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光纤光学_刘德明_客观题5

光纤光学_刘德明_客观题5
光纤光学_刘德明_客观题5

说明试题中所用常数取:已知c=3×108m/s

一.选择题(下列各题四个备选答案中只有一个正确答案,请将其代号写在题干前面的括号内。每小题1分,共10分)

1.下列哪个不是光纤通信的工作窗口______

A 0.85μm

B 1.31μm

C 1.40μm

D 1.55μm

2.与IM-DD系统相比,下列哪个不是相干光通信的优点_______

A 可使用多种调制技术

B 光接收机灵敏度高,中继距离长

C 可充分利用光纤的低损耗波谱,增加通信容量

D 对光载波的相干性要求高

3.发展中的第四代光通信是指_______

A 短波长光通信

B 长波长1.31μm的多模光纤和单模光纤通信系统

C 长波长1.55μm单模光纤通信

D 相干光通信

4.一张普通纸的厚度是0.003cm,与直径为50μm的圆柱光纤比较,前者是后者的________

A 0.06倍

B 0.6倍

C 6倍

D 60倍

5.在光纤通信三个窗口中,对于常规光纤,零色散窗口是______

A 0.85μm

B 1.31μm

C 1.40μm

D 1.55μm

6.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率越高

D NA越大,多模光纤的模式色散越小

7.有关光纤的色散曲线,下列哪个命题是错误的______

A 一个模式都有自己对应的截止频率

B 光纤归一化频率越大,光纤中存在的模式越少

C HE11模是唯一不能截止的模式

D 紧邻HE11模的高阶模是TE01、TM01、HE21模

8.某单模光纤损耗系数为0.3dB/km,入纤功率为3dBm,传输10km后,输出功率为_______

A 2.7dBm B- C 1.3dBm D 0dBm

9.光纤的宽带与传输码流脉冲展宽之间的关系是:________

A 脉冲展宽越宽,光纤带宽越宽

B 脉冲展宽越宽,光纤带宽越窄

C 脉冲展宽与光纤带宽没有关系

D 光纤带宽随脉冲展宽增大先变大后变小

10.光纤线路富余度一般取值为______

A 0.5dB

B 1dB

C 1.5dB

D 10dB

【实验报告】近代物理实验教程的实验报告

近代物理实验教程的实验报告 时间过得真快啊!我以为自己还有很多时间,只是当一个睁眼闭眼的瞬间,一个学期都快结束了,现在我们为一学期的大学物理实验就要画上一个圆满的句号了,本学期从第二周开设了近代物理实验课程,在三个多月的实验中我明白了近代物理实验是一门综合性和技术性很强的课程,回顾这一学期的学习,感觉十分的充实,通过亲自动手,使我进一步了解了物理实验的基本过程和基本方法,为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。我们所做的实验基本上都是在物理学发展过程中起到决定性作用的著名实验,以及体现科学实验中不可缺少的现代实验技术的实验。它们是我受到了著名物理学家的物理思想和探索精神的熏陶,激发了我的探索和创新精神。同时近代物理实验也是一门包括物理、应用物理、材料科学、光电子科学与技术等系的重要专业技术基础物理实验课程也是我们物理系的专业必修课程。 我们本来每个人要做共八个实验,后来由于时间关系做了七个实验,我做的七个实验分别是:光纤通讯,光学多道与氢氘,法拉第效应,液晶物性,非线性电路与混沌,高温超导,塞满效应,下面我对每个实验及心得体会做些简单介绍: 一、光纤通讯:本实验主要是通过对光纤的一些特性的探究(包括对光纤耦合效率的测量,光纤数值孔径的测量以及对塑料光纤光纤损耗的测量与计算),了解光纤光学的基础知识。探究相位调制型温度传感器的干涉条纹随温度的变化的移动情况,模拟语电话光通信, 了解光纤语音通信的基本原理和系统构成。老师讲的也很清楚,本试验在操作上并不是很困难,很易于实现,易于成功。

