光纤通信期末复习题(湖二师物机学院)

光纤通信复习提纲

第一章 光纤的基本理论

一、基本概念

1、什么叫数值孔径？光纤从光源获得的能量和数值孔径之间有何关联？

入射到光纤端面的光并不能全部被光纤传输，只是在某个角度围的入射光才可以。这个角度A 对应的正弦值就称做数值孔径。数值孔径表征了光纤的激光能力。数值孔径越大，光纤手

机射线的能力越强获得的能量也越多。NA=∆≈-212221n n n

2、什么叫相对折射率差？如何计算？

n1光纤纤芯的折射率，n2光纤包层的折射率。▲=2

122212/)(n n n -

3、什么叫归一化频率？如何计算？ 表示在光纤中传输的模式数量V=a k n 012∆其中a 表示纤芯的半径 在阶跃光线中模式数量N=2/2V

在渐变光纤中模式数量N=4/2V

4、什么是自聚焦光纤？其主要特点是什么？

折射率是渐变的，n （r ）随着半径r 的增加而减小。折射率分布指数最佳时可以使全部的子午射线以同样的同样速度在光纤中传播，这种模式色散起了均衡作用从而消除了模式色散。

5、什么是单模光纤？什么是多模光纤？在光纤通信中各适用于什么情形？ 单模光纤：光纤中之传输一种模式（基模）纤芯直径为4-10um 适用于大容量的长距离的光纤通信系统

多模光纤：光线中传输不止一个模式，纤芯直径一般为50um 包层外径为125um 多模光纤适用于中距离，中容量的光纤通信系统。

6、什么是模场直径？它对于光纤传输有何意义？

光纤横截面上光功率减小到其最大值的1/e 的宽度，衡量光纤光斑大小的物理量

模场直径大的光纤，能量在芯子中集中的程度较差包层中存在的光能量角度，光纤弯曲造成的损耗较大不利于光在光线中的传输。模场直径小的光纤，能量在芯子中集中地程度较好光纤弯曲照成的损耗较小

7、什么叫色散？光纤色散的来源有哪些？色散对光纤通信有何影响？

光信号在光纤中传输是用于群速度的不同，产生时延差对模拟信号就会产生波形失真，对脉冲信号波形被展宽。影响：产生误码，限制了光纤通讯线路的最高信息传输速率（通信容量）

8、损耗的来源有哪些？光纤通信的三个低损耗窗口是什么？其中损耗最低的窗口是哪一个？这三个窗口主要由什么因素决定？

405

.2<归一化频率v 202

.1/)(2221n n a c -=πλ吸收损耗，散射损耗，弯曲损耗。低损耗的窗口是0.85um ，1.31um ，1.55um 左右最低的窗口是1.55um 的窗口。主要因素是各种过度金属离子和OH-造成的

9、什么叫色散系数？如何计算？常用单位是什么？

单位线宽光源在单位长度光纤上引起的时延λτλ∆∆=g

D )(；单位ps/km*nm 其中g τ∆表示单

位长度光纤上的时延差，λ∆表示光源线宽

10、什么叫模式色散？什么叫材料色散？什么叫偏振模色散？上述哪种色散在单模光纤中不存在？

模式色散：再多摸光纤中不同模式沿光纤周详的传输速度不同到达接收端所用的时间不同，产生色散。

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岁波长的变化而变化引起的色散

偏振色散用于实际光纤总存在一定的不完善行，使得沿着两个不同方向偏振的同一模式的相位常数beta 不同吃那个人导致两个模式传输不同步

波导色散同一模式的相位常数beta 随波长而变化，即群速度随波长变化，由此一起的色散 模式色散在单模光纤中不存在

11、什么叫非色散位移光纤，适用于什么情况？什么叫色散位移光纤，适用于什么情况？什么叫非零色散位移光纤，适用于什么情况？

12、什么叫渐变折射率光纤？有何特点和应用？

渐变折射率光纤是折射率随着纤芯半径r 的增加按一定规律减小。采用渐变折射率光纤的目的是减小多模光纤的模式色散，能实在光纤中传输的子午光纤以同样的轴向速度在光纤中传输，这种模式色散起了均衡作用从而消除模式色散，形成自聚焦现象

二、计算题类型

1、关于光纤特征参数的计算（如数值孔径、归一化频率等）；

纤芯直径、相对折射率、数值孔径、归一化频率

相对折射率计算21

22212n n n -=∆ 归一化频率V=∆201a k n ，1n 代表纤芯的折射率，0k 代表传播常数λπ/20=k 在阶跃光线中模式数量N=2/2V

在渐变光纤中模式数量N=4/2V

2、关于光纤单模条件的计算（包括单模条件下光纤的半径、截止波长等）

单模条件：归一化频率小于2.405 单模光纤半径尺寸

单模光纤的截止波长 单模光纤截止频率：

)/(202.122210n n a c -=πλ)/(202.12221n n a c f c -=π

)

/(202.122210n n -πλ3、关于模式容量的计算；

模式容量可以有归一化频率求出：N=2

2

V ；V=∆201a k n 4、关于损耗的计算；

5、关于最大时延差、带宽的计算；

代表性题目示例：

（1） 已知阶跃光纤折射率121.52, 1.49n n ==，求：光纤的数值孔径；求相对折射率差。 NA=∆21n ；NA=22

21n n -=0.3005 相对折射率∆=2

122212n n n -=0.0195 （2） 阶跃光纤纤芯的折射率1 1.5n =，包层折射率2 1.48n =，工作波长为1.31μm ，要

保证单模传输，纤芯直径应为多大

单模工作的光纤纤芯半径

a= =2.0531um

（3） 一段由阶跃光纤构成的20km 长的光纤链路，纤芯折射率1 1.45n =，相对折射率为

0.004∆=，试求：接收端最快和最慢的模式之间的时延差；该光纤允许传播的传

输带宽是多少？ 单位长度光纤的最大时延差用公式c

n ∆=

∆1max τ 得时延差τ∆=20* =380ps

(4)阶跃型光纤的n 1=1.50,Δ=0.002，工作波长λ=0.85μm ，当纤芯半径a=30μm 时，求：此光纤中传输的导模数M 。

V=1.5*sqrt （2*Δ）*2pi/0.85*30=21.038

N=V^2/2=221

（5）光信号在光纤中传播10km 的功率损耗为20%，则该光纤的损耗为多少？

一、基本概念