光纖光學(xué)重要知識(shí)點(diǎn)ppt課件(41頁(yè)P(yáng)PT)

1、 光纖光學(xué)復(fù)習(xí)提綱光線理論模式理論光纖性能光纖器件光纖連接第1頁(yè)，共41頁(yè)。光線理論重要概念光波導(dǎo)、光纖分類(lèi)、子午光線、數(shù)值孔徑、傳輸容量、傳光傳像特性、散焦面、廣義折射率定理、光線軌跡及特點(diǎn)、光線分類(lèi)重要公式射線方程、散焦面半徑、折射率分布、數(shù)值孔徑第2頁(yè)，共41頁(yè)。模式理論重要概念模式定義及性質(zhì)、模式分類(lèi)及場(chǎng)分布特點(diǎn)、模式簡(jiǎn)并、線偏振模、主模、分離變量法、傳播常數(shù)、導(dǎo)模截止與遠(yuǎn)離截止、基模場(chǎng)分布函數(shù)、基模偏振特性、色散曲線分析、模式確定及數(shù)目分析、導(dǎo)模光斑分布圖、模式輸出特性、WKB近似方法思路重要公式波導(dǎo)場(chǎng)方程、截止與遠(yuǎn)離截止條件、單模工作條件、模式數(shù)目、歸一化工作頻率、模群精確模式數(shù)目

2、。第3頁(yè)，共41頁(yè)。光纖性能重要概念損耗機(jī)理、光通信窗口、色散機(jī)理、色散補(bǔ)償、損耗測(cè)試的三種方法（后向散射法OTDR）、不同型號(hào)的通信光纖性能。重要公式材料色散與波導(dǎo)色散的計(jì)算、脈沖展寬的計(jì)算、模場(chǎng)半寬的計(jì)算、截止波長(zhǎng)的計(jì)算第4頁(yè)，共41頁(yè)。光纖器件重要概念自聚焦透鏡的成像特性、光纖耦合器/WDM器件的工作原理及設(shè)計(jì)、光隔離器/環(huán)行器的工作原理及設(shè)計(jì)、光纖光柵的工作原理及設(shè)計(jì)、光纖激光器與放大器的工作原理及設(shè)計(jì)。重要公式準(zhǔn)直透鏡輸出光束半徑和發(fā)散角、耦合器分支功率計(jì)算、不同耦合比對(duì)應(yīng)的最小耦合長(zhǎng)度、光纖光柵中心波長(zhǎng)。第5頁(yè)，共41頁(yè)。光纖連接與耦合重要概念光纖連接損耗來(lái)源、光纖連接損耗特點(diǎn)、透

3、鏡耦合系統(tǒng)、光束變換特性、有源對(duì)準(zhǔn)（局部損耗法）。重要公式端面反射損耗計(jì)算、模場(chǎng)失配損耗計(jì)算、朗伯光源耦合損耗計(jì)算、半導(dǎo)體激光器耦合效率計(jì)算。第6頁(yè)，共41頁(yè)。1構(gòu)成光纖波導(dǎo)的必要條件是什么？光纖的包層主要起什么作用？光纖去掉包層其導(dǎo)光特性有何改變？PCVD工藝與MCVD工藝相比，主要優(yōu)點(diǎn)是什么？OVD與AVD工藝的主要特點(diǎn)是什么？“單模光波導(dǎo)”中總模式數(shù)目是多少？舉例說(shuō)明“對(duì)稱(chēng)波導(dǎo)”基模不截止。習(xí)題復(fù)習(xí)第7頁(yè)，共41頁(yè)。2設(shè)計(jì)一種光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其傳光波導(dǎo)層為平板形狀，標(biāo)出折射率結(jié)構(gòu)。從數(shù)學(xué)上證明，在均勻折射率介質(zhì)中，光纖軌跡為直線傳播。如果已經(jīng)知道光纖中只允許1個(gè)模式存在，能否通過(guò)外界激勵(lì)獲得

