光纤光学_刘德明_客观题1
光纤光学课后习题答案
光纤光学课后习题答案【篇一：光纤通信课后答案人民邮电出版社】ass=txt>第一章基本理论1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么？答：当归一化频率v小于二阶模lp11归一化截止频率，即0＜v＜2.40483时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。
2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响？答：在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离；光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。
3、光纤中有哪几种色散？解释其含义。
答：（1）模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。
（2）材料色散：由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。
（3）波导色散：统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。
5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响？答：光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。
6、单模光纤有哪几类？答：单模光纤分为四类：非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。
12、光缆由哪几部分组成？答：加强件、缆芯、外护层。
*、光纤优点：巨大带宽（200thz）、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。
*、光纤损耗：光纤对光波产生的衰减作用。
引起光纤损耗的因素：本征损耗、制造损耗、附加损耗。
*、光纤色散：由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。
引起光纤色散的因素：光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。
光纤光学自测题Word版
试题中所用常数取：已知c=3×108m/s一．选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个或多个正确答案，并将其代号写在题干前面的括号内。
答案选错或未选全者，该题不得分。
每小题2分，共16分）1．光纤通信的三个工作窗口中，对于常规光纤，最低损耗窗口是______A 0.85μmB 1.31μmC 1.40μm D1.55μm2．常规单模光纤的三个工作窗口是_______A 0.85μmB 1.31μmC 1.40μmD 1.55μm3．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4．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益越高D NA越大，多模光纤的模式色散越小5．有关光纤的色散曲线，下列哪一个命题是错误的______A 一个模式都有自己对应的截止频率B 光纤归一化频率V越大，光纤中存在的模式越少C HE11模是唯一不能截止的模式D 紧邻HE11模的高阶模是TE01、TM01、HE21模6．单模光纤不存在以下哪几种色散?______A 模式色散B 材料色散C 波导色散D 偏振模色散7．谱宽为4nm的光脉冲，在某单模光纤中传输50km后，脉冲在时域上展宽3000ps，该光纤总色散系数为多少？______A 60ps/nm. km dBmB 15 ps/nm. kmC 750 ps/nm. kmD 2800 ps/nm. km8．某阶跃多模光纤纤芯与包层折射率分别为n1=1.6，n2=1.584，该光纤每公里因模式色散所引起的最大时延差Δτm为多少ns/km？_______A 68B 40C 53.3D 239．某阶跃多模光纤，纤芯折射率n1=1.5，相对折射率差Δ=0.01，工作波长λ0=0.85μm，芯径2a=50μm，该光纤中模数量M为多少？________A 768B 400C 532 D12310．相干光波必须满足的条件包括______A 相干光波的频率必须相同B 相干光波的相位差必须恒定C 相干光波的振动方向必须一致四．计算题（要求写出主要计算步骤及结果。
光纤光学_刘德明_阶跃折射率分布光纤共76页
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
光纤光学_刘德明_阶跃折射率分布光纤 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
光纤光学题库(刘德明)
光纤光学题库一、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、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。
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。
3 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、74 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。
5 线偏振模的模斑为：A、径向亮斑数为，角向亮斑数为，而且中心为暗；B、径向亮斑数为，角向亮斑数为，而且中心为暗；C、径向亮斑数为，角向亮斑数为，而且中心为亮；D、径向亮斑数为，角向亮斑数为，而且中心为亮。
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A、0.14dB/km；B、0.71dB/km；C、0.64dB/km；D、0.32dB/km。
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。
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。
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GIOF11 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。
光纤光学_刘德明_光纤光学的基本方程-文档资料
光纤中的模式-横模
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纵模
相长干涉 条件：2 nL＝Kλ 纵模是与激光腔长度相关的，所以叫做
“纵模”，纵模是指频率而言的。
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模式的场分量
模式场分布由六个场分量唯一决定：
Ex Ey Ez Hx Hy Hz Er E Ez Hr H Hz Ez 和 Hz 总是独立满足波导场方程
ex
x
ey
y
ez
z
1
er
r
e
r
.
