光纤技术及应用复习题1-5

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(E 2 —E^)

= 0

/jx(Zf 2 _H])二勺 Wx(A ；-A ；) = 0 2、TE 波、TM 波分别指的是什么? （1）电场振动方向垂貞入射IS —TE 波 Eil L 血边價关系得 H 山 cos^ - cos6^ = A/ftJ cos^ 介质］ 折jr 疫

介质

2 ⑵

—E 井且考虑到一般II ：铁磁介质冇“=““ P-Z^coi^ W —⑶

上面第二式可以写为' WEg"

电场振动方向平行于入射面 ----- 波

Hfo + H — Hw

E 遗 cos^ - E rQ cos^r = £Jfl cos

0s

解得；

尸 卉 旳

匕© fh cos^, -n cosfif r

TM ~

— 介质1冑弋

&

介质2

zj

；0

a = ~ ------ ---------- :

------ : ----- =

A … n 2cos6 I H . cos^; sin(^; +^r )cos(6)l -

}

m cos<9 + q cos^r tan(^ + 总) 2fj } cos 目 _ 2cos 0x sin g

3、平面光波发生全反射的条件。 当入射角大于临界角时，入射光能量将全部反射

4、古斯-哈恩斯位移指的是什么？其物理本质是什么？

证明实际光的反射点离入射点有一段距离，称为古斯-哈恩斯位移。（相隔约半个波长）实质：光的传播不能简单视为平面光波的行为，必须考虑光是以光束的形式传

播，即时空间里的一条极细的光束也是由若干更加细的光线组成的

5、写出光线方程，并证明在各向同性介质中光为直线传播。

I ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

不W（C忑］二W&）■…射线方程（光线方程）是折射率分布为n的介质中光线传播的路径方程I

对于均匀波导，n为常数，光线以直线形式传播

第二章

1、平板波导的结构，分类。

结构：一般由三层构成：折射率n1中间波导芯层，折射率n2下层

介质为衬底，折射率n3上层为覆盖层；n 1>n2 , n 1>n3。且一般情况

下有n1>n2> 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及各种模式相对应的传播常

数所满足的条件）P12。P17-18图

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）

2k^x a - 2p l2 - 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TE o 模为基模，因为TE o 模的截止波长是所有导模中最长的。 P14

4、 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

(a) ^c\i u ©

结构：纤芯（芯层）包层保护层

光纤的分类

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：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P37-38

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. 405

0 f ---------------- :

件条件是

2

昇1 2） 0或

0 V 2. 405

5、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 2/2

6什么是光纤光栅，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）

1

V z

n i c cos

NA (sin o )max

2

n 2

10 5 ~10

P55

梯也哩

2

1