光纖光學(xué)重要知識(shí)點(diǎn)省公開課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

光線理論主要概念光波導(dǎo)、光纖分類、子午光線、數(shù)值孔徑、傳輸容量、傳光傳像特征、散焦面、廣義折射率定理、光線軌跡及特點(diǎn)、光線分類主要公式射線方程、散焦面半徑、折射率分布、數(shù)值孔徑1/40模式理論主要概念模式定義及性質(zhì)、模式分類及場(chǎng)分布特點(diǎn)、模式簡(jiǎn)并、線偏振模、主模、分離變量法、傳輸常數(shù)、導(dǎo)模截止與遠(yuǎn)離截止、基模場(chǎng)分布函數(shù)、基模偏振特征、色散曲線分析、模式確定及數(shù)目分析、導(dǎo)模光斑分布圖、模式輸出特征、WKB近似方法思緒主要公式波導(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、模群準(zhǔn)確模式數(shù)目。2/40光纖性能主要概念損耗機(jī)理、光通信窗口、色散機(jī)理、色散賠償、損耗測(cè)試三種方法（后向散射法OTDR）、不一樣型號(hào)通信光纖性能。主要公式材料色散與波導(dǎo)色散計(jì)算、脈沖展寬計(jì)算、模場(chǎng)半寬計(jì)算、截止波長(zhǎng)計(jì)算3/40光纖器件主要概念自聚焦透鏡成像特征、光纖耦合器/WDM器件工作原理及設(shè)計(jì)、光隔離器/環(huán)行器工作原理及設(shè)計(jì)、光纖光柵工作原理及設(shè)計(jì)、光纖激光器與放大器工作原理及設(shè)計(jì)。主要公式準(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、不一樣耦合比對(duì)應(yīng)最小耦合長(zhǎng)度、光纖光柵中心波長(zhǎng)。4/40光纖連接與耦合主要概念光纖連接損耗起源、光纖連接損耗特點(diǎn)、透鏡耦合系統(tǒng)、光束變換特征、有源對(duì)準(zhǔn)（局部損耗法）。主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。5/401組成光纖波導(dǎo)必要條件是什么？光纖包層主要起什么作用？光纖去掉包層其導(dǎo)光特征有何改變？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)稱波導(dǎo)”基模不截止。習(xí)題復(fù)習(xí)6/402設(shè)計(jì)一個(gè)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)上證實(shí)，在均勻折射率介質(zhì)中，光纖軌跡為直線傳輸。假如已經(jīng)知道光纖中只允許1個(gè)模式存在，能否經(jīng)過外界激勵(lì)取得2個(gè)模式傳輸？“縱橫關(guān)系式”有何作用？光場(chǎng)分量哪一個(gè)分量總是獨(dú)立滿足波導(dǎo)場(chǎng)方程？寫出該波導(dǎo)場(chǎng)方程式。7/403說(shuō)明從波動(dòng)方程到波導(dǎo)場(chǎng)方程兩次分離變量依據(jù)。波導(dǎo)場(chǎng)方程含有什么樣數(shù)學(xué)特征？說(shuō)明光線在SIOF和GIOF中軌跡曲線是什么樣。傳輸常數(shù)物理意義是什么。說(shuō)明V、U、W參數(shù)物理意義及其相互關(guān)系。說(shuō)明光波導(dǎo)數(shù)值孔徑物理意義子午光線主要特征是什么?光線時(shí)延差影響光通信什么性能？在什么條件下才能夠唯一確定光波導(dǎo)中模式？在纖芯和包層中選取貝賽爾函數(shù)分別含有什么數(shù)學(xué)特征？8/40SIOF波導(dǎo)場(chǎng)方程含有什么數(shù)學(xué)特征？寫出SIOF中波導(dǎo)場(chǎng)方程解。寫出SIOF中導(dǎo)模場(chǎng)切向分量。寫出SIOF中推導(dǎo)本征值方程主要數(shù)學(xué)步驟。寫出SIOF中TE01、TE02、TE03在臨近截止和遠(yuǎn)離截止時(shí)本征值。為何Vc<2.405只適應(yīng)于SIOF？習(xí)題： pp.44:3.7，3.229/40寫出SIOF中模式數(shù)目與V值關(guān)系式。弱導(dǎo)光纖中組成線偏振模式理論依據(jù)是什么？為何LP0m模式只有兩重簡(jiǎn)并？實(shí)際光纖中傳輸模式是線偏振模式嗎？為何？畫出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？