4、2個(gè)模式傳播？“縱橫關(guān)系式”有何作用？光場(chǎng)分量的哪一個(gè)分量總是獨(dú)立滿(mǎn)足波導(dǎo)場(chǎng)方程？寫(xiě)出該波導(dǎo)場(chǎng)方程式。第8頁(yè)，共41頁(yè)。3說(shuō)明從波動(dòng)方程到波導(dǎo)場(chǎng)方程兩次分離變量的依據(jù)。波導(dǎo)場(chǎng)方程具有什么樣的數(shù)學(xué)特征？說(shuō)明光線在SIOF和GIOF中的軌跡曲線是什么樣的。傳播常數(shù)的的物理意義是什么。說(shuō)明V、U、W參數(shù)的物理意義及其相互關(guān)系。說(shuō)明光波導(dǎo)數(shù)值孔徑的物理意義子午光線的主要特征是什么? 光線時(shí)延差影響光通信的什么性能？在什么條件下才可以唯一確定光波導(dǎo)中的模式？在纖芯和包層中選取的貝賽爾函數(shù)分別具有什么數(shù)學(xué)特征？第9頁(yè)，共41頁(yè)。SIOF波導(dǎo)場(chǎng)方程具有什么數(shù)學(xué)特征？寫(xiě)出SIOF中波導(dǎo)場(chǎng)方程的解。寫(xiě)出SIOF

5、中導(dǎo)模場(chǎng)的切向分量。寫(xiě)出SIOF中推導(dǎo)本征值方程的主要數(shù)學(xué)步驟。寫(xiě)出SIOF中TE01、TE02、TE03在臨近截止和遠(yuǎn)離截止時(shí)的本征值。為什么Vc2.405只適應(yīng)于SIOF？ 習(xí)題：pp.44: 3.7，3.22第10頁(yè)，共41頁(yè)。寫(xiě)出SIOF中模式數(shù)目與V值的關(guān)系式。弱導(dǎo)光纖中組成線偏振模式的理論依據(jù)是什么？為什么LP0m模式只有兩重簡(jiǎn)并？實(shí)際光纖中傳播的模式是線偏振模式嗎？為什么？畫(huà)出LP6,8模式場(chǎng)分布示意圖。高階模式與低階模式哪個(gè)輸出角度大？第11頁(yè)，共41頁(yè)。4GIOF的數(shù)值孔徑有何不同?分別說(shuō)明內(nèi)散焦面、外散焦面、輻射散焦面的物理意義。為什么GIOF又稱(chēng)為“折射型”光纖？GIOF

6、中光線角向運(yùn)動(dòng)有何特點(diǎn)？分別說(shuō)明約束光線、隧道光線和折射光線的特點(diǎn)。第12頁(yè)，共41頁(yè)。畫(huà)出階躍分布光纖與平方率分布光纖基模場(chǎng)解函數(shù)曲線示意圖。SIOF與GIOF中哪個(gè)導(dǎo)模數(shù)目更多？已知平方率分布光纖V=2，求基模模場(chǎng)半徑。寫(xiě)出平方率分布光纖中LP10,15模式的本征值。說(shuō)明高斯近似最大激發(fā)效率判據(jù)的物理意義。說(shuō)明等效階躍光纖近似的物理意義。 第13頁(yè)，共41頁(yè)。哪些因素限制光通信傳輸距離？一光纖長(zhǎng)220公里，已知光纖損耗為0.3dB/km，當(dāng)輸出光功率為2.5 mW時(shí)，輸入光功率為多少？為什么光纖在1.55mm的波長(zhǎng)損耗比1.3mm波長(zhǎng)小?光纖的損耗能否降為零？為什么？三角形折射率分布光纖與

7、平方率折射率分布光纖哪種波導(dǎo)色散大？為什么？簡(jiǎn)述光纖中三種色散的機(jī)理。在什么條件下光纖的色散為零？什么叫模場(chǎng)的“穩(wěn)態(tài)分布”?簡(jiǎn)述OTDR的工作原理。簡(jiǎn)述折射近場(chǎng)法的工作原理。P120-121課后習(xí)題5.2，5.4，5.9，5.22，5.23（1）5第14頁(yè)，共41頁(yè)。6自聚焦透鏡與球透鏡成象的異同點(diǎn)?常用的自聚焦透鏡有哪幾種?如圖1所示的光纖耦合器 ,L為1/2耦合長(zhǎng)度,計(jì)算input 1=100mw, input 2=0mw求 output 1,output 2各為多少? input1=50mw, input2= 50mw,且波長(zhǎng)相同,求output1 為多少? 圖1第15頁(yè)，共41頁(yè)。色散

