光纤光学习题集

第二章：

1.设计一种光波导结构，其传光波导层为平板形状,标出折射率结构。

2.从数学上证明，在均匀折射率介质中，光纤轨迹为直线传播。

3.如果已经知道光纤中只允许1个模式存在，能否通过外界激励获得2个模式传播？

4.“纵横关系式”有何作用？

5.光场分量的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。

第三章：

1.几何光学与波动光学的适用条件各是什么?

2.产生光内全反射的条件是什么?

3.一根空心玻璃管能否传光？为什么？

4.光纤纤芯变粗时，允许存在的模式数目如何变化？

5.什么是光纤的模式？

6.推导波导场方程经历了哪几种分离变量？

1. 写出SIOF中推导本征值方程的主要数学步骤。

2. 写出SIOF中TE01、TE02、TE03在临近截止和远离截止时的本征值。

3. 写出SIOF中模式数目与V值的关系式。

4. 根据SIOF色散曲线分析，在V=4.5时有哪几个模式存在？总模式数目是多少？并与模式数估算公式的结果比较。

5. 为什么Vc<2.405只适应于SIOF？

6. 弱导光纤中组成线偏振模式的理论依据是什么？

7. 为什么LP0m模式只有两重简并？

8. 实际光纤中传播的模式是线偏振模式吗？为什么？

9. 画出LP6,8模式场分布示意图。

10. 高阶模式与低阶模式哪个输出角度大？

第四章：

1. 一根空心玻璃管能否传光？为什么？

2. 光纤纤芯变粗时，允许存在的模式数目如何变化？

3. 光纤中传播的光波有何特征？

4. 推导波导场方程经历了哪几种分离变量？

5. 本征方程有什么特点？

6. 模式是什么？

7. 如何唯一确定一个模式？

8. 由射线方程推导光线轨迹，只需要知道什么？

9. 渐变折射率分布光纤中光线如何传播？为什么？

1.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。

2.SIOF与GIOF中哪个导模数目更多？

3.已知平方率分布光纤V=2，求基模模场半径。

4.写出平方率分布光纤中LP10,15模式的本征值。

第四章：

1. 为什么光纤要采用“芯包结构”？

2. “单模光纤”中有几个导模？如果要求光纤只传输一个导模, 应如何设计光纤?

3. 简述波动光学分析方法的基本思路.说明从麦克斯韦方程到波导场方程三次分离变量的理论依据。

4. 波导场方程具有什么样的数学特征？

5. 模式的内涵是什么？在单模光纤中能否激励起LP11模式？为什么？

6. 从射线方程分别定性说明光线在SIOF和GIOF中的轨迹曲线。

7. 从广义折射定理说明为什么光线总是向折射率高的区域弯曲。

8. 说明光纤数值孔径的物理意义。

9. 说明内散焦面、外散焦面和辐射散焦面的物理意义。

10. SIOF中子午光线的内、外散焦面半径各是多少？

1. 子午光线的主要特征是什么?

2. 推导SIOF数值孔径表达式; GIOF的数值孔径有何不同?

3. 为什么GIOF又称为“折射型”光纤？

4. GIOF中光线角向运动有何特点？

5. 分别说明约束光线、隧道光线和折射光线的特点。

6. 分别说明导模、漏模和辐射模的场分布特点。

7. 简述三种光线与三类模式的对应关系。

8. 说明传播常数β有何物理意义。

9. 说明V、U、W的物理意义。

10. 在什么条件下可以唯一确定光纤中的模式？

1. “纵横关系式”有何作用？

2. 光场分量的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。

3. SIOF中波导场方程具有什么数学特征？

4. 在SIOF中如何求波导场方程的解？

5. 写出SIOF中推导本征值方程的主要数学步骤。

6. 导模截止与远离截止的物理意义是什么?写出SIOF中TE01、TE02、TE03在临近截止和远离截止时的本征值。

7. 写出SIOF中模式数目与V值的关系式。

8. 根据SIOF色散曲线分析，在V=4.5时有那几个模式存在？总模式数目是多少？并与模式数估算公式的结果比较。

9. SIOF与GIOF中哪个导模数目更多？

10. 为什么单模条件Vc<2.405只适应于SIOF？平方率光纤单模条件Vc是多少?

1. 弱导光纤中组成线偏振模式的理论依据是什么？

2. 为什么LP0m模式只有两重简并？

3. 实际光纤中传播的模式是线偏振模式吗？为什么？

4. 画出LP6,8模式场分布示意图。

5. 高阶模式与低阶模式哪个输出角度大？

6. 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。

7. 说明高斯近似最大激发效率判据的物理意义。

8. 说明等效阶跃光纤近似的物理意义。

9. 已知平方率分布光纤V=2，求基模模场半径。

10. 写出平方率分布光纤中LP10,15模式的本征值。

第五章：

1.一光纤长220公里，已知光纤损耗为0.3dB/km，当输出光功率为

2.5 µW时，输入光功率为多少？

2.光纤的损耗能否降为零？为什么？

3.已知一光纤对于1310nm波长是单模传输，当传输850nm波长和1550nm波长的光波时，其色散特性有何不同？对于光纤通信会产生什么影响？