10/404GIOF數(shù)值孔徑有何不一樣?分別說(shuō)明內(nèi)散焦面、外散焦面、輻射散焦面物理意義。為何GIOF又稱為“折射型”光纖？GIOF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特點(diǎn)。11/40畫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。寫出平方率分布光纖中LP10,15模式本征值。說(shuō)明高斯近似最大激發(fā)效率判據(jù)物理意義。說(shuō)明等效階躍光纖近似物理意義。12/40哪些原因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2.5mW時(shí)，輸入光功率為多少？為何光纖在1.55mm波長(zhǎng)損耗比1.3mm波長(zhǎng)小?光纖損耗能否降為零？為何？三角形折射率分布光纖與平方率折射率分布光纖哪種波導(dǎo)色散大？為何？簡(jiǎn)述光纖中三種色散機(jī)理。在什么條件下光纖色散為零？什么叫模場(chǎng)“穩(wěn)態(tài)分布”?簡(jiǎn)述OTDR工作原理。簡(jiǎn)述折射近場(chǎng)法工作原理。P120-121課后習(xí)題5.2，5.4，5.9，5.22，5.23（1）513/406自聚焦透鏡與球透鏡成象異同點(diǎn)?慣用自聚焦透鏡有哪幾個(gè)?如圖1所表示光纖耦合器,L為1/2耦合長(zhǎng)度,計(jì)算①input1=100mw,input2=0mw求output1,output2各為多少?②input1=50mw,input2=50mw,且波長(zhǎng)相同,求output1為多少?圖114/40色散值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，普通激光二極管光譜寬度6nm，傳輸10公里距離，色散脈沖展寬值為: D

=17ps/nm/km×6nm×10km=1020ps對(duì)于1Gbps速率光脈沖，脈寬約為1ns.假如脈沖展寬到達(dá)脈寬20％，則系統(tǒng)將不能工作。上述情形顯然不適合于1Gbps速率，因?yàn)槊}沖展寬已經(jīng)到達(dá)100％；不過對(duì)于155Mbps速率系統(tǒng)沒有問題，因?yàn)槠涿}沖寬度為6.5ns，20％展寬為1300ps。假如采取線寬為300MHzDFB激光器，在1Gbps調(diào)制速率下光譜被展寬2GHz，即光源譜寬為2,300MHz或.02nm(1500nm波長(zhǎng)).則傳輸10公里距離，色散脈沖展寬值為:

