2014年光电子技术思考题答案

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1、2014年光电子技术思考题答案１．已知一阶跃光纤芯区和包层折射率分别为n1=1.62,n2=1.52(a)试计算光纤的数值孔径NA=?(b)计算空气中该光纤的最大入射角=?(c)如果将光纤浸入水中（n水=1.33），=？２．设阶跃光纤的数值孔径NA=0.2,芯(半)径a=60um，=0.9um,计算光纤传输的总模数。３．欲设计阶跃单模光纤，其芯折射率为n1=1.5,=0.005,试分别计算波长为=1.3um和=0.6328um的最大芯(半)径。12１．设一根光纤的芯的折射率n1=1.532，包层的折射率n2=1.530(a)计算临界角；(b)设一条光线沿轴向传播

2、，另一条光线以临界角入射到包层上，试求轴向光线传播１公里后两光线的滞后；２．已知一直圆柱形阶跃光纤，纤芯和包层折射率分别为n1=1.62,n2=1.52，其芯线直径d=10um，弯曲后的曲率半径R=1.0cm(a)试计算放在空气中子午光线的最大入射角？(所有子午光线都全反射)(b)R值低于多少时，子午光线便不再在内表面上反射？（入射角=）(只要有一条子午光线做到就可以)(c)对该光纤，要使最大孔径角增大到90°，则n2最大应等于多少？(设纤芯的折射率保持一定。)(d)当=90°时，出射光会不会在光纤的出射端面上发生反射？(试分析之)12１．已知“习题5”中的圆柱

3、形阶跃光纤的入射端面有=10°倾角，出射端面仍垂直于轴线(a)试计算放在空气中光纤的最大入射角。(b)要使=90°，该光纤的数值孔径NA至少要多少？这一光线（=90°）会不会在出射端面内发生全反射？127.12将50mw的光注入300m长的光纤中。如果在另一端接收到的功率为30mw，试问每公里光纤的损耗是多少（用dB/km表示）？如果光纤长５公里，输出功率将是多少？7.使用棱镜耦合将光耦合进入单模光纤中，若棱镜系统的数值孔径NA是0.3，光源波长是532.8nm，如果想要单模光纤与棱镜系统的数值孔径匹配，则其纤芯最大可以是多少？试从结果讨论其可行性。答：单模光纤

4、需要满足：=>=>a<4.28um一般单模光纤的纤芯在10um左右，如果纤芯太小，会增加传输损耗，不能进行长距离的传输，所以在设计光纤通信系统时需要注意纤芯以及耦合方式的设计。9．梯度折射率光纤的折射率分布满足n2(r)=n2(0)(1-α2r2),其中α=140rad.mm-1,试求当近轴光纤入射时，光纤中光线每传播一周期的长度L？10．已知自聚焦棒轴线折射率1.5，周期48mm，用它制造超短焦距透镜作光纤耦合器，求该自聚焦透镜的长度和焦距。129．一根单模光纤芯直径是4um,损耗是2.5×10-5cm-1,在可见光谱区域（λ可取5000Å）,如果用这根光纤观

5、察非线性现象，非线性转换效率要比用体材料时增加多少倍。12．图示一种相位型光纤温度传感器原理图，从两光纤末端输出的两光波在空间叠加形成明暗相间的杨氏条纹。当信号臂的温度发生变化时，输出端两光波的相位差发生改变（Δφ）表示，于是屏上条纹发生移动，观测条纹移动数便可求得温度的变化量，并有公式如下：Δφ/(ΔT.L)=2π/λ(Δn/ΔT+nΔL/(LΔT)).如果光源λ=6328Å，光纤的折射率n=1.456,dn/dT=10×10-6/℃,α=ΔL/(L.ΔT)=5×10-7/℃,光纤长度L=1米，求对应一个条纹间隔变化时的温度的变化。13．用截去法测量光纤在0.

6、85um波长的损耗。若用光电接受器测得2公里长的光纤输出电压为2.1V，当光纤被截去剩下3米时输出电压增加到10.5V，求每公里该光纤在0.85um波长上的衰减，并用公式不确定度=±0.2/(L1-L2)dB/km来估计测量精度。14．分析影响单模光纤色散的各种因素，如何减小单模光纤中的色散？1213．在弱传导近似下，利用公式（5.97）计算EH11模和HE31模的截止条件，并利用标量模理论解释其物理原因。16．分别列举出平面波导之间和光纤之间的两种耦合方式。平面波导间的耦合见书75页光纤之间的耦合见书上210-21317．如果在拍长的两个自聚焦透镜对之间的准直

7、光路中插入法拉第旋光器和两个偏振器，就可以做成光纤隔离器，如下图所示，简要说明其原理。见P211左侧入射的光束经过聚焦纤维透镜之后成为大致平行的光束，经过偏振镜后，偏振方向被调制到与光轴平行，继续经过法拉第旋光器后偏振方向旋转45度，正好通过偏振片与另一侧（右侧）聚焦纤维透镜耦合。反射光会再次经过旋光器，偏振继续旋转45度，成为垂直于光轴的方向，不能通过的偏振器，从而隔离反射光。18．（a）单模光纤在平面内弯曲时产生应力双折射，对于石英光纤有，这里为光纤芯半径，为光纤弯曲半径，若用一个光纤圈构成波片，，时，应为多大？对于这种弯折型的光纤器件，设计时应注意什么问题

8、？（b）若使用POTDR