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？。