光纤技术及应用复习题1-5

1、光纤技术及应用复习题1-5光纤技术及应用复习题第一早1、写出电场强度和磁场强度在两种介质界面所满足的边界条件方程。（并会证明）边值关系边胡）心円边值关系（边界条件）Q-耳）力=oy（边界棗件）虔-恥心）办（耳歼戸呵hx(E2 E) = 0/jx(Zf2 _H)二勺Wx(A；-A；) = 02、TE波、TM波分别指的是什么?（1）电场振动方向垂貞入射ISTE波Eil L血边價关系得H山 cos -cos6 = A/ftJcos介质折jr疫介质2E井且考虑到一般II：铁磁介质冇“=“P-ZcoiW 上面第二式可以写为 WEg电场振动方向平行于入射面TM波Hfo + H HwE遗 cos - ErQ

2、 cosr = Jfl cos 0s解得；尸卉旳匕 fh cos, -n cosfif rTM 介质1冑弋&介质2zj竺；0a = :=A n2cos6 I h. cos; sin(; +r)cos(6)l -m cosn2 , n 1n3。且一般情况下有 n1n2 n3分类：|（1）按照覆盖层和衬底的折射率是否相同，分为对称波导：n2=u3 ； 非对称液导：別3,（2）按照芯层折射率分布的术同#町将半板波导分为：阶跃波导（折射率分区均匀分布）渐变波导（折射率町是横向坐标玉的函数2、均匀平面光波在平板波导中存在的模式有：导模、衬底辐射模、波导辐射模（各有什么特点）。（入射角与临界角之间的关系以

3、及各种模式相对应的传播常数所满足的条件）P12。P17-18图(a) ci u 满足全反射的光线并不是都能形成导模，还必须满足一定的相位条件。P13 （导模的传输条件）2kxa - 2pl2 - 2巒扌=-表征组成导模的光线在半板波导屮的传辂条件，通常称为半面波导的木证方程。（也称为色散方程）3、在平板波导中TEo模为基模，因为TEo模的截止波长是所有导模中最长的。P144、非均匀平面光波在平板波导中的模式有：泄露模、消失模5、平板波导中的简正模式具有：稳定性、有序性、叠加性、和正交性。6模式的完备性指的是？P24在平板波导中，导模和辐射模构成了一个正交、完备的简正模系，平板波导中的任意光场分

4、布都可以看成这组正交模的线性组合 。7、波导间的模式耦合指的是？ P31当两个波导相距很远 时，各自均以其 模式独立地传播，无相互影响；当两个波 导相距很近时，由于包层中场尾部的重叠，将会发生两个波导间的能量交换， 称之为波导间的模式耦合。作业题：2-7、2-8第三章1、什么是光纤？光纤的结构，分类，并画出相应的折射率分布。光纤的相对折 射率差。光纤（optic fiber ）-是指能够传导光波的圆柱形介质波导。它利用光的全反 射原理将光波能量约束在其界面内，并引导光波沿着光纤轴线方向传播结构：纤芯（芯层）包层 保护层光纤的分类梯也哩2、 阶跃光纤中导模的光线分为：子午光线和斜光线 子午光线：

5、指在子午面内传播的锯齿形折线；斜光线：指与芯轴即不相交也不平行的空间折线。3、阶跃光纤中的延迟时间，数值孔径P37-381Vznic cosNA (sin o)max212n2物理意义：NA大小反映了光纤捕捉光线的能力4、光纤单模工作的条件。P45.由于基模不会截止，所以阶跃折射率分布光纤的（只传输HE11模）单模工作条2. 4050 f :件条件是2昇1 2） 0或0 V 2. 4055、阶跃光纤中允许传播的导模数目：P48 （式3.2-48）光纤传输模式总数近似于：N=V 2/210 5 10P556什么是光纤光栅，其结构？其分类。光纤光栅-指芯区折射率沿轴向呈周期性变化，折射率变化的幅度

6、通常在之间，结构：芯层和包层光纤光栅分为：均匀光纤光栅、非均匀光纤光栅7、什么是光子晶体？其特征？什么是光子晶体光纤？结构以及其导光机制光子晶体一是指不同介电常数的材料构成的周期性结构，光子晶体的特点可以控制光子的运动。光子晶体光纤是一种带有线缺陷的二维光子晶体，是石英棒或石英毛细管排列拉制后在中心形成缺陷孔或实心结构。应用 引入缺陷：引入非线性介质）8、光子晶体光纤的应用。能量传输、超连续谱的产生、光纤传感、光纤通信。作业题：3.1,3.2,3.10,3.11第四章1、光纤的传输特性包括哪些？损耗、色散、光纤的偏振特性、非线性效应2、什么是光纤的损耗？光纤损耗系数定义式(式 4.1-1);是

7、指光纤每单位长度上的衰减，决定了光信号能在光纤中传输的最远距离。 一段朮纤的损耗巾通过这股比纤的光功率损矢来衡晴，43态条fl IS单也长度的光纤描耗称为衰减系数a % a通常定史为-a =101g(PJ匕JfE( dB/km) (1)式中* P.为入肘此功率；出型为传输后的输出光功率&In光纤的损耗有：吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗等。吸收损耗有：本征吸收和杂质吸收。对于普通的石英光纤，光纤通信的三个窗口指的是：0.85， 1.3， 1.55微米处吸收损耗最小。3、什么是光纤的色散？光纤的色散主要有哪些？分别是什么？光纤色散的定义 在光纤中传输光信号的 不同频率成分或不同的模式分量将以不同的速

