光电子技术新增题目及答案

8.使用棱镜耦合将光耦合进入单模光纤中，若棱镜系统的数值孔径NA是0.3,光源波长是532.8nm，如果想要单模光纤与棱镜系统的数值孔径匹配，则其纤芯最大可以是多少？试从结果讨论其可行性。答：单模光纤需要满足：®"*N.A'<2.41=>a< =>a<4.28umc N.A.一般单模光纤的纤芯在10um左右，如果纤芯太小，会增加传输损耗，不能进行长距离的传输，所以在设计光纤通信系统时需要注意纤芯以及耦合方式的设计。15•在弱传导近似下，利用公式(5.97)计算EH模和HE模的截止条件，并利11 31用标量模理论解释其物理原因。对于EH模，其截止公式为：J(U)=0，查表得到：U=3.83211111对于HE模,其截止公式为:J(U)=0(弱传导近似结果)其截至条件为U=3.832；31 1 11这里注意一下由于J(0)二0所以不能取U=0的根3利用标量模近似分析，EH模和HE模同属于LP模11 31 2117•如果在-拍长的两个自聚焦透镜对之间的准直光路中插入法拉第旋光器和4两个偏振器，就可以做成光纤隔离器，如下图所示，简要说明其原理。法拉第旋光器偏振器 偏振器6=0 0=4亍见P211左侧入射的光束经过聚焦纤维透镜之后成为大致平行的光束，经过0=0o偏振镜后，偏振方向被调制到与光轴平行，继续经过法拉第旋光器后偏振方向旋转45度，正好通过0=45o偏振片与另一侧(右侧)聚焦纤维透镜耦合。反射光会再次经过旋光器，偏振继续旋转45度，成为垂直于光轴的方向，不能通过0=0o的偏振器，从而隔离反射光。18.(a)单模光纤在x-z平面内弯曲时产生应力双折射，对于石英光纤有8n=An-An=-0.133(—)2，这里a为光纤芯半径，R为光纤弯曲半径，若用一xy R个光纤圈构成1波片，九二0.63pm，a二位5卩m时，R应为多大？对于这种弯折4型的光纤器件，设计时应注意什么问题？(b)若使用POTDR法对这种光纤圈进行拍长测量，系统中使用到的偏振分束器作用是什么？参考光纤中的偏振演变效应，试设计一套采用逐段剪断法测量光纤拍长的系统。1 'TT C⑹对于4波片’巒L飞'L=2欣，可得R=心。心X上=稣m弯曲后会引入弯曲损耗，注意考虑功耗的问题，以及数值孔径的匹配问题；注意考虑材料的应力系数，是否可以这样弯折。(b)P244,偏振分束器不仅有分束功能，而且有正交偏振片的功能-一只有与入射光偏振方向相互垂直的线偏振光才能反射到APD上。19．利用剪切干涉法测量梯度折射率透镜的像差时，观察面上的干涉条纹与经典杨氏双缝干涉不同，其条纹是不等间距的，试分析其原因，并画出光路图予以说明。由于存在像差，光线会在B点相交，将B看做次级光源，经过双频光栅衍射后，会形成两个虚点光源B'和B''，B'和B''在观察面会产生干涉叠加，这里干涉的情况类似于杨氏干涉，但是由于像差在不同点会不同，所以B会有一定的空间分部，导致干涉条纹的间距会随像差而变化，形成不等间距的干涉条纹。26．利用散射中能量守恒和动量守恒的关系推导布里渊频移的表达式，并解释单模光纤中的SBS多为后向散射光的原因。1)SBS过程可经典地描述为泵浦光波(即注入光纤的信号光)、斯托克斯光波和声波之间的参量相互作用：根据动量守恒：kkkpsA根据能量守恒：psA由于在光纤中，SBS多为后向散射，故由于频移很小，故可以认为：|k||k|,nnp s ps联立可以得到SBS频移：fA辽B2p2）当泵浦光在光纤中传播时，其自发布里渊散射光沿泵浦光相反的方向传播，当泵浦光的强度增大时，自发布里渊散射的强度增加，当增大到一定程度时，反向传输的斯托克斯光和泵浦光将发生干涉作用，产生较强的干涉条纹，使光纤局部折射率大大增加。这样由于电致伸缩效应，就会产生一个声波，声波的产生激发出更多的布里渊散射光，激发出来的散射光又加强声波，如此相互作用，产生很强的散射，这就是受激布里渊散射（SBS）请说明光纤激光器的结构，它与光纤放大器的不同，以及光纤激光器和光纤放大器相比于传统器件有哪些优点。光纤激光器：泵浦光，光纤谐振腔，工作物质（掺杂稀土）；光纤放大器与激光器相比，没有光纤谐振腔结构；优势：（1）小型化，集成化；（2） 散热性能好，泵浦光转化效率高，阈值低；（3） 由于稀土离子的宽能级结构，输出光可调谐，且输出波长种类较多。利用光纤中的非线性偏振演变效应，设计出一种被动锁模光纤激光器系统，其系统如下：PC1和PC2是两块偏振控制器，试利用光纤中的偏振变化解释这种锁模光纤激光器的工作原理。由隔离器出来的光被PC1变为椭圆偏振光，它在X方向和Y方向有不同的光强，这束椭圆偏振光经过光纤，沿X方向的偏振分量和沿Y