二、光学多道与氢氘:本实验利用光学多道分析仪,从巴尔末公式出发研究氢氘光谱,了解其谱线特点,并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术通过此次实验得出了氢原子和氘原子在巴尔末系下的光谱波长,并利用测得的波长值计算出了氢氘的里德伯常量,得到了氢氘光谱的各光谱项及巴耳末系跃迁能级图,计算得出了质子和电子的质量之比。个人觉得这个实验有点太智能化,建议锻炼操作的部分能有所加强。对于一些仪器的原理在实验中没有体现。如果有所体现会比较容易使学生深入理解。数据处理有些麻烦。不过这也正是好好提高自己的分析数据、处理数据能力的好时候、更是理论联系实际的桥梁。 三、法拉第效应:本实验中,我们首先对磁场进行了均匀性测定,进一步测量了磁场和励磁电流之间的关系,利用磁场和励磁电流之间的线性关系,用电流表征磁场的大小;再利用磁光调制器和示波器,采用倍频法找出ZF6、MR3-2样品在不同强度的旋光角θ和磁场强度B的关系,并计算费尔德常数;最后利用MR3样品和石英晶体区分自然旋光和磁致旋光,验证磁致旋光的非互易性。 四p液晶物性:本实验主要是通过对液晶盒的扭曲角,电光响应曲线和响应时间的测量,以及对液晶光栅的观察分析,了解液晶在外电场的作用下的变化,以及引起的液晶盒光学性质的变化,并掌握对液晶电光效应测量的方法。本实验中我们研究了液晶的基本物理性质 和电光效应等。发现液晶的双折射现象会对旋光角的大小产生的影响,在实验中通过测量液晶盒两面锚泊方向的差值,得到液晶盒扭曲角的大小为125度;测量了液晶的响应时间。观察液晶光栅的衍射现象,在“常黑模式”和“常白模式”下分别测量了液晶升压和降压过程的电光响应曲线,求得了阈值电压、饱

《光纤通信》第二版刘增基课后习题答案

1-1光纤通信的优缺点各是什么? 答与传统的金属电缆通信、微波无线电通信相比,光纤通信具有如下优点:(1) 通信容量大.首先,光载波的中心频率很高,约为2 X10^14Hz ,最大可用带宽一般取载波频率的10 %,则容许的最大信号带宽为20 000 GHz( 20 THz ) ;如果微波的载波频率选择为20 GHz ,相应的最大可用带宽为2 GHz。两者相差10000 倍.其次,单模光纤的色散几乎为零,其带宽距离(乘)积可达几十GHz·km ;采用波分复用(多载波传输)技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍.目前,单波长的典型传输速率是10 Gb /s。,一个采用128 个波长的波分复用系统的传输速率就是1 . 28 Tb / s . ( 2 )中继距离长。中继距离受光纤损耗限制和色散限制,单模光纤的传输损耗可小千0 . 2 dB / km ,色散接近于零. ( 3 )抗电磁干扰.光纤由电绝缘的石英材料制成,因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰,包括闪电、火花、电力线、无线电波的千扰.同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。 ( 4 )传输误码率极低。光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小,而且稳定,.噪声主要来源于t 子噪声及光检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声.只要设计适当,在中继距离内传输的误码率可达10^-9甚至更低。 此外,光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。当然光纤通信系统也存在一些不足: ( 1 )有些光器件(如激光器、光纤放大器)比较昂贵。 ( 2 )光纤的机械强度差,为了提高强度,实际使用时要构成包声多条光纤的光缆,光统中要有加强件和保护套。 ( 3 )不能传送电力.有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能,光纤显然不能胜任。为了传送电能,在光缆系统中还必须额外使用金属导线. (4)光纤断裂后的维修比较困难,需要专用工具。 1-2 光纤通信系统由哪几部分组成?简述各部分作用。 答光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成(参看图1 . 4 )。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地,接收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作又分为电发射机和光发射机。电发射机的作用是将信(息)源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号,包括多路复接、码型变换等,光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号,并用藕合技术把光信号最大限度地注人光纤线路.光发射机由光源、驱动器、调制器组成,光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性;光源的输出是光的载波信号,调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数(如光的强度).光纤线路把来自于光发射机的光信,能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机.光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体,接失和连接器是不可缺少的器件.光接收机把从光线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号.光接收机的功能主要由光检测器完成,光检测器是光接收机的核心。电接收机的作用一是放大,二是完成与电发射机换,包括码型反变换和多路分接等. 1-3 假设数字通信系统能够在高达1 %的载波频率的比特率下工作,试问在5GHz的微波载波和1.55 um 的光载波上能传输多少路64 kb / s 的话路? 解在5GHz微波载波上能传输的64kb/s的话路数K=(5*10^9*1%)/(64*10^3)≈781(路) 在 1.55um的光载波上能传输的64kb/s的话路数K=((3*10^8)/(1.55*10^-6))/(64*10^-3)=3.0242*10^7(路)