8、度传播，传过一定距离后必然会产生信号失真，这种现象称为光纤的色散或弥散。色散越大，光纤中的带宽-距离乘积值越小。在传输距离一定时，带宽越小，所传输的信息容量就越少。（町材料色散E描材料折射书足波K （咸频率）的*找性函数由于用同频率的光波传输郡速度金同而导致的色散为材料色（b）波导色数指导模的传播営故0足波尺或叛率】的线枠前教隹得讼导模的群連度陆比波広的变化门变比*所产住的色呼为波导色散（或结构色散）09）梅间色散务摸色散：4名根比纤中.不同模式的群速度不同，所引起的色散为模间色散（名模色散）4、什么是光纤双折射？造成的原因有哪些？描述单模光纤的双折射的物理参 量。光纤双折射使两个正交偏振模式

9、的传输常熟不再相等，从而导致偏振态沿光纤 长度方向变化。引起光纤双折射的原因：几何模型不理想：其椭圆度以及芯的组成会有不均匀现象；外部因素：如光纤侧压力、温度不均匀、光纤弯曲、扭转等 1 丿=彌光蚪+赫侶光均闕W跖1550_ISSOnm5、光纤放大器的泵浦方式有？光纤放大器的泵浦方式有三种：前向泵浦、后向泵浦、双向泵浦；后向泵浦：信号光和泵浦光沿 相反方向传输； 双向泵浦：泵浦光沿 两个方向同时进入光纤放大器，对信号光双向泵浦放大。6泵浦光源的波长是？呆浦光源：除波长的光可以作为泵浦光外，还有670nm门800nm, 1480nm的光也可柞为按钳光紆诙大器的泵浦光。用980nm汲长的比作为亲浦

10、）t的优点：用为據桝比纤九这一波设对小怕吕输入的増益系数较届且噪 声因f最低。7、光纤放大器的三种主要用途：（a）光功率放大：将光纤放大器放在发射端光源之后，放大输入到光纤中的光功 率光中继放大：作为在线放大器或中继放大器应用时，将光纤放大器放在传输线 的中间，在信号传输路途上对光信号进行放大。光前置放大：作为光前置放大器应用时，将光纤放大器放在接收端光电检测器 的前面，在光电检测器进行光电转换之前先对从传输光纤中来的光信号进行放 大。魅射 倆芒光搐收何先前酗大8、光纤激光器的组成部分，工作原理激光增益介质、光学谐振腔、泵浦源工作原理：泵浦光将掺入光纤中的稀土杂质离子由基态激发到高能态，由于

11、离子处在高能态的寿命较短，很快就通过非辐射形式（放出声子）跃迁到寿命 较长的亚稳态上，然后以辐射（光子）的形式放出能量，跃迁返回到基态。当亚稳态上的粒子数大于激光下能级上的粒子数，即处于粒子数反转状态时，光 纤介质具有增益特性，而且当激光腔内的增益大于损耗，即满足振幅阈值条件时，在腔内满足相位共振条件的光辐射被受激放大，并以激光形式输出习题:1.均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n 1=1.50，n2=1.45，光纤的长度 L=10Km。 求：(1) 光纤的相对折射率差 ;(2) 数值孔径NA ;(3) 若将光纤的包层和涂敷层去掉，求 裸光纤的NA和相对折射率差Ao解：(1)2n122n11.5

12、21.4522 1.523.3%(2) NA 几，21.52 0.033 0.39(3)若将光纤的包层和涂敷层去掉，贝V相当于包层的折射率n2=1，则2 2n1 - n21.52122 1.5228.1%NA 口、21.52 0.281 1.122、已知阶跃型光纤，纤芯折射率 n 1=1.485,相 对折射率差 A=0.3%，工作波长 ”=1.31眄，试求：(1)保证光纤单模传输时，光纤的纤芯半 径a应为多大？(2)若a=5 pm，保证光纤单模传输时，n2应如何选择？3、当光在一段长为10km光纤中传输时，输出 端的光功率减小至输入端光功率的一半。求：光纤的损耗系数a解：设输入端光功率为P1，

13、输出端的光功率 为P2。则 P1 = 2P2光纤的损耗系数=碍般鲁0.3dB/km4.均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为 n 1=1.50, n2=1.45，光纤的长度 L=10km。试 求：(1) 子午光线的最大时延差；(2) 若将光纤的包层和涂敷层去掉，求 子午光线的最大时延差。L LLn1 n11M L CEEsin c2n1n1解: (1)10km 1.50 1.50 , _511.72 s3 10 km 1.45(2 )若将光纤的包层和涂敷层去掉，则n2=1.0LLCCn11r2Csin cM10km 1.50 1.50 ,“5125 s3 105km 1.05、纤芯折射率n1=1.4

14、68,包层折射率n2为1.447假如光源波长为1300nm请计 算单模光纤的纤芯半径。&典型的单模光纤的纤芯直径是 8mm,折射率是1.460,相对折射率差是0.3%, 包层直径是12.5mm，光源波长为0.85mm,计算光纤的数值孔径、最大可接受角 和截至波长。7、 阶跃型光纤的相对折射指数差=0.01，纤芯折射率 n1=1.48，纤芯半径 a=3 m，要保证单模传输，问工作波长应如何选择？8、阶跃光纤，若nl = 1.50,入0=l.3 m，试计算(1) 若厶=0. 25,为了保证单模传输，其纤芯半径 a应取多大？(2) 若取a=5卩m，为保证单模传输，应取多大？9、 计算n1=1.48及n2=1.46的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果光纤端面外介 质折射率n = 1.00，则允许的最大入射角Qmax为多少？10、 弱导阶跃光纤纤芯和包层折射率指数分别为n 1=1.5， n2=1.45，试计算：(1)纤芯和包层的相对折射差 Ao(2)光