ez
z
边界条件：在两种介质交界面上电磁场矢量的E(x,y)和H(x,y)切向分量要连续： E1t＝E2t; H1t＝H2t; B1n＝B2n; D1n＝D2n
刘德明：光纤光学
5
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分离变量：电矢量与磁矢量分离
前提条件：光纤中传播的电磁波是“行波”，场 分布沿轴向只有相位变化，没有幅度变化；
得到关于E(x,y)和H(x,y)的方程式：波导场方程
t2H E ((xx,,yy))2H E ((xx,,yy))0
2＝w2eb2＝n2k02b2 b=n(r)k0cosqz
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分析方法比较
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分析思路
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§2.2 麦克斯韦方程与亥姆霍兹方程
பைடு நூலகம்
HD/t
IT认证-光纤光学_刘德明_光电学院二00一级《光纤光学》期末考试试卷
光纤光学_刘德明_光电学院二00一级《光纤光学》期末考试试卷华中科技大学光电学院二00一级《光纤光学》期末考试试卷（半开卷）专业：班级：姓名：学号：（说明试题中所用常数取：已知c=3×108m/s一、选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个或多个正确答案，并将其代号写在题干前面的括号内。
答案选错或未选全者，该题不得分。
每小题2分，共12分）（D）1 光纤通信的三个工作窗口中，对于常规光纤，最低损耗窗口是：A、0.85μm；B、1.31μm；C、1.40μm；D、1.55μm （ABD）2 常规单模光纤的三个工作窗口是：A、0.85μm；B、1.31μm；C、1.40μm；D、1.55μm （D）3 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（D）4 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、N A越大，光纤的收光角越大；C、N A越大，光源与光纤的耦合效益越高；D、NA越大，多模光纤的模式色散越小（B）5 有关光纤的色散曲线，下列哪一个命题是错误的？A、一个模式都有自己对应的截止频率；B、光纤归一化频率V越大，光纤中存在的模式越少；C、H E11模是唯一不能截止的模式；D、紧邻HE11模的高阶模是TE01、TM01、HE21模（A）6 单模光纤不存在以下哪几种色散？A、模式色散；B、材料色散；C、波导色散；D、偏振模色散二、填空题（共10分）1 光纤由纤芯、包层、套层三层构成，其中套层一般由高损耗的材料制成，起到保护光纤的作用。
2 当光纤芯径?λ（或远大于工作波长）时，可将光波近似看成一根根光线，采用几何光学方法分析光波在光纤中的传播特性。
光纤的数值孔径NA 越大，其收光能力越强。
3 光纤的色散主要有模式色散、材料色散、波导色散三种形式。
4 单模光纤的芯径比多模光纤的芯径细。
光纤光学_刘德明_客观题5
说明试题中所用常数取：已知c=3×108m/s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分，共10分）1．下列哪个不是光纤通信的工作窗口______A 0.85μmB 1.31μmC 1.40μmD 1.55μm2．与IM-DD系统相比,下列哪个不是相干光通信的优点_______A 可使用多种调制技术B 光接收机灵敏度高，中继距离长C 可充分利用光纤的低损耗波谱,增加通信容量D 对光载波的相干性要求高3．发展中的第四代光通信是指_______A 短波长光通信B 长波长1.31μm的多模光纤和单模光纤通信系统C 长波长1.55μm单模光纤通信D 相干光通信4．一张普通纸的厚度是0.003cm,与直径为50μm的圆柱光纤比较，前者是后者的________A 0.06倍B 0.6倍C 6倍D 60倍5．在光纤通信三个窗口中,对于常规光纤，零色散窗口是______A 0.85μmB 1.31μmC 1.40μmD 1.55μm6．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7．有关光纤的色散曲线，下列哪个命题是错误的______A 一个模式都有自己对应的截止频率B 光纤归一化频率越大,光纤中存在的模式越少C HE11模是唯一不能截止的模式D 紧邻HE11模的高阶模是TE01、TM01、HE21模8．某单模光纤损耗系数为0.3dB/km，入纤功率为3dBm，传输10km后，输出功率为_______A 2.7dBm B- C 1.3dBm D 0dBm9．光纤的宽带与传输码流脉冲展宽之间的关系是：________A 脉冲展宽越宽，光纤带宽越宽B 脉冲展宽越宽，光纤带宽越窄C 脉冲展宽与光纤带宽没有关系D 光纤带宽随脉冲展宽增大先变大后变小10．光纤线路富余度一般取值为______A 0.5dBB 1dBC 1.5dBD 10dB。