8、值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，普通激光二極管光譜寬度 6 nm，傳輸10 公里距離，色散脈沖展寬值為 : D = 17ps/nm/km 6 nm 10 km = 1020 ps對(duì)于 1 Gbps速率的光脈沖，脈寬約為 1 ns. 如果脈沖展寬達(dá)到脈寬的20，則系統(tǒng)將不能工作。上述情形顯然不適合于1 Gbps速率，因?yàn)槊}沖展寬已經(jīng)達(dá)到100；但是對(duì)于 155 Mbps速率系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題，因?yàn)?其脈沖寬度為 6.5 ns，20的展寬為1300ps。如果采用線寬為 300 MHz的DFB激光器，在1 Gbps 調(diào)制速率下光譜被展寬 2 GHz，即光源譜寬為2,300 MHz 或 .02 nm (1500 nm波

9、長(zhǎng)). 則傳輸10 公里距離，色散脈沖展寬值為 : D = 17ps/nm/km .02 nm 10 km = 3.4 ps顯然這種情形下， 1 Gbps速率光通信系統(tǒng)沒(méi)有任何問(wèn)題。第16頁(yè)，共41頁(yè)。模擬考試一、選擇題（下列各題四個(gè)備選答案中只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將其代號(hào)寫(xiě)在題干前面的括號(hào)內(nèi)。每小題1.5分，共30分）二、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分）三、設(shè)計(jì)題（每小題10分，共20分） 四、計(jì)算題 (共30分) 第17頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題1 有關(guān)光纖中傳輸?shù)哪Ｊ剑铝心囊粋€(gè)命題是錯(cuò)誤的？A ：對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)給定的光纖，其中傳輸?shù)哪Ｊ绞俏ㄒ淮_定的；B：TE01、TM01和HE21模具有相同的截止

10、頻率；C：每一個(gè)模式都有自己對(duì)應(yīng)的截止頻率；D：HE11模是唯一不能截止的模式。第18頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題2光纖中能夠支持的模式由光纖波導(dǎo)本身決定，但光纖中能夠激勵(lì)出的模式與很多因素有關(guān)，問(wèn)光纖中實(shí)際能夠激勵(lì)出的模式與下列哪些因素?zé)o關(guān)：A、入射光源的光功率；B、入射介質(zhì)的折射率； C、光的入射角； D、入射點(diǎn)的位置。 第19頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題3主模式號(hào)為14的模群中所含的精確模式總數(shù)為：A、14；B、26；C、28；D、7第20頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題4通常將光纖通信劃分為三個(gè)傳輸窗口，其主要原因是：A、光纖的彎曲損耗； B、OH吸收損耗； C、過(guò)渡金屬離子吸收； D、瑞利散射損耗。 第21頁(yè)，

11、共41頁(yè)。選擇題5線偏振模的模斑為：A、徑向亮斑數(shù)為2m，角向亮斑數(shù)為 l，而且中心為暗； B、徑向亮斑數(shù)為m，角向亮斑數(shù)為2l，而且中心為暗； C、徑向亮斑數(shù)為2l，角向亮斑數(shù)為m，而且中心為亮；D、徑向亮斑數(shù)為l，角向亮斑數(shù)為2m，而且中心為亮。第22頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題6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(guò)度金屬離子吸收；D、瑞利散射 第23頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題7一光信號(hào)在光纖中傳播了5000m,功率損耗了15%，該光纖的損耗是A、0.14dB/km； B、0.71dB/km； C、0.64dB/km； D、0.32dB/km。第

12、24頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題8對(duì)于1330nm的單模光纖，當(dāng)入射光中心波長(zhǎng)為1550nm，光譜寬度為10nm時(shí)，不可能存在的色散是哪一個(gè)？A、模間色散； B、材料色散； C、波導(dǎo)色散； D、偏振模色散。第25頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題9數(shù)值孔徑NA是光纖的一個(gè)重要參數(shù)，下列哪些命題是錯(cuò)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率越高；D、NA越大，多模光纖的模式色散越小。 第26頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題10下列光纖的色散，由小到大的排列次序?yàn)椋篈、多模的GIOF、多模SIOF、單模光纖； B、多模SIOF、多模的GIOF、單模光纖； C、單模光纖

13、、多模的GIOF、多模SIOF；D、多模SIOF、單模光纖、多模的GIOF第27頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題11以下那一種是非零色散位移光纖：A、G655光纖；B、G653光纖；C、G652光纖；D、G651光纖。第28頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題12有關(guān)光纖中的色散論述錯(cuò)誤的是：A、色散的存在使光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率降低、傳輸容量變小； B、色散位移的目的是使零色散波長(zhǎng)與最低損耗波長(zhǎng)一致；C、正色散的光纖使光脈沖展寬，而負(fù)色散的光纖使光脈沖壓縮，所以，負(fù)色散的光纖也成為色散補(bǔ)償光纖； D、通過(guò)適當(dāng)調(diào)整光纖波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參量可使波導(dǎo)色散和材料色散互相抵消 第29頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題13以下關(guān)于自聚焦透鏡論述錯(cuò)誤的

