《光纤光学》复习提纲

《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。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=1.3um，求ac的值（2）若a=5um，求的值解：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5.23dB损耗相当于光透射率是多少？答：令L=1km，则透过率=0.55.3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。5.4一光纤长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：

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。5.9若已知一光纤的折射率与波长的关系为，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：

而

=0，故=0，不存在材料色散。

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