D

=17ps/nm/km×.02nm×10km=3.4ps顯然這種情形下，1Gbps速率光通信系統(tǒng)沒有任何問題。15/40模擬考試一、選擇題（以下各題四個(gè)備選答案中只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將其代號(hào)寫在題干前面括號(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)16/40選擇題1相關(guān)光纖中傳輸模式，以下哪一個(gè)命題是錯(cuò)誤？A：對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)給定光纖，其中傳輸模式是唯一確定；B：TE01、TM01和HE21模含有相同截止頻率；C：每一個(gè)模式都有自己對(duì)應(yīng)截止頻率；D：HE11模是唯一不能截止模式。17/40選擇題2光纖中能夠支持模式由光纖波導(dǎo)本身決定，但光纖中能夠激勵(lì)出模式與很多原因相關(guān)，問光纖中實(shí)際能夠激勵(lì)出模式與以下哪些原因無(wú)關(guān)：A、入射光源光功率；B、入射介質(zhì)折射率；C、光入射角；D、入射點(diǎn)位置。18/40選擇題3主模式號(hào)為14模群中所含準(zhǔn)確模式總數(shù)為：A、14；B、26；C、28；D、719/40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、光纖彎曲損耗；B、OH－吸收損耗；C、過渡金屬離子吸收；D、瑞利散射損耗。20/40選擇題5線偏振模模斑為：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。21/40選擇題6光纖損耗是由許多不一樣原因造成，其中不可能消除原因是：A、彎曲損耗；B、OH－吸收；C、過分金屬離子吸收；D、瑞利散射22/40選擇題7一光信號(hào)在光纖中傳輸了5000m,功率損耗了15%，該光纖損耗是A、0.14dB/km；B、0.71dB/km；C、0.64dB/km；D、0.32dB/km。23/40選擇題8對(duì)于1330nm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。24/40選擇題9數(shù)值孔徑NA是光纖一個(gè)主要參數(shù)，以下哪些命題是錯(cuò)誤？A、NA越大，光纖收光能力越大；B、NA越大，光纖收光角越大；C、NA越大，光源與光纖耦合效率越高；D、NA越大，多模光纖模式色散越小。25/40選擇題10以下光纖色散，由小到大排列次序?yàn)椋篈、多模GIOF、多模SIOF、單模光纖；B、多模SIOF、多模GIOF、單模光纖；C、單模光纖、多模GIOF、多模SIOF；D、多模SIOF、單模光纖、多模GIOF26/40選擇題11以下那一個(gè)是非零色散位移光纖：A、G．655光纖；B、G．653光纖；C、G．652光纖；D、G．651光纖。27/40選擇題12相關(guān)光纖中色散敘述錯(cuò)誤是：A、色散存在使光纖通信系統(tǒng)傳輸速率降低、傳輸容量變??；B、色散位移目標(biāo)是使零色散波長(zhǎng)與最低損耗波長(zhǎng)一致；C、正色散光纖使光脈沖展寬，而負(fù)色散光纖使光脈沖壓縮，所以，負(fù)色散光纖也成為色散賠償光纖；D、經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參量可使波導(dǎo)色散和材料色散相互抵消28/40選擇題13以下關(guān)于自聚焦透鏡敘述錯(cuò)誤是：A、0.25節(jié)距GRIN物方焦點(diǎn)在透鏡入射平面上B、0.25節(jié)距GRIN，同一點(diǎn)離軸入射，出射仍為平行光線C、0.25節(jié)距GRIN，不一樣入射點(diǎn)斜平行線入射，出射位置不一樣；D、自聚焦透鏡長(zhǎng)度普通以節(jié)距來(lái)表示。29/40選擇題14以下光波長(zhǎng)不屬于通常所說(shuō)光纖三個(gè)傳輸窗口是：A、0.85mm；B、1.31mm；C、1.48mm；D、1.55mm。30/40選擇題15相關(guān)G.652光纖，以下命題哪個(gè)是錯(cuò)誤：A、工作在1310nm波長(zhǎng)時(shí)，損耗是通信容量主要限制原因；B、工作在1550nm波長(zhǎng)時(shí)，色散是通信容量主要限制原因；C、工作在1550nm波長(zhǎng)時(shí)，損耗與色散均是通信容量主要限制原因；D、工作在850nm波長(zhǎng)時(shí)，損耗與色散均是通信容量主要限制原因；31/40選擇題16標(biāo)準(zhǔn)單模光纖纖芯直徑普通為：A、10mmB、10nmC、80mmD、100nm32/40選擇題17關(guān)于光纖連接損耗，以下那一個(gè)說(shuō)法是錯(cuò)誤：A、光纖間連接損耗與光傳輸方向無(wú)關(guān)；B、對(duì)于單模光纖，模場(chǎng)半徑不匹配是光纖損耗主要原因；C、經(jīng)過充以折射率匹配液，可大大降低光纖端面間菲涅爾反射損耗；D、多模光纖連接損耗可用幾何光學(xué)進(jìn)行分析計(jì)算。33/40選擇題18相關(guān)光纖光柵命題，哪一個(gè)是不對(duì)：A、光纖光柵理論基礎(chǔ)是模式耦合理論；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增益均衡；D、Bragg光纖光柵可應(yīng)用于光纖激光器中。34/40選擇題19光時(shí)域反射儀（OTDR）不能夠完成功效有：A、光纖端面判斷；B、光纖色散大小測(cè)量；C、光纖斷點(diǎn)判斷；D、光纖長(zhǎng)度測(cè)量。35/40選擇題20以下命題哪個(gè)是錯(cuò)誤：A、摻鉺光纖激光器中諧振腔是不可缺乏；B、EDFA與摻鉺光纖激光器工作機(jī)理均為受激輻射；C、EDFA增益與泵浦功率大小相關(guān)；D、EDFA增益與信號(hào)光功率大小無(wú)關(guān)。36/40設(shè)計(jì)題1請(qǐng)用以下器件：980/1550nm波分復(fù)用耦合器、2/8Y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，分別組成光纖放大器與激光器，畫出結(jié)構(gòu)示意圖，并簡(jiǎn)單介紹工作原理。37/40設(shè)計(jì)題2有一卷大約幾十公里長(zhǎng)光纖需要測(cè)量其長(zhǎng)度，現(xiàn)有一段100米能夠測(cè)試光纖與需測(cè)量光纖含有相同參數(shù)，試設(shè)計(jì)三種測(cè)量方法用以測(cè)量光纖長(zhǎng)度。38/40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)射周期性矩形脈沖寬度10ns，測(cè)得光