光纤光学重要知识点

选择题1

有关光纤中传输的模式，下列哪一个命题是 错误的？
– A ：对于结构参数给定的光纤，其中传输的模式 是唯一确定的； – B：TE01、TM01和HE21模具有相同的截止频率； – C：每一个模式都有自己对应的截止频率； – D：HE11模是唯一不能截止的模式。
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模拟考试
一、选择题（下列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 的括号内。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)
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图1
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色散值计算




标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度 6 nm，传输10 公里距离，色散脉冲展宽值为 : D = 17ps/nm/km × 6 nm × 10 km = 1020 ps 对于 1 Gbps速率的光脉冲，脉宽约为 1 ns. 如果脉冲展宽 达到脉宽的20％，则系统将不能工作。上述情形显然不适 合于1 Gbps速率，因为脉冲展宽已经达到100％；但是对 于 155 Mbps速率系统没有问题，因为 其脉冲宽度为 6.5 ns，20％的展宽为1300ps。 如果采用线宽为 300 MHz的DFB激光器，在1 Gbps 调制 速率下光谱被展宽 2 GHz，即光源谱宽为2,300 MHz 或 .02 nm (1500 nm波长). 则传输10 公里距离，色散脉冲 展宽值为 : D = 17ps/nm/km × .02 nm × 10 km = 3.4 ps 显然这种情形下， 1 Gbps速率光通信系统没有任何问题。
《 光纤光学》复习提纲
光线理论 模式理论 光纤性能 光纤器件 光纤连接
1
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光线理论

重要概念
– 光波导、光纤分类、子午光线、数值孔径、传输 容量、传光传像特性、散焦面、广义折射率定理、 光线轨迹及特点、光线分类

重要公式
– 射线方程、散焦面半径、折射率分布、数值孔径
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选择题5

线偏振模的模斑为：
– 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。
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2
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。
习题：
pp.44: 3.7，3.22
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1. 2. 3. 4. 5. 6.
写出SIOF中模式数目与V值的关系式。 弱导光纤中组成线偏振模式的理论依据是什么？ 为什么LP0m模式只有两重简并？ 实际光纤中传播的模式是线偏振模式吗？为什么？ 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？
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5
1. 哪些因素限制光通信传输距离？ 2. 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 mW时，输入光功率为多少？ 3. 为什么光纤在1.55mm的波长损耗比1.3mm波长小? 4. 光纤的损耗能否降为零？为什么？ 5. 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？为什么？ 6. 简述光纤中三种色散的机理。在什么条件下光纤的色散为零？ 7. 什么叫模场的“稳态分布”? 8. 简述OTDR的工作原理。 9. 简述折射近场法的工作原理。 10. P120-121课后习题5.2，5.4，5.9，5.22，5.23（1）
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选择题9

数值孔径NA是光纤的一个重要参数，下列 哪些命题是错误的？
– A、NA越大，光纤的收光能力越大； – B、NA越大，光纤的收光角越大； – C、NA越大，光源与光纤的耦合效率越高； – D、NA越大，多模光纤的模式色散越小。
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6
1. 自聚焦透镜与球透镜成象的异同点?常用的自聚焦 透镜有哪几种? 2. 如图1所示的光纤耦合器 ,L为1/2耦合长度,计算① input 1=100mw, input 2=0mw求 output 1,output 2 各为多少? ②input1=50mw, input2= 50mw,且波长 相同,求output1 为多少?
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4
1. GIOF的数值孔径有何不同? 2. 分别说明内散焦面、外散焦面、辐射散焦 面的物理意义。 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。
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选择题6

光纤的损耗是由许多不同因素造成的，其 中不可能消除的因素是：
– A、弯曲损耗； – B、OH－吸收； – C、过度金属离子吸收； – D、瑞利散射
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选择题7

一光信号在光纤中传播了5000m,功率损耗 了15%，该光纤的损耗是

以下那一种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。
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选择题12

有关光纤中的色散论述错误的是：
– A、色散的存在使光纤通信系统的传输速率降 低、传输容量变小； – B、色散位移的目的是使零色散波长与最低损 耗波长一致； – C、正色散的光纤使光脉冲展宽，而负色散的 光纤使光脉冲压缩，所以，负色散的光纤也成 为色散补偿光纤； – D、通过适当调整光纤波导的结构参量可使波 导色散和材料色散互相抵消
– 材料色散与波导色散的计算、脉冲展宽的计算、 模场半宽的计算、截止波长的计算
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光纤器件