光纤光学期末试题及答案
光纤光学期末试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 光纤通信中，光纤的传输介质是：A. 铜线B. 玻璃C. 塑料D. 空气答案：B2. 光纤通信中，光的传输模式是：A. 单模B. 多模C. 单模和多模D. 以上都不是答案：C3. 光纤通信中，光的波长通常在哪个范围内？A. 400nm-700nmB. 800nm-1600nmC. 1600nm-2000nmD. 2000nm-3000nm答案：B4. 光纤通信中，光纤的损耗主要是由于：A. 材料吸收B. 散射C. 弯曲损耗D. 以上都是答案：D5. 光纤通信中，光纤的色散主要分为：A. 模式色散B. 材料色散C. 波导色散D. 以上都是答案：D二、填空题（每题2分，共10分）1. 光纤的折射率分布通常为_________型。
答案：阶跃2. 光纤通信中，_________色散会限制光纤通信的传输距离。
答案：材料3. 光纤通信中，_________色散会限制光纤通信的传输速率。
答案：模式4. 光纤通信中，光纤的损耗系数通常用_________来表示。
答案：dB/km5. 光纤通信中，_________是光纤通信系统中的关键组件之一。
答案：光放大器三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述光纤通信的基本原理。
答案：光纤通信的基本原理是利用激光作为载波，通过光纤传输光信号，实现信息的传输。
2. 光纤通信有哪些主要优点？答案：光纤通信的主要优点包括传输距离远、传输速率高、抗电磁干扰能力强、保密性好等。
3. 光纤通信中，如何减少光纤的损耗？答案：减少光纤损耗的方法包括使用高纯度材料、优化光纤结构设计、使用波分复用技术等。
4. 光纤通信中，如何减少光纤的色散？答案：减少光纤色散的方法包括使用单模光纤、优化光纤折射率分布、使用色散补偿技术等。
四、计算题（每题10分，共20分）1. 已知光纤的损耗系数为0.2dB/km，计算1000km光纤的总损耗。
答案：总损耗= 0.2dB/km × 1000km = 200dB2. 已知光纤的色散系数为17ps/(nm·km)，计算波长为1550nm的光信号在100km光纤中的色散。
光纤光学_刘德明_客观题4
说明试题中所用常数取：已知c=3×108m/s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分，共10分）1．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2．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3．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4．下列光波长不属于通常所说的光纤的三个传输窗口是______A 0.85μmB 1.31μmC 1.48μmD 1.55μm5．有关G.652光纤，以下命题哪个是错误的________A 工作在1310nm波长时，损耗是通信容量的主要限制因素B 工作在1550nm波长时，色散是通信容量的主要限制因素C 工作在1550nm波长时，损耗与色散均是通信容量的主要限制因素D 工作在850nm波长时，损耗与色散均是通信容量的主要限制因素6．标准单模光纤纤芯直径一般为______A 10μmB 10 nmC 80 μmD 100 nm7．关于光纤连接损耗，以下那一种说法是错误的________A 光纤间的连接损耗与光的传输方向无关B 对于单模光纤，模场半径的不匹配是光纤损耗主要因素C 通过充以折射率匹配液，可大大降低光纤端面间菲涅尔反射损耗D 多模光纤的连接损耗可用几何光学进行分析计算8．有关光纤光栅的命题，哪一个是不对的______A 光纤光栅的理论基础是模式耦合理论B 长周期光纤光栅可应用于OADM中C 长周期光纤光栅可用作EDFA的增益均衡D Bragg光纤光栅可应用于光纤激光器中9．光时域反射仪（OTDR）不能够完成的功能有________A 光纤端面的判断B 光纤色散大小的测量C 光纤断点的判断D 光纤长度的测量10．以下命题哪个是错误的______A 掺铒光纤激光器中谐振腔是不可缺少的B EDFA与掺铒光纤激光器的工作机理均为受激辐射C EDFA的增益与泵浦功率大小有关D EDFA的增益与信号光功率大小无关。