光纤通信课后习题参考答案邓大鹏

光纤通信课后习题答案 第一章习题参考答案 1、第一根光纤是什么时候出现的?其损耗是多少? 答:第一根光纤大约是1950年出现的。传输损耗高达1000dB/km 左右。 2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。 答:光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。 系统中光发送机将电信号转换为光信号,并将生成的光信号注入光纤光缆,调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机,光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号,完成信号的传送。 中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。 3、光纤通信有哪些优缺点? 答:光纤通信具有容量大,损耗低、中继距离长,抗电磁干扰能力强,保密性能好,体积小、重量轻,节省有色金属和原材料等优点;但它也有抗拉强度低,连接困难,怕水等缺点。 第二章 光纤和光缆 1.光纤是由哪几部分组成的?各部分有何作用? 答:光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。纤芯和包层是为满足导光的要求;涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤,同时增加光纤的柔韧性。 2.光纤是如何分类的?阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的? 答:(1)按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤;按光纤中传输的模式数量,可以将光纤分为多模光纤和单模光纤;按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤;按照ITU-T 关于光纤类型的建议,可以将光纤分为G.651光纤(渐变型多模光纤)、G .652光纤(常规单模光纤)、G .653光纤(色散位移光纤)、G.654光纤(截止波长光纤)和G.655(非零色散位移光纤)光纤;按套塑(二次涂覆层)可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。 (2)阶跃型光纤的折射率分布 () 2 1 ?? ?≥<=a r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121? ????≥

光纤光学习题集

第二章: 1.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。 2.从数学上证明,在均匀折射率介质中,光纤轨迹为直线传播。 3.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? 4.“纵横关系式”有何作用? 5.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。 第三章: 1.几何光学与波动光学的适用条件各是什么? 2.产生光内全反射的条件是什么? 3.一根空心玻璃管能否传光?为什么? 4.光纤纤芯变粗时,允许存在的模式数目如何变化? 5.什么是光纤的模式? 6.推导波导场方程经历了哪几种分离变量? 1. 写出SIOF中推导本征值方程的主要数学步骤。 2. 写出SIOF中TE01、TE02、TE03在临近截止和远离截止时的本征值。 3. 写出SIOF中模式数目与V值的关系式。 4. 根据SIOF色散曲线分析,在V=4.5时有哪几个模式存在?总模式数目是多少?并与模式数估算公式的结果比较。

5. 为什么Vc<2.405只适应于SIOF? 6. 弱导光纤中组成线偏振模式的理论依据是什么? 7. 为什么LP0m模式只有两重简并? 8. 实际光纤中传播的模式是线偏振模式吗?为什么? 9. 画出LP6,8模式场分布示意图。 10. 高阶模式与低阶模式哪个输出角度大? 第四章: 1. 一根空心玻璃管能否传光?为什么? 2. 光纤纤芯变粗时,允许存在的模式数目如何变化? 3. 光纤中传播的光波有何特征? 4. 推导波导场方程经历了哪几种分离变量? 5. 本征方程有什么特点? 6. 模式是什么? 7. 如何唯一确定一个模式? 8. 由射线方程推导光线轨迹,只需要知道什么? 9. 渐变折射率分布光纤中光线如何传播?为什么? 1.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。 2.SIOF与GIOF中哪个导模数目更多? 3.已知平方率分布光纤V=2,求基模模场半径。 4.写出平方率分布光纤中LP10,15模式的本征值。

