《光纤光学》复习提纲

• 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
•
c 3 *10 8 （2） δ = t= *10 −9 = 0.1m 2n 2 *1.5
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《 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
5.23 如下图所示，由a，b，c三段光纤连接成待测光纤，其中a，b 是同种光纤，且它们的损耗比c大，（1）试画出OTDR测得的背向 散射功率随光纤长度变化关系。（2）如OTDR发射的矩形脉冲脉宽 为1ns，待测光纤的纤芯折射率为1.5，求该OTDR的空间分辨率为 多少米？
• 解：（1）背向散射功率随光纤长度变化如图所示：
5.4 一光纤长3.5km，测得其输入与输出功率分别为1mW和 298uW，求该光纤损耗值（dB/km）
• 答：
α =−
10lg(
P out 298 ) 10lg( ) P 1000 = 1.5(dB / km) in =− 3.5 L
光纤的损耗值为1.5dB/km.
5.6 为什么光纤在1.55um波长的损耗比1.3um波长小？ • 答：对于光纤材料的本征吸收损耗，由知增大，E减小， 则随波长增大，本征吸收减小，因此1.55um损耗小于 1.3um。 • 对于瑞利损耗，由于瑞利散射损耗与波长的四次方成反 比，因此1.55um波长的损耗要小于1.3um波长的损耗。
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。
3.6已知HE31模截止时Vc=4，设NA=0.21，（1）若 λ0 =1.3um， 求ac的值 （2）若a=5um，求 λc 的值
• 解：
• 解：
3.10 标准通信光纤芯径50um，数值孔径0.2，求其中传输模 群的最大主模标号及存在的线偏振模，模式和模数。 • 解：
3.11 画出 LP4,5 模式模斑图 解：LP4，5模沿径向的亮斑数为5，沿角向亮斑数为 8，如下 图：
5.1 哪些因素限制光通信传输距离？ 答： 光通信传输距离主要取决于光纤的损耗和色散。 光纤损耗包括：光纤材料的吸收损耗：1.本征吸收，2. 杂质吸收， 3.原子缺陷吸收； 散射损耗（瑞利散射）和 非线性散射损耗（受激拉曼散射，受激布里渊散射）； 还 有弯曲损耗（主要包括宏弯损耗，微弯损耗和过渡弯曲损 耗） 光纤色散包括：1.材料色散 2. 波导色散 3. 模间色散
5.2 3dB损耗相当于光透射率是多少？
• 答：
P 10lg( out ) P in (dB/ km) α =− L
Po ut Pin
令L=1km，则透过率
=0.5
5.3 为什么长波长处光纤损耗小？ • 答： 1.对于本征吸收，紫外本征吸收>红外本征吸收 2.对 于散射损耗，其中瑞利散射损耗与波长的四次方成反比， 因此损耗随波长增大而减小。
5.9 若已知一光纤的折射率与波长的关系为 n(λ) = aλ + b ，其 中a，b均为常数，该光纤是否存在材料色散？为什么？ • 解： 材料色散取决于折射率对波长的二阶导数。即： λ0 d 2 n Δτ n = − δλ 2 c dλ 而
d 2n dλ2
=0，
故 Δτ n=0，不存在材料色散。
光纤器件
• 重要概念
– 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。