重要概念
– 自聚焦透镜的成像特性、光纤耦合器/WDM器 件的工作原理及设计、光隔离器/环行器的工作 原理及设计、光纤光栅的工作原理及设计、光 纤激光器与放大器的工作原理及设计。
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。 5. 说明高斯近似最大激发效率判据的物理意义。 6. 说明等效阶跃光纤近似的物理意义。
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选择题13

以下关于自聚焦透镜论述错误的是：
– A、0.25节距的GRIN的物方焦点在透镜入射平 面上 – B、0.25节距的GRIN，同一点离轴入射，出射 仍为平行光线 – C、0.25节距的GRIN，不同入射点的斜平行线 入射，出射位置不同； – D、自聚焦透镜的长度一般以节距来表示。
选择题10

下列光纤的色散，由小到大的排列次序为：
– A、多模的GIOF、多模SIOF、单模光纤； – B、多模SIOF、多模的GIOF、单模光纤； – C、单模光纤、多模的GIOF、多模SIOF； – D、多模SIOF、单模光纤、多模的GIOF
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选择题11

重要公式
– 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、模群精确 模式数目。
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光纤性能

重要概念
– 损耗机理、光通信窗口、色散机理、色散补偿、 损耗测试的三种方法（后向散射法OTDR）、 不同型号的通信光纤性能。

重要公式
6
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习题复习
1
1. 2.
3. 4. 5.
6.
构成光纤波导的必要条件是什么？ 光纤的包层主要起什么作用？光纤去掉包层其导光特 性有何改变？ PCVD工艺与MCVD工艺相比，主要优点是什么？ OVD与AVD工艺的主要特点是什么？ “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。
选择题2

光纤中能够支持的模式由光纤波导本身决 定，但光纤中能够激励出的模式与很多因 素有关，问光纤中实际能够激励出的模式 与下列哪些因素无关：
– A、入射光源的光功率； – B、入射介质的折射率； – C、光的入射角； – D、入射点的位置。
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选择题3

重要公式
– 准直透镜输出光束半径和发散角、耦合器分支 功率计算、不同耦合比对应的最小耦合长度、 光纤光栅中心波长。
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光纤连接与耦合

重要概念
– 光纤连接损耗来源、光纤连接损耗特点、透镜 耦合系统、光束变换特性、有源对准（局部损 耗法）。

重要公式
– 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。
2
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模式理论

重要概念
– 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、传播 常数、导模截止与远离截止、基模场分布函数、 基模偏振特性、色散曲线分析、模式确定及数 目分析、导模光斑分布图、模式输出特性、 WKB近似方法思路
9 孙琪真：光纤光学 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ中科技大学· 光电子工程系
1. 2. 3. 4.
SIOF波导场方程具有什么数学特征？ 写出SIOF中波导场方程的解。 写出SIOF中导模场的切向分量。 写出SIOF中推导本征值方程的主要数学 步骤。 5. 写出SIOF中TE01、TE02、TE03在临近截 止和远离截止时的本征值。 6. 为什么Vc<2.405只适应于SIOF？
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8
3
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 说明从波动方程到波导场方程两次分离变量的依据。 波导场方程具有什么样的数学特征？ 说明光线在SIOF和GIOF中的轨迹曲线是什么样的。 传播常数的的物理意义是什么。 说明V、U、W参数的物理意义及其相互关系。 说明光波导数值孔径的物理意义 子午光线的主要特征是什么? 光线时延差影响光通信的什么性能？ 在什么条件下才可以唯一确定光波导中的模式？ 在纤芯和包层中选取的贝赛尔函数分别具有什么数学 特征？

主模式号为14的模群中所含的精确模式总 数为：
– A、14； – B、26； – C、28； – D、7
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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、光纤的弯曲损耗； – B、OH－吸收损耗； – C、过渡金属离子吸收； – D、瑞利散射损耗。
– A、0.14dB/km； – B、0.71dB/km； – C、0.64dB/km； – D、0.32dB/km。
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选择题8

对于1330nm的单模光纤，当入射光中心波 长为1550nm，光谱宽度为10nm时，不可 能存在的色散是哪一个？
– A、模间色散； – B、材料色散； – C、波导色散； – D、偏振模色散。
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选择题14

下列光波长不属于通常所说的光纤的三个 传输窗口是：