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

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1、华中科技大学光电学院二00—级《光纤光学》期末考试试卷(半开卷)专业：班级：姓名：学号：题号L▲二三四五六总分得分阅卷人(说明试题中所用常数取：已知c=3X10sni/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、0.85pm;B、1.31um；C、1.40Mm；D、1.55Mm(ABD)2常规单模光纤的三个工作窗口是：A、0.85um；B、1.31Pm；C、1.40Pm；D、1.55口m(D)3光纤的损耗是由许多不同因素造

2、成的，其中不可能消除的因素是:A、弯曲损耗；B、OK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、HEn模是唯一不能截止的模式；D、紧邻HEU模的高阶模是TE(h、TMg1、1^21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

3、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（或远大于工作波长）时,可将光波近似看成一根根光线，釆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越太，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H越企。5光纤中导模传播常数3的取值范围为n2k（」

4、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，通过木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1.3uin和1.6511111时分别传输的是单模与多模。3、画出LP4,5模式的模斑閔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。B1!、计算题（耍求写出主耍计算步骤及结果。共32分）1、某抛物线分布光纤，n,=1.5,△=0.001，纤芯直径2a=50Pm,当用波长入G=0.8

5、5um的光激励吋，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2zt,zi,1.5n，=1.4985Art（2）光纤的数值孔径^二％7^二二（10672、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/km3、均匀光纤纤芯折射率川=1.5，工作波长人（）=1.3um，芯径2a=10um，若要保证单模传输，则对相对折射率差△有何要求？（共8分）解：〈0.00224、一石英光纤，其折射率分布如下:（1.45r<4.0"mn（r}=v7[1.444r>4.0//m纵向传播常

6、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l

7、im,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吋的先后次序。（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HEir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一一得到波导场方程一一建立数学模型，在圆柱坐标系下

8、讨论一一电磁场的纵向分量满足波导场方程一一变量分离，得到W塞尔方程一一根据W塞尔函数特征，结合光纤中纤芯与包层中光场传输特征一一得到纵向场的函数表达式一一结合纵横关系式一一得到其他场分量的数学表达式。2、试分析SIOF光纤中各种模式的木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，并结合模式的场分量的特征，得到其本征值方程。对于HE和EH模式，可根据q参数，得到