解释传播的射线理论？
发布时间：2023-04-18 08:00:00 阅读数： 86
传播的射线理论是一种简化的方法，用于分析光波如何在光纤中传播和传输。根据该理论，光以射线的形式在光纤中传播，沿着光纤的轴线走直线，并遵守几何光学定律。它被用来更清楚地了解光在光纤上的传播情况，并近似于光纤的受光和导光特性。
几何光学定律
描述光线传播的三个定律：
光线在均质介质中是直线。
反射定律： 从两种不同折射率的介质之间的边界进行反射时，反射角（θr）等于相对于入射面的入射角（θi）。
斯涅尔折射定律： 被折射的光线将位于两个不同折射率介质的边界处的入射平面内。
n1 = 第一个介质的折射率
n2 = 第二种介质的折射率
θ1 = 入射角
θ2 = 折射角
光纤可以携带两种类型的射线：经向射线和斜向射线。
子午线射线
子午线射线总是通过光纤轴线，并在光纤芯的中心提供高光强度。它们被用来说明光纤的基本传输特性。它可以进一步分类为绑定或非绑定的光线。绑定光线是留在纤芯中的光线，通过全内反射沿光纤轴线传播。同时，非结合光是指折射出光纤芯的光。非束缚光线是由于纤芯-包层界面的不完善导致部分束缚光线被折射出纤芯进入包层，并最终逃离光纤。一般来说，经向射线遵循反射和折射的规律。
图1：束缚射线和非束缚射线
斜射光线
斜射光线在传输过程中不经过光纤轴线，在中心的光强度较低，而在光纤边缘的光强度较高。斜线的接受角比子午线的大。它可以用来计算光纤中的光接受度。
倾斜光线的加入增加了
光纤的光容量，特别是在具有大数值孔径（N.A.）的光纤。
在光纤中的损失量。
这些光线倾向于在光纤芯的边缘附近传播。困在纤芯内的歪斜光线的很大一部分被认为是泄漏的光线。泄漏的光线在纤芯-包层边界完全反射。然而，由于光纤边界的弯曲性质，这些光线会发生部分折射。
图2：歪斜光线
射线理论的局限性
射线模型给人的印象是，在全内反射过程中，能量被限制在纤芯中。然而，在现实中，光能在包层区域扩散。
没有考虑到光纤内部传播的离散场面。
当纤芯尺寸变得与光的波长相当时，射线模型就会失效。因此，对于单模光纤来说，它是不完全合理的。该理论只描述了光纤中平面波分量的方向。它不考虑这种分量之间的干扰。
雷模型的局限性在波模型中被克服。
