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2000.3 SG 13 /GII presentation 《 光纤光学》复习提纲光线理论模式理论光纤性能光纤器件光纤连接 光线理论 重要概念 光波导、光纤分类、子午光线、数值孔径、传输容量、传光传像特性、散焦面、广义折射率定理、光线轨迹及特点、光线分类 重要公式 射线方程、散焦面半径、折射率分布、数值孔径 模式理论 重要概念 模式定义及性质、模式分类及场分布特点、模式简并、线偏振模、主模、分离变量法、传播常数、导模截止与远离截止、基模场分布函数、基模偏振特性、色散曲线分析、模式确定及数目分析、导模光斑分布图、模式输出特性、WKB近似方法思路 重要公式 波导场方程、截止与远离截止条件、单模工作条件、模式数目、归一化工作频率、模群精确模式数目。 光纤性能 重要概念 损耗机理、光通信窗口、色散机理、色散补偿、损耗测试的三种方法（后向散射法OTDR）、不同型号的通信光纤性能。 重要公式 材料色散与波导色散的计算、脉冲展宽的计算、模场半宽的计算、截止波长的计算 光纤器件 重要概念 自聚焦透镜的成像特性、光纤耦合器/WDM器件的工作原理及设计、光隔离器/环行器的工作原理及设计、光纤光栅的工作原理及设计、光纤激光器与放大器的工作原理及设计。 重要公式 准直透镜输出光束半径和发散角、耦合器分支功率计算、不同耦合比对应的最小耦合长度、光纤光栅中心波长。 光纤连接与耦合 重要概念 光纤连接损耗来源、光纤连接损耗特点、透镜耦合系统、光束变换特性、有源对准（局部损耗法）。 重要公式 端面反射损耗计算、模场失配损耗计算、朗伯光源耦合损耗计算、半导体激光器耦合效率计算。 习题复习 1 构成光纤波导的必要条件是什么？ 光纤的包层主要起什么作用？光纤去掉包层其导光特性有何改变？ PCVD工艺与MCVD工艺相比，主要优点是什么？ OVD与AVD工艺的主要特点是什么？ “单模光波导”中总模式数目是多少？ 举例说明“对称波导”基模不截止。 2 设计一种光波导结构，其传光波导层为平板形状，标出折射率结构。 从数学上证明，在均匀折射率介质中，光纤轨迹为直线传播。 如果已经知道光纤中只允许1个模式存在，能否通过外界激励获得2个模式传播？ “纵横关系式”有何作用？ 光场分量的哪一个分量总是独立满足波导场方程？写出该波导场方程式。 3 说明从波动方程到波导场方程两次分离变量的依据。 波导场方程具有什么样的数学特征？ 说明光线在SIOF和GIOF中的轨迹曲线是什么样的。 传播常数的的物理意义是什么。 说明V、U、W参数的物理意义及其相互关系。 说明光波导数值孔径的物理意义 子午光线的主要特征是什么? 光线时延差影响光通信的什么性能？ 在什么条件下才可以唯一确定光波导中的模式？ 在纤芯和包层中选取的贝赛尔函数分别具有什么数学特征？ SIOF波导场方程具有什么数学特征？ 写出SIOF中波导场方程的解。 写出SIOF中导模场的切向分量。 写出SIOF中推导本征值方程的主要数学步骤。 写出SIOF中TE01、TE02、TE03在临近截止和远离截止时的本征值。 为什么Vc2.405只适应于SIOF？ 写出SIOF中模式数目与V值的关系式。 弱导光纤中组成线偏振模式的理论依据是什么？ 为什么LP0m模式只有两重简并？ 实际光纤中传播的模式是线偏振模式吗？为什么？ 画出LP6,8模式场分布示意图。 高阶模式与低阶模式哪个输出角度大？ 4 GIOF的数值孔径有何不同? 分别说明内散焦面、外散焦面、辐射散焦面的物理意义。 为什么GIOF又称为“折射型”光纤？ GIOF中光线角向运动有何特点？ 分别说明约束光线、隧道光线和折射光线的特点。 画出阶跃分布光纤与平方率分布光纤基模场解函数曲线示意图。 SIOF与GIOF中哪个导模数目更多？ 已知平方率分布光纤V=2，求基模模场半径。 写出平方率分布光纤中LP10,15模式的本征值。 说明高斯近似最大激发效率判据的物理意义。 说明等效阶跃光纤近似的物理意义。 6 自聚焦透镜与球透镜成象的异同点?常用的自聚焦透镜有哪几种? 如图1所示的光纤耦合器 ,L为1/2耦合长度,计算①input 1=100mw, input 2=0mw求 output 1,output 2各为多少? ②input1=50mw, input2= 50mw,且波长相同,求output1 为多少? 色散值计算 标准单模光纤，普通激光二极管光谱宽度 6 nm，传输10 公里距离，色散脉冲展宽值为 : D = 17ps/nm/km × 6 nm × 10 km = 1020 ps 对于 1 Gbps速率的光脉冲，脉宽约为 1 ns. 如果脉冲展宽达到脉宽的20％，则系统将不能工作。上述情形显然不适合于1 Gbps速率，因为脉冲展宽已经