光纤光学重要知识点省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

光线理论主要概念光波导、光纤分类、子午光线、数值孔径、传输容量、传光传像特征、散焦面、广义折射率定理、光线轨迹及特点、光线分类主要公式射线方程、散焦面半径、折射率分布、数值孔径1/40模式理论主要概念模式定义及性质、模式分类及场分布特点、模式简并、线偏振模、主模、分离变量法、传输常数、导模截止与远离截止、基模场分布函数、基模偏振特征、色散曲线分析、模式确定及数目分析、导模光斑分布图、模式输出特征、WKB近似方法思绪主要公式波导场方程、截止与远离截止条件、单模工作条件、模式数目、归一化工作频率、模群准确模式数目。2/40光纤性能主要概念损耗机理、光通信窗口、色散机理、色散赔偿、损耗测试三种方法（后向散射法OTDR）、不一样型号通信光纤性能。主要公式材料色散与波导色散计算、脉冲展宽计算、模场半宽计算、截止波长计算3/40光纤器件主要概念自聚焦透镜成像特征、光纤耦合器/WDM器件工作原理及设计、光隔离器/环行器工作原理及设计、光纤光栅工作原理及设计、光纤激光器与放大器工作原理及设计。主要公式准直透镜输出光束半径和发散角、耦合器分支功率计算、不一样耦合比对应最小耦合长度、光纤光栅中心波长。4/40光纤连接与耦合主要概念光纤连接损耗起源、光纤连接损耗特点、透镜耦合系统、光束变换特征、有源对准（局部损耗法）。主要公式端面反射损耗计算、模场失配损耗计算、朗伯光源耦合损耗计算、半导体激光器耦合效率计算。5/401组成光纤波导必要条件是什么？光纤包层主要起什么作用？光纤去掉包层其导光特征有何改变？PCVD工艺与MCVD工艺相比，主要优点是什么？OVD与AVD工艺主要特点是什么？“单模光波导”中总模式数目是多少？举例说明“对称波导”基模不截止。习题复习6/402设计一个光波导结构，其传光波导层为平板形状，标出折射率结构。从数学上证实，在均匀折射率介质中，光纤轨迹为直线传输。假如已经知道光纤中只允许1个模式存在，能否经过外界激励取得2个模式传输？“纵横关系式”有何作用？光场分量哪一个分量总是独立满足波导场方程？写出该波导场方程式。7/403说明从波动方程到波导场方程两次分离变量依据。波导场方程含有什么样数学特征？说明光线在SIOF和GIOF中轨迹曲线是什么样。传输常数物理意义是什么。说明V、U、W参数物理意义及其相互关系。说明光波导数值孔径物理意义子午光线主要特征是什么?光线时延差影响光通信什么性能？在什么条件下才能够唯一确定光波导中模式？在纤芯和包层中选取贝赛尔函数分别含有什么数学特征？8/40SIOF波导场方程含有什么数学特征？写出SIOF中波导场方程解。写出SIOF中导模场切向分量。写出SIOF中推导本征值方程主要数学步骤。写出SIOF中TE01、TE02、TE03在临近截止和远离截止时本征值。为何Vc<2.405只适应于SIOF？习题： pp.44:3.7，3.229/40写出SIOF中模式数目与V值关系式。弱导光纤中组成线偏振模式理论依据是什么？为何LP0m模式只有两重简并？实际光纤中传输模式是线偏振模式吗？为何？画出LP6,8模式场分布示意图。高阶模式与低阶模式哪个输出角度大？