光纤光学往年试题及参考答案说课讲解
光纤光学（往年考题仅供参考）填空：三个载波波长0.85um多模光纤LED光源1.31um单多并存LD1.55um单模掺铒激光器单，多模光纤区别单模光纤传输一种模式，纤芯直径小，芯皮折射率差小；多模光纤传输多种模式，纤芯直径大，芯皮折射率差大单根光纤结构纤芯、包层、保护层完美条件下光纤材料损耗下限由哪两部分组成瑞利散射和本征吸收波长色散由什么叠加，与什么成正比是波导色散和材料色散的叠加，与光源谱宽成正比光纤与光源耦合的两者匹配参量光纤：芯径，数值孔径，截止波长，偏振特性光源：发光面积，光束发散角，光谱特性，输出功率，偏振特性光纤固定连接技术三环节1.端面的制备；2.光纤的对准调节；3.光纤接头固定光纤隔离器与相位调制器运用的效应光纤隔离器：法拉第效应；相位调制器：kerr效应掺杂光纤激光器掺杂元素对应波长Nd：0.9um，1.06um，1.35umEr：1.55um其中0.9um和1.55um为三能级系统，1.06um和1.35um为四能级系统多模光纤连接损耗轴偏离（横向）两光纤端面之间的间隙（纵向）两光纤轴之间的倾斜（角向偏移）光纤端面不完整性（弯曲和倾斜）光纤种类不同（芯径和折射率不同）光纤光栅概念光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，在纤芯内形成空间相位光栅，器作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜名词解释：基模模场半径基模场振幅衰减到最大值1/e 处场分布半宽度光孤子满足光纤非线性薛定谔方程的一种孤立波解，这种解表示光脉冲在光纤中传输时的形状、幅度和速度都不变光纤的损耗光纤损耗大致分为具有的固有损耗和光纤制造后由使用条件造成的附加损耗。
具体来说，固有损耗指因光纤制造和光纤材料引起的光纤传输损耗；附加损耗包括光纤使用过程中的弯曲，以及构成光纤系统时因光纤耦合而产生的损耗。
问答：半导体激光器与单模光纤直接耦合效率低的原因？如何提高LD 发出的光在空间是窄长条，长约几十微米，宽约零点几微米，其远场图是一个细长的椭圆。
光纤光学课后习题答案
w.
kh da w. co m
课 后 答 案 网
optic cables don’t lose as much signal (information) as other kinds of medium. c. Low Power. Optical fiber signals are created using low-power transmitters. So it saves money for users and providers. d. Digital Signals. Computer networks need digital information, since fiber optic cables send information digitally; they are the best thing to use for computer networks. e. Less Expensive. This is because many miles of optical cable are easier and less expensive to install than the same amount of copper wire or cable.
ww
3.5 Solution:
equality would not affect the sequence a bit. For another, if we view the air (water or something else) as a new cladding, that is, the core and cladding to be the new core as a whole for n1 = n2 , since n1 > nair , it would not act against the propagation of the beam.