14、是：A、0.25節(jié)距的GRIN的物方焦點(diǎn)在透鏡入射平面上B、0.25節(jié)距的GRIN，同一點(diǎn)離軸入射，出射仍為平行光線C、0.25節(jié)距的GRIN，不同入射點(diǎn)的斜平行線入射，出射位置不同；D、自聚焦透鏡的長(zhǎng)度一般以節(jié)距來(lái)表示。 第30頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題14下列光波長(zhǎng)不屬于通常所說(shuō)的光纖的三個(gè)傳輸窗口是：A、0.85mm；B、1.31mm； C、1.48mm；D、1.55mm。 第31頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題15有關(guān)G.652光纖，以下命題哪個(gè)是錯(cuò)誤的：A、工作在1310nm波長(zhǎng)時(shí)，損耗是通信容量的主要限制因素；B、工作在1550nm波長(zhǎng)時(shí)，色散是通信容量的主要限制因素；C、工作在1550nm波長(zhǎng)時(shí)，

15、損耗與色散均是通信容量的主要限制因素；D、工作在850nm波長(zhǎng)時(shí)，損耗與色散均是通信容量的主要限制因素；第32頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題16標(biāo)準(zhǔn)單模光纖纖芯直徑一般為： A、10mm B、10 nm C、80 mm D、100 nm第33頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題17關(guān)于光纖連接損耗，以下那一種說(shuō)法是錯(cuò)誤的：A、光纖間的連接損耗與光的傳輸方向無(wú)關(guān)；B、對(duì)于單模光纖，模場(chǎng)半徑的不匹配是光纖損耗主要因素；C、通過(guò)充以折射率匹配液，可大大降低光纖端面間菲涅爾反射損耗；D、多模光纖的連接損耗可用幾何光學(xué)進(jìn)行分析計(jì)算。 第34頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題18有關(guān)光纖光柵的命題，哪一個(gè)是不對(duì)的：A、光纖光柵的理論基礎(chǔ)是模式耦

16、合理論；B、長(zhǎng)周期光纖光柵可應(yīng)用于OADM中；C、長(zhǎng)周期光纖光柵可用作EDFA的增益均衡；D、Bragg光纖光柵可應(yīng)用于光纖激光器中。 第35頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題19光時(shí)域反射儀（OTDR）不能夠完成的功能有：A、光纖端面的判斷；B、光纖色散大小的測(cè)量； C、光纖斷點(diǎn)的判斷；D、光纖長(zhǎng)度的測(cè)量。 第36頁(yè)，共41頁(yè)。選擇題20以下命題哪個(gè)是錯(cuò)誤的：A、摻鉺光纖激光器中諧振腔是不可缺少的；B、EDFA與摻鉺光纖激光器的工作機(jī)理均為受激輻射；C、EDFA的增益與泵浦功率大小有關(guān)；D、EDFA的增益與信號(hào)光功率大小無(wú)關(guān)。 第37頁(yè)，共41頁(yè)。設(shè)計(jì)題1請(qǐng)用如下器件：980/1550nm的波分復(fù)用耦合器、2/8 Y型耦合器、光環(huán)形器、光纖隔離器、Bragg光纖光柵、980nm半導(dǎo)體激光器、一段摻鉺光纖，單模光纖若干米，分別構(gòu)成光纖放大器與激光器，畫(huà)出結(jié)構(gòu)示意圖，并簡(jiǎn)單介紹工作原理 。第38頁(yè)，共41頁(yè)。設(shè)計(jì)題2有一卷大約幾十公里長(zhǎng)的光纖需要測(cè)量其長(zhǎng)度，現(xiàn)有一段100米可以測(cè)試的光纖與需測(cè)量的光纖具有相同的參數(shù)，試設(shè)計(jì)三種測(cè)量方法用以測(cè)量光纖長(zhǎng)度 。第39頁(yè)，共41頁(yè)。計(jì)算題1某光纖出現(xiàn)故障，用OTDR儀表進(jìn)行測(cè)量。OTDR發(fā)射的周期性矩形脈沖的寬度10ns，測(cè)得光脈沖從光