光纤光学往年试题及参考答案

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LD

1.55um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，1.35um

Er：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。

对此，对于多模光纤其芯径大，能接收，但其角分布只有十几度，而LD 光的发散角在x 方向约5~6o ，在y 方向约40~60o ，光纤接收不进去，即为困难所在。 提高耦合效率途径：通过间接的透镜耦合

从产生一阶光孤子所需阈值功率2220||/()th P k T β=出发，说明在光孤子通信系统中使

用色散位移光纤的原因

为产生一阶光孤子，阈值功率th P 越低越好，由2220||/()th P k T β=可以看出，可以

加大2k （非线性效应）和0T （输入脉宽）以及减小2

β（色散），但输入脉宽太大不好，

故可以使用色散位移光纤，其色散非常小，非线性效应也不太严重。

光纤激光器与放大器的分类及特点

分类：（1）晶体光纤激光器和放大器，如：红宝石单晶，Nd ：YAG 单晶

（2）利用非线性效应制作的光纤激光器和放大器，如SRS,SBS

（3）掺杂光纤激光器和放大器

特点：（1）转换效率高，激光阈值低；、

（2）器件体积小，灵活；

（3）激光谱线多，单色性好，调谐范围宽；

光纤布拉格光栅原理

由于光纤芯区折射率变化造成光波导条件的改变，导致一定波长的光波发生相应的模式耦合，时的其透射光谱和反射光谱对该波长出现奇异性。

论述：

分析光纤中光波的传输特性的两种基本理论。试从Maxwell方程出发，给出两种理论的基本思路，并分析其特点及适用范围

光线理论：

光线光学方法

几何光学方法，将光波看成由一根一根光线构成

条件是纤芯直径>>光波长

优点是简单直观

适用范围是多模光纤

波动理论：

波动光学方法

严格的分析方法

优点是精确，缺点是求解复杂

无任何前提，单模多模均适用

思路：

麦克斯韦方程—波动方程—亥姆霍兹方程—射线方程+折射率分布=光纤轨迹

—波导场方程+光纤边界条件=本征解

计算：

Sagnac光纤干涉仪（书上布置的作业题里唯一一道计算题）