光纤光学书后部分习题解答
光纤光学课后作业题参考答案第一章1-100sin NA n ϕ=0ϕ——孔径角表示光纤集光能力的大小当光纤与光源耦合时，表示耦合效率的大小,只决定于折射率，与几何尺寸无关,NA 越大，偶和效率越大；NA 越大，通信容量降低。
影响因素：光纤弯曲（与纤芯距离有关，距离越近，NA 越大）光纤端面倾斜（NA 增大）光纤为圆锥形（小端NA 大）1-12对于子午光纤有汇聚作用：折射率平方率分布（表达式）双曲正割分布（表达式）对斜光线有汇聚作用： 螺旋光线（表达式）对表达式的要求：会分辨那个表达式是哪种分布1-14模式：波导方程的本征解，它是离散的特点：稳定性，有序性，叠加性，正交性1-15222V U W =+U 反映导模在纤芯区驻波场模的振荡频率W 反映导模在包层中的消逝场衰减速度V 归一化频率导模的截止：除基模外，其他导模都可能在一个V 值以下不允许存在。
截止条件：0W → ，U V →远离截止：电磁场能量完全闭锁在纤芯中远离截止条件：W →∞ ，V →∞ ，U 有限1-17结构上：单模光纤纤芯直径小，芯皮折射率差小，多模光纤纤芯直径大，芯皮折射率差大传输特性上：单模光纤传输一种模式，多模光纤传输多种模式1-18纤芯半径a ：光纤结构特性基模模场半径0s ：基模场振幅衰减到最大值1/e 处场分布半宽度必要性：对于多模光纤，传输能量大小用数值孔径来衡量，而对于单模光纤，光有纤芯半径a 还不够，其基模模场半径0s 必须清楚，其传输能量大小靠0s 来衡量更为准确。
第二章2-1多模光纤：多模色散，波导色散，材料色散大小：多模色散>波长色散单模光纤：波导色散，材料色散，偏振色散大小：材料色散>波导色散多模色散：个模式群速度不同产生的色散波导色散：群速度对于频率（波长）不为常数，光源有一定光谱宽度。
材料色散：折射率随入射光频率的变化而变化。
偏振色散：由于光纤轴不对称性，两个正交的偏振模有不同的群延迟。
波导色散和材料色散总称波长色散2-2损耗由散射损耗和吸收损耗两部分组成。
光纤光学刘德明光纤光学
Internet backbone
E1
1985
1990
2019
2000
Year
刘德明：光纤光学
8
光电子科学与工程学院
武汉-中国光谷
光纤通信技术产业 激光技术产业 光纤传感技术产业 光存储技术产业 照明与显示技术产业 IC技术产业
刘德明：光纤光学
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光电子科学与工程学院
“光通信的第二个春天”
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12
光电子科学与工程学院
光纤技术的应用领域
光纤技术
信息获取
信息传输
信息处理
其它应用
位移、振动 温度、压力 应变、应力 电流、电压 电场、磁场 流量、浓度 可以测量70 多 个物理化学量
有源无源器件 光纤通信干线 光交换接入网
AON DWDM OADM OTDM FTTC,B,O,H
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光纤预制棒工艺：PCVD
(Plasma-Activated Vapore Deposition)
PCVD 与MCVD 的工艺相似之处是，它们都是 在高纯石英玻璃管管内进行气相沉积和高温氧 化反应。所不同之处是热源和反应机理， PCVD工艺用的热源是微波，其反应机理为微 波加热产生等离子使气体电离。离子重新结合 时释放出的热能熔化反应物形成透明的石英玻 璃沉积薄层。 PCVD方法可以更为准确地控制光纤的折射率 分布。而且沉积效率高, 沉积速度快, 有利于消 除SiO 2 层沉积过程中的微观不均匀性, 从而 大大降低光纤中散射造成的本征损耗, 适合制 备复杂折射率剖面的光纤。
在其内部或其表面附近沿其轴线方向向前传播
光波导：约束光波传输的媒介 导波光：受到约束的光波 光波导三要素： –“芯 / 包”结构 –凸形折射率分布，n1>n2 –低传输损耗
光纤光学课后答案
光纤光学课后答案【篇一：光纤应用习题解第1-7章】>1．详述单模光纤和多模光纤的区别（从物理结构，传播模式等方面）a：单模光纤只能传输一种模式，多模光纤能同时传输多种模式。
单模光纤的折射率沿截面径向分布一般为阶跃型，多模光纤可呈多种形状。
纤芯尺寸及纤芯和包层的折射率差：单模纤芯直径在10um左右，多模一般在50um以上；单模光纤的相对折射率差在0.01以下，多模一般在0.01—0.02之间。
2．解释数值孔径的物理意义，并给出推导过程。
a:：na的大小表征了光纤接收光功率能力的大小，即只有落入以m为半锥角的锥形区域之内的光线，才能够为光纤所接收。
3．比较阶跃型光纤和渐变型光纤数值孔径的定义，可以得出什么结论？a：阶跃型光纤的na与光纤的几何尺寸无关，渐变型光纤的na是入射点径向坐标r的函数，在纤壁处为0，在光纤轴上为最大。
