光波导练习题

光波导练习题

1. 光波导的光场纵向分量与横向分量具有如下关系，试用纵向场分量表示横向场分量，并证明光波导中不存在TEM 模。（P7和P13）

⎪⎪⎪⎭

⎪⎪⎪⎬⎫

-=⨯+⨯∇=⨯+⨯∇-=⨯∇=⨯∇t t t t 0t t t t 0t t j ˆj ˆ j j E H z H H E z E E H H E ωε∂∂ωμ∂∂ωεωμz z z z z z 2. 从Maxwell 方程得出Helmholtz 方程。P6

3. 在什么情况下，不宜使用高斯近似法？这时可选用的方法有哪些？P107

4. 用高斯近似法，从公式()0d d 1d d 2222222=⎭⎬⎫⎩⎨⎧--++y y y

e r m r n k r e r r e β 出发，导出平方律圆非均匀光波导基模模式场的模斑尺寸。

其折射率的分布为()()[]⎩⎨⎧≥≤∆+=a r n a r r f n r n a a 222

21 其中 ()22202a a n n n -=∆，()21⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=a r r f p109 5. 试说明正规光波导模式的含义及其特点。P8,9什么是模式？模式共分几种？P12为什么正规光波导中才存在模式的概念？

6. 正规光波导中模式的传输常数实质指什么？P10

7. 试说明正规光波导辐射模的含义及其特点。P123

8. 简述矢量法求解模式场的思路。P35

9. 什么是简并度？P3（自己找的百度）

10. 什么是模式截止？模式截止的条件是什么？什么是单模传输？P26圆光纤中TE 01和TM 01模式的截止频率是多少？P40

11. 请简述两层圆均匀阶跃光波导中单模传输条件是什么？P43单模传输时光波导中有几个模式？

12. 若一个二层圆均匀光波导，它的芯半径为m 5μ=a ，46.12=n ，如果单模传输的截止波长为m 29.1μλ=，求它的最大的相对折射率差。P43

13. 二层阶跃光纤的芯区折射率n 1=1.45，芯层包层相对折射差Δ=0.004，当

波长为0.85μm 的光在光纤中传输时，要保证单模工作，芯区半径应小于多少？ P43

14. 何为非正规光波导？P119非正规光波导常用的分析方法是什么？P122试

写出正规光波导中场量的表达式并说明其物理意义。P121，p10

15. 在同一个光波导中，不同的模式是否可以有相同的传输常数？

16. 什么是圆均匀光波导？最简单的圆均匀光波导是什么？P27

17. 在M-Z 空间干涉仪实验中，使用了一段截止波长为m 29.1μ的普通单模

光纤，而该实验所使用的光源波长为m 65.0μ，请问这时它是否还是单模光纤？（不是）如果不是，请问有几个模式？（两个）

18. 如果光信号是光脉冲，光波导的传输特性有那些？反映到光信号上，它

们如何影响光信号？

19. 说明单模光纤的色散都有哪几种？p176p89请详细说明。试说明它们产生

的原因及对光纤中高斯脉冲信号传输的影响。并说明偏振模色散与距离的关系。P183

20. “光纤的材料色散就是光纤材料的色散”有什么问题？P89

21. 光信号的啁啾是什么意思？P68

22. 什么是正常色散？什么是反常色散？P82

23. 详细说明引起光纤损耗的因素有哪些? P219试说明光纤损耗与波长的关

系；在施工的过程中如何避免光纤损耗增加?

24. 光纤的损耗有哪几种？P219

25. 光纤的连接质量用什么量来表示？P134试画图说明造成两根光纤连接时

连结损耗的主要因素有那些？ 假定有两根模斑半径不相等的两根光纤连接在一起，光从模斑半径小的光纤向模斑半径大的光纤传输, 然后反过来传输。二者相比，哪一个损耗更大？P136

26. 如何定义单模光纤的模斑半径？假定光纤的参数（芯半径a 、相对折射率

差Δ、芯区折射率n 1等）为已知，那么随着归一化频率V 的增加，模斑和弯曲损耗分别是变大还是变小？为什么？模斑尺寸大有什么好处或者坏处？

27. 用剪断法测量光纤损耗的原理是：先将被测的一段光纤熔接在光源的输

出尾纤上，测量从光纤输出端的光功率，然后将光纤从熔断点的后部剪断，测量注入光纤的功率。已知输入功率为1mW ，输出端的输出功率为170uW ，光纤的长度为10km ，求这段光线单位长度上的损耗。

28. 请说明光纤Bragg 光栅的滤波原理，光纤布拉格光栅中布拉格波长与什

么因素有关。公式d (P 1-P 2)/dz =0说明了什么？其中P 1和P 2分别是前向模式和反向模式的功率。

29. 试述光纤耦合器的主要性能参数。P207

30. 什么是横向耦合？什么是横向耦合中的弱耦合？P190

31.光纤Mach-Zehnder（M-Z）干涉仪是一个基本的光学部件，试述它的原

理。P208并用公式说明两根光纤的偏振特性、相位特性对干涉结果的影响。

32.试述Sagnac光纤干涉仪的原理，用图进行描述。

33.试比较光纤MZ干涉仪和Sagnac干涉仪的区别。

34.试说明你对偏振主轴p140、偏振本征态p177、偏振主态p178这三个概

念的理解。

35.通常认为偏振模色散是两个不同线偏振模的传输时延差，这种说法有什

么问题？P176

36.试写出斯托克斯矢量的定义。P157

37.如何在邦加球（Poincare Sphere）上体现由于偏振模色散引起的偏振态的

演化？

38.圆正规光波导有偏振主轴吗？有几条？（无数）P162