北京交通大学光纤技术基础2007年试题A

二．简答题： （32 分）
1. 简述半导体 PN 结电致发光的基本原理，并回答为什么利用 PN 结的光电效应制作 半导体光电检测器时加反向偏压。 （6 分） 简述光纤损耗的主要来源， 并说明光纤在其低损耗窗口所能达到的理论最低损耗由 其中那些损耗机理决定？（5 分） 某偏振保持单模光纤，其基模的传输常数xy，且|x-y|=6.28x10-6 um-1，试计算 该光纤的拍长大小为多少？并说明拍长的物理意义。 （5 分） 从损耗、色散和非线性等光纤的基本传输特性方面简述 G.655 光纤（非零色散位移 光纤 NZDSF）的基本设计思想。 （6 分） 简述在光纤的正常色散区和反常色散区中 SPM 和色散共同作用对光纤中脉冲传输 的影响。 （6 分） 单模光纤通常设计为在工作波长上的归一化频率略小于 2.405， 简述其原因。 （4 分）

a
exp(
2
4a
)
2.Βιβλιοθήκη 3. n1, n(x) n2,
x
h 2 h x 2
n1 n2
在这种波导中传播的模式可以分为对称模和反对称模，在波导的三个区域内，对于 TE 对称模 E y ，且
h A exp x 2 ( x) B cosx h C exp x 2 x h h， x 2 2 h x 2 h 2
计算： 1) 输出脉冲功率最大值 1/e 点的脉冲半宽度？（3 分） 2) 输出脉冲峰值功率降低为输入脉冲峰值功率的几分之一？（3 分） 3) 现需要采用一色散补偿光纤来补偿上述光纤的色散，该色散补偿光纤在脉冲中 心波长上的色散值为－ 340ps/kmnm ，则需要这种色散补偿光纤的长度是多 少？（2 分） 提示：高斯脉冲的傅立叶变换为： exp( at 2 )
北 京 交 通 大 学 考 试 试 题 （A 卷）
课程名称：
班级：
《光纤技术基础》
学号：
2006—2007 学年 第二学期
姓名：
（考生注意事项：本试卷共 3 大题 13 小题（23 小题） ，满分 100 分，考试时间为 2 小时）
题号 得分
一
二
三
总分
一．填空题： （34 分，一空一分）
1. 现代光纤通信中常用的波长为 1.55 微米，所对应的光波的载频为__________。 2. 请列出常用的四种光纤预制棒生产工艺：__________、__________、__________、 __________。 （中英文都可） 3. 光纤的主要成分是__________，由__________、__________、__________三部分组 成。光纤的纤芯常采用掺入__________来提高光纤的折射率。 4. 按照特征方程的形式不同，光纤中的矢量模可以分为___________、___________、 _____________和 四类，其中在任意波长上均可以在光纤中传导的场 模式为 。 、 。 m 、 G.653 光纤 （色 m。
4.
5.
当只考虑最低阶色散时，长度为 L 的单模光纤的频率响应函数为
i H ( ) exp( 2 L 2 ) 2
假定在光纤输入端，输入一个无啁啾高斯型脉冲，脉冲振幅为
T2 f 0 (T ) exp( 2 ) T0
2 假定 T0 10ps, L 100km, 在脉冲中心频率上，光纤的色散值为 2 20ps /km ，试
2 2 2 ， 2 2 k02 n2 ，k0 为真空中的波 其中 A，B，C 是三个待定参数， 2 k02 n1
数。请导出沿 z 方向传输的 TE 对称模所遵从的特征方程（8 分） 提示：对于折射率分布为 n(x)的一维平面光波导中的 TE 模式： j dE y Hx Ey ， H z ， Ex Ez H y 0 ωμ0 0 dx 下图为一阶跃型弱导光纤中传导模式的特性曲线。光纤的芯区半径 a = 8m，在工 作波长 =1.55m处，光纤的相对折射率差 = 0.005, 芯区折射率 n1=1.45, 1) 用标量模描述哪些模式可以在光纤中传输？其简并度分别是多少？（3 分） 2) 假定折射率不随波长变化，为实现单模工作，该光纤的单模截止波长为多少？ （3 分）
2.
3.
4.
5.
6.
三、计算题（6 分+6 分+8 分＋6 分＋8 分，共 34 分）
1. 已知一阶跃光纤在 1550nm 处的纤芯折射率 n1=1.5，相对折射率差Δ= 0.01，纤芯 半径为 a =15m，计算 1) 光纤的归一化频率值； （2 分） 2) 能在光纤中传播的模式数量； （2 分） 3) 光纤的模式色散。 （2 分） 一单模光纤在工作波长 1.55m 上纤芯和包层折射率分别为 1.45 和 1.444，并假定 不随波长变化。纤芯半径 3.6m。已知在 1.55m 波长附近基模的归一化传输常数 可表述为： 1 b (1 ) 2 V 试计算：在 1.55m 波长上基模的 1) 传输常数； （2 分） 2) 群速度 vg； （3 分） 3) 光信号经 10km 光纤传输的时延。 （1 分） 一维对称平面光波导的折射率分布可表示为：
5. 光纤中的受激非弹性散射包括 6. G.652 光纤 （普通单模光纤） 的零色散波长为 散位移光纤）的零色散波长为
7. 光与物质原子的相互作用包括_____________________、_____________________和 三种物理过程。 8. 根据激光器的工作原理，它应当包括 个基本的部分。 9. 已知一阶跃折射率光纤内某一模式的归一化截止频率为 3.832，在近截止情况下， ，U＝ ，b＝ 。 该模式的 W＝ 10. 多模光纤色散的主要来源为___________，单模光纤色散的主要来源为___________ 和_____________。 11. Ef 为材料的费米能级，在 T > 0K 的任意温度下，电子占据能量为 Ef 的能级的几率 为 。 12. 单模光纤的模场直径对于光纤的耦合、接续和弯曲损耗的工程计算都有重要意义， 模场直径越大，则光纤与光源间的耦合难度越 ，光纤的弯曲损耗越 。 、 、 三