IT認(rèn)證-光纖光學(xué)-劉德明-光電學(xué)院二00一級《光纖光學(xué)》期末考試試卷

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光電學(xué)院二00一級《光纖光學(xué)》期末考試試卷（半開卷）

專業(yè)：班級：姓名：學(xué)號：

（說明試題中所用常數(shù)?。阂阎猚=3×108m/s

一、選擇題（從下列各題四個(gè)備選答案中選出一個(gè)或多個(gè)正確答案，并將其

代號寫在題干前面的括號內(nèi)。答案選錯(cuò)或未選全者，該題不得分。每小題2分，共12分）

（D）1光纖通信的三個(gè)工作窗口中，對于常規(guī)光纖，最低損耗窗口是：

A、0.85μm；

B、1.31μm；

C、1.40μm；

D、1.55μm（ABD）2常規(guī)單模光纖的三個(gè)工作窗口是：

A、0.85μm；

B、1.31μm；

C、1.40μm；

D、1.55μm（D）3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、過度金屬離子吸收；

D、瑞利散射

（D）4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益越高；

D、NA越大，多模光纖的模式色散越小

（B）5有關(guān)光纖的色散曲線，下列哪一個(gè)命題是錯(cuò)誤的？

A、一個(gè)模式都有自己對應(yīng)的截止頻率；

B、光纖歸一化頻率V越大，光纖中存在的模式越少；

C、HE11模是唯一不能截止的模式；

D、緊鄰HE11模的高階模是TE01、TM01、HE21模

（A）6單模光纖不存在以下哪幾種色散？

A、模式色散；

B、材料色散；

C、波導(dǎo)色散；

D、偏振模色散

二、填空題（共10分）

1光纖由纖芯、包層、套層三層構(gòu)成，其中套層一般由高損耗的材料制成，起到保護(hù)光纖的作用。

2當(dāng)光纖芯徑?λ（或遠(yuǎn)大于工作波長）時(shí)，可將光波近似看成一根根光線，采用幾何光學(xué)方法分析光波在光纖中的傳播特性。光纖的數(shù)值孔徑NA越大，其收光能力越強(qiáng)。

3光纖的色散主要有模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散三種形式。

4單模光纖的芯徑比多模光纖的芯徑細(xì)。對于相同材料、相同折射率差的多模光纖，芯徑越細(xì)，模式數(shù)目越少。

5光纖中導(dǎo)模傳播常數(shù)β的取值范圍為n2k0

三、簡答題（回答要點(diǎn)，并簡明扼要作解釋。每小題5分，共20分）

1、簡述光有源器件與無源器件的定義？

答：光有源器件：需要外加能源驅(qū)動才能工作的器件；

光無源器件：無需外加能源驅(qū)動即能工作，通過本身的結(jié)構(gòu)特性即能實(shí)現(xiàn)某些光學(xué)功能的器件。

2

、某種光纖的截止波長為1.5um，請問當(dāng)入射波長為1.3um和1.65um時(shí)，光纖里傳輸?shù)氖菃文＿€是多模？

答：入射波長為1.3um和1.65um時(shí)分別傳輸?shù)氖菃文Ｅc多模。

3、畫出LP4，5模式的模斑圖

4、光纖中的基模能否被截止，為什么？

答：不能。因?yàn)楣饫w半徑不可能為0，入射波長也不可能為無窮大。

四、計(jì)算題（要求寫出主要計(jì)算步驟及結(jié)果。共32分）

1、某拋物線分布光纖，n1=1.5，Δ=0.001，纖芯直徑2a=50μm，當(dāng)用波長λ0=0.85μm的光激勵時(shí)，試求：（共10分）

（1）包層折射率n2=？

（2）光纖的數(shù)值孔徑NA=？

解：（1）纖芯與包層的相對折射率差

001.05.15.122121212221=-=-≈-=?nnnnnnn

n2=1.4985

（2）光纖的數(shù)值孔徑067.0001.025.121=??=?=nNA

2、一光信號在光纖中傳播了5000m，功率損耗了85%，該光纖的損耗為多少dB/km？（共5分）

解：1．65dB/km

3、均勻光纖纖芯折射率n1=1.5，工作波長λ0=1.3μm，芯徑2a=10μm，若要保證單模傳輸，則對相對折射率差Δ有何要求？（共8分）

解：

4、一石英光纖，其折射率分布如下：

()1.45r縱向傳播常數(shù)與歸一化頻率如下圖所示，試計(jì)算：（1）該光纖的截止波長；（2）若該光纖工作波長為1μm，將支持哪些模式傳輸；在忽略模式相互間的作用和光纖總色散的情況下，試分析這些模式在光纖中傳輸時(shí)的先后次序。（9分）

解：（1）該光纖的截止波長為1.379um。

（2）V=3.31584，有HE11，HE21，TE01，TM01模式。

模式在光纖中傳輸時(shí)的先后次序?yàn)椋号艿淖羁斓臑镠E11，另外三個(gè)模式簡并，跑得速度比HE11慢。

五、分析題（16分）

1、從麥克斯韋方程出發(fā)，試分析SIOF光纖中模場的求解過程。（10分）

答：分析思路：從麥克斯韋方程經(jīng)過三次變量分離——得到波導(dǎo)場方程——建立數(shù)學(xué)模型，在圓柱坐標(biāo)系下討論——

電磁場的縱向分量滿足波導(dǎo)場方程——變量分離，得到貝塞爾方程——根據(jù)貝塞爾函數(shù)特征，結(jié)合光纖中纖芯與包層中

光場傳輸特征——得到縱向場的函數(shù)表達(dá)式——結(jié)合縱橫關(guān)系式——得到其他場分量的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

2、試分析SIOF光纖中各種模式的本征值方程的推導(dǎo)過程。（6分）

答：分析思路：TE和TM模式的本征值方程的推導(dǎo)過程可根據(jù)邊界條件，并結(jié)