光纤通信 第二版 刘增基 参考答案

1-1光纤通信的优缺点各是什么? 答 与传统的金属电缆通信、磁波无线电通信相比,光纤通信具有如下有点: (1)通信容量大。首先,光载波的中心频率很高,约为2×1014 Hz ,最大可用带宽一般取载波频率的10%,则容许的最大信号带宽为20000 GHz (20 THz );如果微波的载波频率选择为20 GHz ,相应的最大可用带宽为2GHz 。两者相差10000倍。其次,单模光纤的色散几乎为零,其带宽距离(乘)积可达几十GHz*km ;采用波分复用(多载波传输)技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍。目前,单波长的典型传输速率是10 Gb /s ,一个采用128个波长的波分复用系统的传输速率就是 Tb /s 。 (2)中继距离长。中继距离受光纤损耗限制和色散限制,单模光纤的传输损耗可小于 dB /km ,色散接近于零。 (3)抗电磁干扰。光纤由电绝缘的石英材料制成,因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰,包括闪电、火花、电力线、无线电波的干扰。同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。 (4)传输误码率极低。光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小,而且稳定,噪声主要来源于量子噪声及光 检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声。只要设计适当,在中继距离内传输的误码率可达10-9 甚至更低。 此外,光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。 当然光纤通信系统也存在一些不足: (1) 有些光器件(如激光器、光纤放大器)比较昂贵。 (2) 光纤的机械强度差。为了提高强度,实际使用时要构成包含多条光纤的光缆,在光缆中要有加强件和保护套。 (3) 不能传送电力。有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能,光纤显然不能胜任。为了传送电能,在光缆系 统中还必须额外使用金属导线。 (4) 光纤断裂后的维修比较困难,需要专用工具。 1-2 光纤通信系统由哪几部分组成?简述各部分作用。 答 光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成(参看图1.4)。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地,接收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作用是将信(息)源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号,包括多路复接、码型变换等:光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号,并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发射机由光源、驱动器、调制器组成,光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性;光源的输出是光的载波信号,调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数(如光的强度)。光纤线路把来自于光发射机的光信号,以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体,接头和连接器是不可缺少的器件。光接收机把从光纤线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号。光接收机的功能主要由光检测器完成,光检测器是光接收机的核心。电接收机的作用一是放大,二是完成与电发射机相反的变换,包括码型反变换和多路分接等。 1-3 假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作,试问在5 GHz 的微波载波和1.55μm 的光载波 上能传输多少64 kb/s 的话路? 解 在5GHz 微波载波上能传输的64 kb/s 的话路数 93 5101%781()6410 k ??=≈?路 在m μ的光载波上能传输的64kb/s 的话路数 8678310()1%1.5510 3.024210()6410 k -???==??路 1-4 简述未来光网络的发展趋势及关键技术。 答 未来光网络发展趋于智能化、全光化。其关键技术包括:长波长激光器、低损耗单模光纤、高效光放大器、WDM 复用技术和全光网络技术。 1-5 光网络的优点是什么? 答 光网络具有如下的主要优点: (1) 可以极大地提高光纤的传输容量和结点的吞吐量,以适应未来宽带(高速)通信网的要求。 (2) 光交叉连接器(oXC)和光分插复用器(OADM)对信号的速率和格式透明,可以建立一个支持多种业务和多种通信模式的、透明的光传送平台。 (3) 以波分复用和波长选路为基础,可以实现网络的动态重构和故障的自动恢复,构成具有高度灵活性和生存性的光传送网。 光网状网具有可重构性、可扩展性、透明性、兼容性、完整性和生存性等优点,是目前光纤通信领域的研究热点和前

