光纤作业及问题详解.doc

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1、第一次作业1.公式推导：单位长度光纤中斜光线的光路长度和反射次数分别为(1)=1/cos=(2)==。解：（1）如图1.2.2所示，设沿光纤的径向方向总长度为L，则根据图中所示三角函数关系，得S=L/cos其中L=++…+(将光纤分割，在一小段上光路近似为直线)=/cos,=/cos,…，=/cos从而得=++…+=L/cos于是，单位长度中光线路程为=1/cos=。（2）在沿横向方向上，光线传播的平面与光轴平面有一角r，则光线在横向上传播的总距离为，从而总反射次数=，于是，单位长度中的光线总的全反射次数==2.推导光线方程：解：由在各向同性媒质中程函方程,取光线的某一点

2、的单位方向矢量从而第二次作业见课本公式P22-P26第三次作业1.什么是光纤，其传输的基本原理？答：光纤是光导纤维的简称。它是工作在光波波段的一种介质波导，通常是圆柱形。它把以光的形式出现的电磁能量利用全反射的原理约束在其界面，并引导光波沿着光纤轴线的方向前进。2.光纤的分类？答：光纤有三种分类方式：按光纤的传输模式、折射率分布、材料进行分类。按传输模式分为单模光纤和多模光纤；按折射率分布分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤；按材料分为石英光纤、多组分玻璃光纤、塑料光纤、液芯光纤和晶体光纤。3.已知SI光纤，n1=1.46，△=0.005，（1）当波长分别为0.85um、1

3、.3um和1.55um时，要保证单模传输a围是多少？解：由单模条件得V=2.4048可得:单模光纤尺寸为=1.202/[（）]因为=1-=0.005而=1.46，所以=1.4527当=0.85um时，2.23;当=1.3um时,3.41当=1.55um时,4.07（2）如果a=8um，则要保证单模传输波长围是多少？解：>[（）]/1.202，将=1.46，=1.452代入得>3.05um4.全反射产生条件是什么？答：当光线从光密介质进入光疏介质时即n1＞n2，入射角大于临界角时发生全反射。5.下列条件中，横电磁模(TEM)是（C），横电模(TE)是（B），横磁模(TM)是

4、（A），混杂模(HE或EH)是（D）。A.Ez≠0,Hz＝0;B.Ez＝0,Hz≠0;C.Ez＝Hz＝0;D.Ez≠0,Hz≠0。6.已知SI光纤，n1=1.55，波长为0.85um，光纤芯半径为5um，则要保证单模传输包层折射率应取围是多少？解：由单模条件V=2.4048，可得1.202>（）代入数值的>1.549，又<所以1.549<<1.557.设介质各向同性而且均匀，试证明射线是走直线的。证明：由射线方程∴射线是走直线的8.已知一阶跃折射率光纤，n1=1.55，n2=1.46，a=2um，求当波长为1.31um时，可能传输的模式有那些？解：V==代入数值的V=4.

5、99满足上述V的Lp模有：Lp01、Lp11、Lp21、Lp02矢量模有：HE11、HE21、TE01、TM01、EH11、HE31、HE12。9．==1.48，=1.473，光纤长度L=0.3Km,=0.0047,求GI,SI的模式色散？解:=1-==0.0047SI:[]==0.0047=2.32[]=6.96nsGI:[]=[]=5.45[]=16.35ps第四次作业:2.1试比较多模光纤和单模光纤色散产生的原因和大小。答：光纤的色散有四种：(1)多模色散是由于各模式之间群速度不同而产生的色散。由于各模式以不同时刻到达光纤出射端而使脉冲展宽。计算分两种：SI:GI:

6、（2）波导色散是由于某一传播模的群速度对于光的频率（或波长）不是常数，同时光源的谱线又有一定宽度。(3)材料色散是由于光纤材料的折射率随入射光频率变化而产生的色散。（4）偏振色散是由于光脉冲由同一波长光的同一模式运载，因不同的偏振态光的群速度不同导致的脉冲展宽。多模光纤中色散主要是多模色散，材料色散和波导色散比较少，且有Δτm>Δτw。单模光纤中色散主要是波导色散、材料色散和偏振模色散。其总色散参数。总色散为且也有Δτm>Δτw。2.2减少光纤中损耗的主要途径是什么？答：光纤中的损耗主要有吸收损耗和散射损耗。其中吸收损耗是由制造光纤材料本身以及其中的过渡金属离子和OH-等

7、杂质对光的吸收而产生的损耗。前者是由光纤材料本身的特性所决定的，称为本征吸收损耗，包括紫外吸收损耗和红外吸收损耗。后者称为杂质离子的吸收。减少其的方法是：光纤材料的化学提纯或是在工艺上进行改进，如避免使用氢氧焰加热。散射损耗主要来源于光纤的制作缺陷和本征散射。其中主要是折射率起伏、分布不均匀，还有芯-涂层界面不理想，有气泡、条纹或结石。还有一类本征散射及其它的。主要有瑞利散射、布里渊散射和喇曼散射，所以改变这种损耗的方法即就是选用较好的光纤材料，并且制作工艺尽可能要好。2.4试分析影响单模光纤散射的因素，如何减少单模光纤中的色