-5所示,由光纤大端入射的光线,每经过一次反射,入射角减小θ;相反,由光纤小端入射的光线,每经过一次反射,入射角增大θ。这样,最终也会使出射光线的角度发生变化。图9-5 光线在锥形光纤内传播