光纤光学重要知识点 PPT

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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。 从数学上证明，在均匀折射率介质中，光纤轨 迹为直线传播。 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？ “纵横关系式”有何作用？ 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。
大家有疑问的，可以询问和交流
率为2.5 mW时，输入光功率为多少？ • 为什么光纤在1.55mm的波长损耗比1.3mm波长小? • 光纤的损耗能否降为零？为什么？ • 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？ • 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？ • 什么叫模场的“稳态分布”? • 简述OTDR的工作原理。 • 简述折射近场法的工作原理。 • P120-121课后习题5.2，5.4，5.9，5.22，5.23（1）
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。 写止出和远SIO离F截中止TE时01的、本TE征02值、。TE03在临近截 为什么Vc<2.405只适应于SIOF？
习题： pp.44: 3.7，3.22
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。
SIOF与GIOF中哪个导模数目更多？ 已知平方率分布光纤V=2，求基模模场半径。 写出平方率分布光纤中LP10,15模式的本征值。 说明高斯近似最大激发效率判据的物理意义。
说明等效阶跃光纤近似的物理意义。
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• 哪些因素限制光通信传输距离？ • 一光纤长220公里，已知光纤损耗为0.3dB/km，当输出光功
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。
习题复习
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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。
光纤器件
重要概念
–Fra Baidu bibliotek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。
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。
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。
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
– 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
图1
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。
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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? 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?
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
可以互相讨论下，但要小声点
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孙琪真：光纤光学 华中科技大学·光电子工程系
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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？
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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GIOF的数值孔径有何不同? 分别说明内散焦面、外散焦面、辐射散焦 面的物理意义。 为什么GIOF又称为“折射型”光纤？ GIOF中光线角向运动有何特点？ 分别说明约束光线、隧道光线和折射光线 的特点。
《 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
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
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