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光纤光学_刘德明_光电学院二00一级《光纤光学》期末考试试卷光纤光学_刘德明_光电学院二00一级《光纤光学》期末考试试卷华中科技大学

光电学院二00一级《光纤光学》期末考试试卷(半开卷)

专业:班级:姓名:学号:

(说明试题中所用常数取:已知c=3×108m/s

一、选择题(从下列各题四个备选答案中选出一个或多个正确答案,并将其

代号写在题干前面的括号内。答案选错或未选全者,该题不得分。每小题2分,共12分)

(D)1光纤通信的三个工作窗口中,对于常规光纤,最低损耗窗口是:

A、0.85μm;

B、1.31μm;

C、1.40μm;

D、1.55μm(ABD)2常规单模光纤的三个工作窗口是:

A、0.85μm;

B、1.31μm;

C、1.40μm;

D、1.55μm(D)3光纤的损耗是由许多不同因素造成的,其中不可能消除的因素是:

A、弯曲损耗;

B、OH—吸收;

C、过度金属离子吸收;

D、瑞利散射

(D)4数值孔径NA是光纤的一个重要参数,下列哪些命题是错误的?

A、NA越大,光纤的收光能力越大;

B、NA越大,光纤的收光角越大;

C、NA越大,光源与光纤的耦合效益越高;

D、NA越大,多模光纤的模式色散越小

(B)5有关光纤的色散曲线,下列哪一个命题是错误的?

A、一个模式都有自己对应的截止频率;

B、光纤归一化频率V越大,光纤中存在的模式越少;

C、HE11模是唯一不能截止的模式;

D、紧邻HE11模的高阶模是TE01、TM01、HE21模

(A)6单模光纤不存在以下哪几种色散?

A、模式色散;

B、材料色散;

C、波导色散;

D、偏振模色散

二、填空题(共10分)

1光纤由纤芯、包层、套层三层构成,其中套层一般由高损耗的材料制成,起到保护光纤的作用。

2当光纤芯径?λ(或远大于工作波长)时,可将光波近似看成一根根光线,采用几何光学方法分析光波在光纤中的传播特性。光纤的数值孔径NA越大,其收光能力越强。

3光纤的色散主要有模式色散、材料色散、波导色散三种形式。

4单模光纤的芯径比多模光纤的芯径细。对于相同材料、相同折射率差的多模光纤,芯径越细,模式数目越少。

5光纤中导模传播常数β的取值范围为n2k0

三、简答题(回答要点,并简明扼要作解释。每小题5分,共20分)

1、简述光有源器件与无源器件的定义?

答:光有源器件:需要外加能源驱动才能工作的器件;

光无源器件:无需外加能源驱动即能工作,通过本身的结构特性即能实现某些光学功能的器件。

2

、某种光纤的截止波长为1.5um,请问当入射波长为1.3um和1.65um时,光纤里传输的是单模还是多模?

答:入射波长为1.3um和1.65um时分别传输的是单模与多模。

3、画出LP4,5模式的模斑图

4、光纤中的基模能否被截止,为什么?

答:不能。因为光纤半径不可能为0,入射波长也不可能为无穷大。

四、计算题(要求写出主要计算步骤及结果。共32分)

1、某抛物线分布光纤,n1=1.5,Δ=0.001,纤芯直径2a=50μm,当用波长λ0=0.85μm的光激励时,试求:(共10分)

(1)包层折射率n2=?

(2)光纤的数值孔径NA=?

解:(1)纤芯与包层的相对折射率差

001.05.15.122121212221=-=-≈-=?nnnnnnn

n2=1.4985

(2)光纤的数值孔径067.0001.025.121=??=?=nNA

2、一光信号在光纤中传播了5000m,功率损耗了85%,该光纤的损耗为多少dB/km?(共5分)

解:1.65dB/km

3、均匀光纤纤芯折射率n1=1.5,工作波长λ0=1.3μm,芯径2a=10μm,若要保证单模传输,则对相对折射率差Δ有何要求?(共8分)

解:

4、一石英光纤,其折射率分布如下:

()1.45r纵向传播常数与归一化频率如下图所示,试计算:(1)该光纤的截止波长;(2)若该光纤工作波长为1μm,将支持哪些模式传输;在忽略模式相互间的作用和光纤总色散的情况下,试分析这些模式在光纤中传输时的先后次序。(9分)

解:(1)该光纤的截止波长为1.379um。

(2)V=3.31584,有HE11,HE21,TE01,TM01模式。

模式在光纤中传输时的先后次序为:跑的最快的为HE11,另外三个模式简并,跑得速度比HE11慢。

五、分析题(16分)

1、从麦克斯韦方程出发,试分析SIOF光纤中模场的求解过程。(10分)

答:分析思路:从麦克斯韦方程经过三次变量分离——得到波导场方程——建立数学模型,在圆柱坐标系下讨论——

电磁场的纵向分量满足波导场方程——变量分离,得到贝塞尔方程——根据贝塞尔函数特征,结合光纤中纤芯与包层中

光场传输特征——得到纵向场的函数表达式——结合纵横关系式——得到其他场分量的数学表达式。

2、试分析SIOF光纤中各种模式的本征值方程的推导过程。(6分)

答:分析思路:TE和TM模式的本征值方程的推导过程可根据边界条件,并结

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