光电信息实验要求掌握的48个问题

光电信息技术实验需要掌握的48个问题 1、你认为撰写实验报告应该包括哪些要素?这些要素应该从哪些角度去撰写? 2、撰写实验报告的目的是什么?通过撰写实验报告,应该学会什么? 3、你认为撰写实验报告的过程中,重点应该放在哪个部分?为什么? 4、就你对本学期光信息技术实验这门课所设置的实验而言,你认为开展光信息技术实验中需要注意哪些问题? 5、你认为保持光学实验室的整洁卫生重要吗?为什么? 6、导轨上的光学实验和光学平台上的光学实验有什么区别?你认为作为学生实验来说,哪种模式更好?为什么? 7、光学平台主要由哪些部分组成?各部分的功能是什么? 8、选用铁磁不锈钢材料和选择铝材作为光学平台的台板时,各有什么优缺点? 9、铝膜反射镜的缺点是反射率不够高,仅84%左右,膜层的机械强度不够高,膜层表面容易损伤,为了保护铝膜反射镜,在其表面受到污染后应该怎么去处理? 10、什么样的光学元件可以被称为分束镜?分束镜是用来做什么的?一般有哪些类型? 11、从偏振片的结构描述自然光透过偏振片后为什么会变成偏振光? 12、什么是波片?为什么波片也会被称为相位延迟片? 13、根据学过的光学知识,设计一套扩束-准直系统,并介绍其工作原理。 14、与普通透镜相比,傅里叶变换透镜有什么特点?在设计傅里叶变换透镜时,需要注意什么? 15、什么样的光学元件叫滤光片?按光谱波段、光谱特性、膜层材料、应用特点等方式分类,滤光片一般可以分为哪些类型? 16、什么是平晶?简述用平晶测量光学元件表面平整度的原理。 17、He-Ne激光管在没有调出激光的时候所发的光是荧光,简述He-Ne激光管发荧光的工作原理。 18、根据本学期对He-Ne激光器的调节实验的练习,结合上学期《激光原理》方面的知识,简述He-Ne激光器的结构、基本类型和工作原理。 19、结合上学期《激光原理》方面的知识,简述半导体激光器的结构和工作原理。 20、在光信息技术实验中,我们用到过两种光电探测器,一种是硅光电探测器,另一种是平方率探测器,请给出这两种探测器的区别与联系。 21、偏振光是我们在实验中经常用到的,请根据我们已经学过的知识,说出你所了解的产生偏振光的方法,并简要描述从自然光变成偏振光的过程。 22、根据你对法拉第效应实验原理的掌握,请设计出一套可以测量Verdet常数的实验装置,并介绍该装置是如何测量Verdet常数的。 23、根据你对法拉第效应实验原理的掌握,你是否认为该装置可以用来测量线圈内的磁场强度?为什么? 24、从唯象角度来解释法拉第效应旋光角的形成机制。 25、在《验证马吕斯定律实验》中,我们得出透过检偏器的光强I与透过检偏器的最大光强I max之间有什么关系?请推导为什么二者之间呈现的是这种关系。 26、请说出光纤的结构、光纤的分类以及光在光纤中传输的基本规律。

《光纤通信》复习题(刘增基第二版)

光纤通信复习题 考试题型及分数 (1) 第一章:21题 (2) 第二章:32(6)题 (4) 第三章:47(2)题 (7) 第四章:23题 (10) 第五章:23(2)题 (12) 第七章:26题 (14) 第八章:19题 (16) 考试题型及分数

第一章:21题 1. 2. 1966年英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的 论文指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径,奠定了现代光通信——光纤通信的基础。 3. 光纤通信有四个发展阶段。 4. 光纤工作波长: 1) 0.85 μm 2) 1.31 μm 3) 1.55 μm 5. 光纤通信用的近红外光(波长约1μm)的频率(约300 THz)。 6. 简述光纤通信的优点: 1) 容许频带很宽,传输容量很大 2) 损耗很小, 中继距离很长且误码率很小 3) 重量轻、 体积小 4) 抗电磁干扰性能好 5) 泄漏小, 保密性能好 6) 节约金属材料, 有利于资源合理使用 7. 光纤通信系统的容许频带(带宽)取决于: 光源的调制特性、 调制方式和光纤的色散特性。 8. 简述光纤通信的应用: 1) 通信网 2) 构成因特网的计算机局域网和广域网 3) 有线电视网的干线和分配网 4) 综合业务光纤接入网 9. 光纤通信系统可以传输: 1) 数字信号 2) 模拟信号 10. 单向传输光纤通信系统的基本组成: 11. 光发射机的功能: 把输入电信号转换为光信号,并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。 基本光纤传输系统接 收发 射