4．相对折射率差的定义和物理意义。
n12-n22n1-n2a：d=2n12n1d的大小决定了光纤对光场的约束能力和光纤端面的受光能力。
5．光纤的损耗有哪几种？哪些是其固有的不能避免，那些可以通过工艺和材料的改进得以降低？a：固有损耗：光纤材料的本征吸收和本征散射。
非固有损耗：杂质吸收，波导散射，光纤弯曲等。
6．分析多模光纤中材料色散，模式色散，波导色散各自的产生机理。
a：材料色散是由于不同的光源频率所对应的群速度不同所引起的脉冲展宽。
波导色散是由于不同的光源频率所对应的同一导模的群速度不同所引起的脉冲展宽。
多模色散是由于不同的导模在某一相同光源频率下具有不同的群速度所引起的脉冲展宽。
7．单模光纤中是否存在模式色散，为什么？a：单模光纤中只传输基模，不存在多模色散，但基模的两个偏振态存在色散，称为偏振模色散。
8．从射线光学的观点计算多模阶跃光纤中子午光线的最大群时延差。
a：设光纤的长度为l，光纤中平行轴线的入射光线的传输路径最短，为l；以临界角入射到纤芯和包层界面上的光线传输路径最长，为linfc。
光纤光学
1.2 光纤技术基础
大致了解光纤的基本结构； 大致了解光纤的基本结构； 熟悉常见光纤的材料； 熟悉常见光纤的材料； 并初步了解光纤的应用场合。 并初步了解光纤的应用场合。
序
对于不用的应用场合， 对于不用的应用场合，应该根据需求选用不用类 型的特殊光纤。 型的特殊光纤。
决定光纤性能的因素就是光纤纤芯——包层结构 包层结构 决定光纤性能的因素就是光纤纤芯 和构成光纤的材料成分。 和构成光纤的材料成分。 各类型的通信光纤有不同的特殊要求： 各类型的通信光纤有不同的特殊要求：
3 The Feature of Optical Fiber
几何特性+光学特性+传输特性+ 几何特性+光学特性+传输特性+机械特性
几何特性：纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度； 几何特性：纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度； 光学特性：折射率分布、 、 和截止波长； 光学特性：折射率分布、NA、MFD和截止波长； 和截止波长 传输特性：损耗（衰减）、带宽和色散； 传输特性：损耗（衰减）、带宽和色散； ）、带宽和色散 机械特性：抗拉、抗弯、抗扭曲、抗磨损性能。 机械特性：抗拉、抗弯、抗扭曲、抗磨损性能。
12） 1978年 Hill博士首次将光学反射镜 12） 1978年，加拿大的 K. Hill博士首次将光学反射镜 或滤波器写入光纤，开拓了光纤光栅研究与应用。 或滤波器写入光纤，开拓了光纤光栅研究与应用。 13） 20世纪80年代末期，波长为1.55 μm的EDFA研制成 13） 20世纪80年代末期，波长为1.55 μm的EDFA研制成 世纪80年代末期 功并投入实用， 功并投入实用，将光纤通信的波段移到光纤最低的损耗 窗口。成为光纤通信发展史上另一个重要的里程碑。 窗口。成为光纤通信发展史上另一个重要的里程碑。 14） 之后，随着光纤通信的迅猛发展， 14） 之后，随着光纤通信的迅猛发展，出现了多种新型 波导结构光纤和新材料光纤，并在通信、传感、照明、 波导结构光纤和新材料光纤，并在通信、传感、照明、 医学、军事、航空航天等领域得到广泛的应用。 医学、军事、航空航天等领域得到广泛的应用。
光纤的模式理论2010-10-26
Fx
x
30
圆柱坐标系中的波动方程
j E z H z Er 2 ( r r ) t j E z H z E 2 ( r ) t H j ( H z E z ) r t2 r r H j ( H z E z ) t2 r
此时本征方程可简化为59阶跃光纤中的模式分析本征方程的统一形式heehhetmtelplplp60lmlp模截止值和远离截止值u值lp模截止条件远离截止条件截止远离截止值38317701561017313322404855201865371179149324048552018653711791493383177015610173133238317701561017313325135684171162147901lp02lp03lp04lp05lp11lp12lp13lp14lp15lp21lp22lp23lp24lp25lp61几种低阶模横截面上的光斑图62几种低阶模横截面上的光斑图63几种低阶模横截面上的光斑图64几种低阶模横截面上的光斑图65几种低阶模横截面上的光斑图66几种低阶模横截面上的光斑图6701lp几种低阶模横截面上的光斑图68几种低阶模横截面上的光斑图69模横截面上的光斑图1617lp70几种低阶模的归一化光功率分布01lp21lp11lp左边b09右边b0171he电场磁场四个低阶模式的电磁场矢量结构图横截面上72几个低阶模式的电磁场矢量结构图73多模渐变型光纤的模式特性传输常数传输常数多模渐变型光纤多模渐变型光纤传输常数的普遍公式为g和k前面已经定义了m是模式总数模式总数m是传输常数大于的模式数模式数
