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1、第1,2章1.光波在真空和介质中的传播速度有何关系？波长有何关系？频率有何关系？传播常数有何关系？解：设真空中c,λ,f,k设介质中v,λ′,f′,k′,折射率n则：v=c/n,λ′=λ/n,f′=f,k′=kn2.什么是单模光纤和多模光纤的工作条件？阶跃多模光纤和渐变多模光纤导模的近似计算公式是什么？应用这些公式时，对光纤有何条件？解：多摸光钎（MMF）：纤芯内传输多个模式的光波，纤芯直径较大（50μm左右），仅用于中小容量、中短距离通信。单摸光纤（SMF）：纤芯内只传输一个最低模式的光波，纤芯直径很小（几个微米），适合大容量、长距离通信。3.数值孔经是什么？有什么物理意义？
2、写出各类数值孔径的计算公式？解：光纤端面临界入射角的正弦值，称为数值孔径（）。由于光纤端面上小于或等于临界入射角的入射光在光纤内传输，故数值孔径越大，则光纤与光源或和其他光纤的耦合就越容易。但数值孔径过大会增加光纤传输损耗，故数值孔径应适当选值。阶跃光纤子午光线：NA≡sinФ0=√(n12-n22)=n1√（2△）阶跃光纤斜射光线：NA≡sinФ0=NA/cosγ渐变光纤子午光线：NA(r)≡sinФ0(r)=√(n12(r)-n22)=n1(r)√（2△(r)）渐变光纤斜射光线：NA(r)≡sinФ0(r)=NA(r)/√(1-(r/a)2sin2γ)最大理论数值孔径：NA
3、t≡sinФ0max=√(n1max2-n22)=n1max√（2△max)远场强度有效数值孔径：NAeff≡sinФe=√(1-0.05η/2)NAt==4.为什么说当两根光纤的a，n1，n2，λ，α和φin都分别相同时，长光纤比短光纤输出的高阶模要小？解：两根光纤的和入射圆锥角都分别相同，因而在不考虑衰减的情况下两根光纤含有相同的导波摸。考虑相同的衰减常数后，由于长光纤总的衰减大，而且高阶摸比低阶摸衰减的更快一些。所以，长光纤比短光纤输出的高阶摸要少。5.为什么说当两根光纤的a,n1,n2,α,φin和输出的高阶模类型都相同时，长光纤比短光纤的λ小？解：分析（1）两根光纤的
4、入射圆锥角和衰减常数分别相同。因而，在此情况下长光纤总的衰减大，（其中高阶摸比低阶摸衰减的更快一些）。（2）两根光纤输出的高阶摸类型相同。综合以上，在入射圆锥角相同的情况下不考虑衰减时，长光纤应当比短光纤含有较多的高阶摸。由于，故λ越小，则V越大，即理想光纤内（不考虑衰减时），的高阶摸成分越多。所以，在本题条件下长光纤比短光纤的λ小。6.为什么说当两根光纤的a,n1,n2,λ,α和输出的高阶模类型都分别相同时，这两根光纤的长度是否必须相等？解：两根光纤的长度L可以相等，也可以不相等。如L相等，则需要两根光纤的入射圆锥角Фin也相等。如L不相等，则在满足Фin≤Ф0的条件下需要长
5、光纤比短光纤的入射圆锥角Фin要大。7.有一个直角等边棱镜浸没在酒精（折射率n1=1.45）中，如垂直入射到直角邻边平面上的光能够在直角对边平面上产生反射，试问：（1）该棱镜的最小折射率n2是多少？（2）光在棱镜中的传播速率有多少？解：(1)因为n2sinθc=n1sin90°,所以n2=n1/sinθc=1.45/sin45°=2.05(2)v2=c/n2=3x108/2.05=1.46x108m/s8.假设有一光纤的折射率n1=1.45，相对折射率差△=0.002，问纤芯半径a=3μm或5μm时，此光纤在820nm波长上是单模光纤还是多模光纤？解：(1)a=3μm时,V=2
6、x3.14x3x1.45x√2x0.002)/0.82=2.1081＜2.4048,故此光纤在820nm波长上是单模光纤。（2）)a=5μm时，V=2x3.14x5x√(2x0.002)/0.82=3.5135＞2.4048,故此光纤在820nm波长上是多模光纤。9.一阶跃光纤当工作波长λ1=1.31μm时，其归一化效率V=50，计算该光纤的理论截止波长。解：λct=2пan1√(2△)/2.4048=λV/2.4048=1.31x50/2.4048=27.24μm第3章1.解释非相干光子和相干光子，粒子数反转，光放大。解：（1）传播方向、频率、相位和偏振状态四个参量中任一个不
7、相同的光子称为非相干光子，四个参量都相同的光子称为相干光子。（2）在热平衡状态下半导体材料中价带上的电子总数目Nv》导带上的电子总数目Nc。然而，受激辐射概率∝Nc，受激吸收概率∝Nv。所以，要使受激辐射占有主导地位，就必须采取措施让，这种状态称为粒子数反转。（3）半导体材料受激辐射时，输入一个光子可以得到两个相干光子（即输入光子加上新生光子）；这两个光子再激励其他原子，又可以得到四个相干光子；依此类推，就能在一个入射光子作用下，获得大量相干光子，这种现象称为光放大。2.列表说明自发辐射、受
