光纖光學(xué)_劉德明_光電學(xué)院二00一級《光纖光學(xué)》期末考試試卷光纖光學(xué)_劉德明_光電學(xué)院二00一級《光纖光學(xué)》期末考試試卷華中科技大學(xué)

光電學(xué)院二00一級《光纖光學(xué)》期末考試試卷（半開卷）

專業(yè)：班級：姓名：學(xué)號：

（說明試題中所用常數(shù)取：已知c=3×108m/s

一、選擇題（從下列各題四個備選答案中選出一個或多個正確答案，并將其

代號寫在題干前面的括號內(nèi)。答案選錯或未選全者，該題不得分。每小題2分，共12分）

（D）1光纖通信的三個工作窗口中，對于常規(guī)光纖，最低損耗窗口是：

A、0.85μm；

B、1.31μm；

C、1.40μm；

D、1.55μm（ABD）2常規(guī)單模光纖的三個工作窗口是：

A、0.85μm；

B、1.31μm；

C、1.40μm；

D、1.55μm（D）3光纖的損耗是由許多不同因素造成的，其中不可能消除的因素是：

A、彎曲損耗；

B、OH—吸收；

C、過度金屬離子吸收；

D、瑞利散射

（D）4數(shù)值孔徑NA是光纖的一個重要參數(shù)，下列哪些命題是錯誤的？

A、NA越大，光纖的收光能力越大；

B、NA越大，光纖的收光角越大；

C、NA越大，光源與光纖的耦合效益越高；

D、NA越大，多模光纖的模式色散越小

（B）5有關(guān)光纖的色散曲線，下列哪一個命題是錯誤的？

A、一個模式都有自己對應(yīng)的截止頻率；

B、光纖歸一化頻率V越大，光纖中存在的模式越少；

C、HE11模是唯一不能截止的模式；

D、緊鄰HE11模的高階模是TE01、TM01、HE21模

（A）6單模光纖不存在以下哪幾種色散？

A、模式色散；

B、材料色散；

C、波導(dǎo)色散；

D、偏振模色散

二、填空題（共10分）

1光纖由纖芯、包層、套層三層構(gòu)成，其中套層一般由高損耗的材料制成，起到保護光纖的作用。

2當(dāng)光纖芯徑?λ（或遠(yuǎn)大于工作波長）時，可將光波近似看成一根根光線，采用幾何光學(xué)方法分析光波在光纖中的傳播特性。光纖的數(shù)值孔徑NA越大，其收光能力越強。

3光纖的色散主要有模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散三種形式。

4單模光纖的芯徑比多模光纖的芯徑細(xì)。對于相同材料、相同折射率差的多模光纖，芯徑越細(xì)，模式數(shù)目越少。

5光纖中導(dǎo)模傳播常數(shù)β的取值范圍為n2k0

三、簡答題（回答要點，并簡明扼要作解釋。每小題5分，共20分）

1、簡述光有源器件與無源器件的定義？

答：光有源器件：需要外加能源驅(qū)動才能工作的器件；

光無源器件：無需外加能源驅(qū)動即能工作，通過本身的結(jié)構(gòu)特性即能實現(xiàn)某些光學(xué)功能的器件。

2

、某種光纖的截止波長為1.5um，請問當(dāng)入射波長為1.3um和1.65um時，光纖里傳輸?shù)氖菃文＿€是多模？

答：入射波長為1.3um和1.65um時分別傳輸?shù)氖菃文Ｅc多模。

3、畫出LP4，5模式的模斑圖

4、光纖中的基模能否被截止，為什么？

答：不能。因為光纖半徑不可能為0，入射波長也不可能為無窮大。

四、計算題（要求寫出主要計算步驟及結(jié)果。共32分）

1、某拋物線分布光纖，n1=1.5，Δ=0.001，纖芯直徑2a=50μm，當(dāng)用波長λ0=0.85μm的光激勵時，試求：（共10分）

（1）包層折射率n2=？

（2）光纖的數(shù)值孔徑NA=？

解：（1）纖芯與包層的相對折射率差

001.05.15.122121212221=-=-≈-=?nnnnnnn

n2=1.4985

（2）光纖的數(shù)值孔徑067.0001.025.121=??=?=nNA

2、一光信號在光纖中傳播了5000m，功率損耗了85%，該光纖的損耗為多少dB/km？（共5分）

解：1．65dB/km

3、均勻光纖纖芯折射率n1=1.5，工作波長λ0=1.3μm，芯徑2a=10μm，若要保證單模傳輸，則對相對折射率差Δ有何要求？（共8分）

解：

4、一石英光纖，其折射率分布如下：

()1.45r縱向傳播常數(shù)與歸一化頻率如下圖所示，試計算：（1）該光纖的截止波長；（2）若該光纖工作波長為1μm，將支持哪些模式傳輸；在忽略模式相互間的作用和光纖總色散的情況下，試分析這些模式在光纖中傳輸時的先后次序。（9分）

解：（1）該光纖的截止波長為1.379um。

（2）V=3.31584，有HE11，HE21，TE01，TM01模式。

模式在光纖中傳輸時的先后次序為：跑的最快的為HE11，另外三個模式簡并，跑得速度比HE11慢。

五、分析題（16分）

1、從麥克斯韋方程出發(fā)，試分析SIOF光纖中模場的求解過程。（10分）

答：分析思路：從麥克斯韋方程經(jīng)過三次變量分離——得到波導(dǎo)場方程——建立數(shù)學(xué)模型，在圓柱坐標(biāo)系下討論——

電磁場的縱向分量滿足波導(dǎo)場方程——變量分離，得到貝塞爾方程——根據(jù)貝塞爾函數(shù)特征，結(jié)合光纖中纖芯與包層中

光場傳輸特征——得到縱向場的函數(shù)表達(dá)式——結(jié)合縱橫關(guān)系式——得到其他場分量的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

2、試分析SIOF光纖中各種模式的本征值方程的推導(dǎo)過程。（6分）

答：分析思路：TE和TM模式的本征值方程的推導(dǎo)過程可根據(jù)邊界條件，并結(jié)