根据麦克斯韦方程组和物质方程（无源、各向同性介质中） D H D E ：介电常数 t B H B/ ：磁导率 E t j E H z 可得出 E ( z )
光纤光学_刘德明_渐变折射率分布光纤
导模
存在条件：n2k0＜β＜n1k0
场分布特点: 在rg1<r<rg2的区域内为传播场; 在其 它区域内为消逝场。因此导模被限制在rg1＜r＜ rg2的园筒内向前传播。对于SIOF, rg2＝a,对于 GIOF, rg2＜a; 对于TE模或TM模(ι＝0,与子午光线 对应),rg1＝0; 对于EH模或HE模(与偏斜光线对应)， rg1＞0。
n ＝n(r)dz/dS＝n(r)cosθz(r)=n(r0)cosθz(r0) n ---- 第一射线不变量
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轴向运动： 广义折射率定理
r
rip
n(r)
z(r)
nz1 cos z1 nz 2 cos z 2 nz 3 cos z 3 .... Const
内散焦面半径：rg1 外散焦面半径：rg2
导光条件:
n2 n n1
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g r n2 r I 2 r 2 n 2
n
2 1
n2(r) n2(r)-I2 /r2
2 n2
n2(a)- I2 /r2 n2(a)- I2 /a2
n
2 l
0
rl1
rl 2 a rl 3
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GIOF中的最佳折射率分布-GIOF的偏斜光线
偏斜光线的一个待例是螺旋光线，其轨迹曲线上 各点离纤轴径向距离相等(r＝ro为常数)，角向旋转 速率 df / dZ 也为常数。
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§4.2 波导场方程及模式性质
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r
光纤光学习题集.doc
A/r —*弟一早：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LPOm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。
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说明试题中所用常数取：已知c=3×108m/s
一．选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个或多个正确答案，并将其代号写在题干前面的括号内。
答案选错或未选全者，该题不得分。
每小题2分，共16分）1．光纤通信的三个工作窗口中，对于常规光纤，最低损耗窗口是______
C D 1.55μm
2．常规单模光纤的三个工作窗口是_______
A 0.85μm
B 1.31μm
C 1.40μm
D 1.55μm
3．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
4．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益越高
D NA越大，多模光纤的模式色散越小
5．有关光纤的色散曲线，下列哪一个命题是错误的______
A 一个模式都有自己对应的截止频率
B 光纤归一化频率V越大，光纤中存在的模式越少
C HE11模是唯一不能截止的模式
D 紧邻HE11模的高阶模是TE01、TM01、HE21模
6．单模光纤不存在以下哪几种色散?______
A 模式色散
B 材料色散
C 波导色散
D 偏振模色散
7．谱宽为4nm的光脉冲，在某单模光纤中传输50km后，脉冲在时域上展宽3000ps，该光纤总色散系数为多少？______
A 60ps/nm. km dBm
B 15 ps/nm. km
C 750 ps/nm. km
D 2800 ps/nm. km
8．某阶跃多模光纤纤芯与包层折射率分别为n1=1.6，n2=1.584，该光纤每公里因模式色散所引起的最大时延差Δτm为多少ns/km？_______
A 68 C 53.3 D 23
9．某阶跃多模光纤，纤芯折射率n1=1.5，相对折射率差Δ=0.01，工作波长λ0=0.85μm，芯径2a=50μm，该光纤中模数量M为多少？________
A 768
B 400
C 532 D123
10．相干光波必须满足的条件包括______
A 相干光波的频率必须相同
B 相干光波的相位差必须恒定
C 相干光波的振动方向必须一致
D 必须在相干长度以内。