10/404GIOF数值孔径有何不一样?分别说明内散焦面、外散焦面、辐射散焦面物理意义。为何GIOF又称为“折射型”光纤？GIOF中光线角向运动有何特点？分别说明约束光线、隧道光线和折射光线特点。11/40画出阶跃分布光纤与平方率分布光纤基模场解函数曲线示意图。SIOF与GIOF中哪个导模数目更多？已知平方率分布光纤V=2，求基模模场半径。写出平方率分布光纤中LP10,15模式本征值。说明高斯近似最大激发效率判据物理意义。说明等效阶跃光纤近似物理意义。12/40哪些原因限制光通信传输距离？一光纤长220公里，已知光纤损耗为0.3dB/km，当输出光功率为2.5mW时，输入光功率为多少？为何光纤在1.55mm波长损耗比1.3mm波长小?光纤损耗能否降为零？为何？三角形折射率分布光纤与平方率折射率分布光纤哪种波导色散大？为何？简述光纤中三种色散机理。在什么条件下光纤色散为零？什么叫模场“稳态分布”?简述OTDR工作原理。简述折射近场法工作原理。P120-121课后习题5.2，5.4，5.9，5.22，5.23（1）513/406自聚焦透镜与球透镜成象异同点?惯用自聚焦透镜有哪几个?如图1所表示光纤耦合器,L为1/2耦合长度,计算①input1=100mw,input2=0mw求output1,output2各为多少?②input1=50mw,input2=50mw,且波长相同,求output1为多少?图114/40色散值计算标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度6nm，传输10公里距离，色散脉冲展宽值为: D

=17ps/nm/km×6nm×10km=1020ps对于1Gbps速率光脉冲，脉宽约为1ns.假如脉冲展宽到达脉宽20％，则系统将不能工作。上述情形显然不适合于1Gbps速率，因为脉冲展宽已经到达100％；不过对于155Mbps速率系统没有问题，因为其脉冲宽度为6.5ns，20％展宽为1300ps。假如采取线宽为300MHzDFB激光器，在1Gbps调制速率下光谱被展宽2GHz，即光源谱宽为2,300MHz或.02nm(1500nm波长).则传输10公里距离，色散脉冲展宽值为:

D

=17ps/nm/km×.02nm×10km=3.4ps显然这种情形下，1Gbps速率光通信系统没有任何问题。15/40模拟考试一、选择题（以下各题四个备选答案中只有一个正确答案，请将其代号写在题干前面括号内。每小题1.5分，共30分）二、简答题（每小题5分，共20分）三、设计题（每小题10分，共20分）四、计算题(共30分)16/40选择题1相关光纤中传输模式，以下哪一个命题是错误？A：对于结构参数给定光纤，其中传输模式是唯一确定；B：TE01、TM01和HE21模含有相同截止频率；C：每一个模式都有自己对应截止频率；D：HE11模是唯一不能截止模式。17/40选择题2光纤中能够支持模式由光纤波导本身决定，但光纤中能够激励出模式与很多原因相关，问光纤中实际能够激励出模式与以下哪些原因无关：A、入射光源光功率；B、入射介质折射率；C、光入射角；D、入射点位置。18/40选择题3主模式号为14模群中所含准确模式总数为：A、14；B、26；C、28；D、719/40选择题4通常将光纤通信划分为三个传输窗口，其主要原因是：A、光纤弯曲损耗；B、OH－吸收损耗；C、过渡金属离子吸收；D、瑞利散射损耗。20/40选择题5线偏振模模斑为：A、径向亮斑数为2m，角向亮斑数为l，而且中心为暗；B、径向亮斑数为m，角向亮斑数为2l，而且中心为暗；C、径向亮斑数为2l，角向亮斑数为m，而且中心为亮；D、径向亮斑数为l，角向亮斑数为2m，而且中心为亮。21/40选择题6光纤损耗是由许多不一样原因造成，其中不可能消除原因是：A、弯曲损耗；B、OH－吸收；C、过分金属离子吸收；D、瑞利散射22/40选择题7一光信号在光纤中传输了5000m,功率损耗了15%，该光纤损耗是A、0.14dB/km；B、0.71dB/km；C、0.64dB/km；D、0.32dB/km。23/40选择题8对于1330nm单模光纤，当入射光中心波长为1550nm，光谱宽度为10nm时，不可能存在色散是哪一个？A、模间色散；B、材料色散；C、波导色散；D、偏振模色散。24/40选择题9数值孔径NA是光纤一个主要参数，以下哪些命题是错误？A、NA越大，光纤收光能力越大；B、NA越大，光纤收光角越大；C、NA越大，光源与光纤耦合效率越高；D、NA越大，多模光纤模式色散越小。25/40选择题10以下光纤色散，由小到大排列次序为：A、多模GIOF、多模SIOF、单模光纤；B、多模SIOF、多模GIOF、单模光纤；C、单模光纤、多模GIOF、多模SIOF；D、多模SIOF、单模光纤、多模GIOF26/40选择题11以下那一个是非零色散位移光纤：A、G．655光纤；B、G．653光纤；C、G．652光纤；D、G．651光纤。27/40选择题12相关光纤中色散叙述错误是：A、色散存在使光纤通信系统传输速率降低、传输容量变小；B、色散位移目标是使零色散波长与最低损耗波长一致；C、正色散光纤使光脉冲展宽，而负色散光纤使光脉冲压缩，所以，负色散光纤也成为色散赔偿光纤；D、经过适当调整光纤波导结构参量可使波导色散和材料色散相互抵消28/40选择题13以下关于自聚焦透镜叙述错误是：A、0.25节距GRIN物方焦点在透镜入射平面上B、0.25节距GRIN，同一点离轴入射，出射仍为平行光线C、0.25节距GRIN，不一样入射点斜平行线入射，出射位置不一样；D、自聚焦透镜长度普通以节距来表示。29/40选择题14以下光波长不属于通常所说光纤三个传输窗口是：A、0.85mm；B、1.31mm；C、1.48mm；D、1.55mm。30/40选择题15相关G.652光纤，以下命题哪个是错误：A、工作在1310nm波长时，损耗是通信容量主要限制原因；B、工作在1550nm波长时，色散是通信容量主要限制原因；C、工作在1550nm波长时，损耗与色散均是通信容量主要限制原因；D、工作在850nm波长时，损耗与色散均是通信容量主要限制原因；31/40选择题16标准单模光纤纤芯直径普通为：A、10mmB、10nmC、80mmD、100nm32/40选择题17关于光纤连接损耗，以下那一个说法是错误：A、光纤间连接损耗与光传输方向无关；B、对于单模光纤，模场半径不匹配是光纤损耗主要原因；C、经过充以折射率匹配液，可大大降低光纤端面间菲涅尔反射损耗；D、多模光纤连接损耗可用几何光学进行分析计算。33/40选择题18相关光纤光栅命题，哪一个是不对：A、光纤光栅理论基础是模式耦合理论；B、长周期光纤光栅可应用于OADM中；C、长周期光纤光栅可用作EDFA增益均衡；D、Bragg光纤光栅可应用于光纤激光器中。34/40选择题19光时域反射仪（OTDR）不能够完成功效有：A、光纤端面判断；B、光纤色散大小测量；C、光纤断点判断；D、光纤长度测量。35/40选择题20以下命题哪个是错误：A、掺铒光纤激光器中谐振腔是不可缺乏；B、EDFA与掺铒光纤激光器工作机理均为受激辐射；C、EDFA增益与泵浦功率大小相关；D、EDFA增益与信号光功率大小无关。36/40设计题1请用以下器件：980/1550nm波分复用耦合器、2/8Y型耦合器、光环形器、光纤隔离器、Bragg光纤光栅、980nm半导体激光器、一段掺铒光纤，单模光纤若干米，分别组成光纤放大器与激光器，画出结构示意图，并简单介绍工作原理。37/40设计题2有一卷大约几十公里长光纤需要测量其长度，现有一段100米能够测试光纤与需测量光纤含有相同参数，试设计三种测量方法用以测量光纤长度。38/40计算题1某光纤出现故障，用OTDR仪表进行测量。OTDR发射周期性矩形脉冲宽度10ns，测得光