光纤通信课后第2章习题答案

光纤通信课后第2章习题答案

第2章 复习思考题 参考答案 2-1 用光线光学方法简述多模光纤导光原理 答:现以渐变多模光纤为例,说明多模光纤传光的原理。我们可把这种光纤看做由折射率恒定不变的许多同轴圆柱薄层n a 、n b 和n c 等组成,如图 2.1.2(a )所示,而且 >>>c b a n n n 。使光线1的入射角θA 正好等于折射率为n a 的a 层和折射率为n b 的b 层的交界面A 点发生全反射时临界角()a b c arcsin )ab (n n =θ,然后到达光纤轴线上的O'点。而光线2的入射角θB 却小于在a 层和b 层交界面B 点处的临界角θc (ab),因此不能发生全反射,而光线2以折射角θB ' 折射进入b 层。如果n b 适当且小于n a ,光线2就可以到达b 和c 界面的B'点,它正好在A 点的上方(OO'线的中点)。假如选择n c 适当且比n b 小,使光线2在B '发生全反射,即θB ' >θC (bc) = arcsin(n c /n b )。于是通过适当地选择n a 、n b 和n c ,就可以确保光线1和2通过O'。那么,它们是否同时到达O'呢?由于n a >n b ,所以光线2在b 层要比光线1在a 层传输得快,尽管它传输得路经比较长,也能够赶上光线1,所以几乎同时到达O'点。这种渐变多模光纤的传光原理,相当于在这种波导中有许多按一定的规律排列着的自聚焦透镜,把光线局限在波导中传输,如图2.1.1(b )所示。

图2.1.2 渐变(GI)多模光纤减小模间色散的原理 2-2 作为信息传输波导,实用光纤有哪两种基本类型 答:作为信息传输波导,实用光纤有两种基本类型,即多模光纤和单模光纤。当光纤的芯径很小时,光纤只允许与光纤轴线一致的光线通过,即只允许通过一个基模。只能传播一个模式的光纤称为单模光纤。用导波理论解释单模光纤传输的条件是,当归一化波导参数(也叫归一化芯径) V时,只有一种模式,即基模01LP(即零次模,.2 405 N= 0)通过光纤芯传输,这种只允许基模01LP传输的光纤称为单模光纤。 2-3 什么叫多模光纤?什么叫单模光纤 答:传播数百到上千个模式的光纤称为多模(MultiMode,MM)光纤。 2-4 光纤传输电磁波的条件有哪两个 答:光纤传输电磁波的条件除满足光线在纤芯和包层界面上的全反射条件外,还需满足传输过程中的相干加强条件。

光纤光学试题-期中

一、选择题 1 下面关于光纤分类的描述错误的是:() A、按传输的偏振特性分类可以分为非保偏光纤和保偏光纤; B、按光纤材料分类可分为石英、塑料和红外光纤; C、按光纤折射率分布分类可以分为单模光纤和多模光纤 D、按光纤用途分类可分为普通光纤和特种光纤。 2 光纤中关于模式论述正确的是:() A、光纤中存在TEM、TE、TM以及混杂模; B、不同模式对应的光波频率不一样 c、不同的模式可有相同的本征值; d、光纤单模传输条件是Vc<2.405; 3 下列说法正确的是:() A、若光纤的截止波长1350 c nm λ=,则波长为1310nm的光可以在光纤中实现单模传输。 B、SIOF中基模截止时对应的归一化频率为2.405; C、光纤的芯径增大光纤支持的模式数增多 D、光纤中传输的模式之间具有正交性 4 下列说法正确的是:() A、每个 lm LP模都具有四重简并; B、V=4时SIOF中传输的导模总数是8 ; C、 0m LP模的中心一定为亮斑; D、偏斜光线的数值孔径小于子午光线; 5 下面关于光线传输理论正确的是:() A、倾斜光线行进中始终不会与纤轴相交; B、阶跃折射率光纤可用于传输图像; C、GIOF的传输带宽小于SIOF; D、存在一种折射率分布能够使得各种不同的光线都能会聚起来 6 下面关于GIOF的描述错误的是:() A、GIOF光纤端面不同的位置数值孔径不同,纤轴处数值孔径最大; B、GIOF中导模对应分立的本征值,辐射模对应连续的本征值; C、GIOF中只有平方率分布的光纤的光场具有解析解; D、GIOF中折射率不同会导致光场的振幅与相位剧烈变化; 7 下列说法中错误的是:() A、子午光线在光纤端面投影线为过圆心的直线; B 三角折射率分布光纤,g=1,V=12则其支持传输的模式总数近似为24; C、平方率分布光纤的场解是高斯函数;

实验十__可调光衰减器参数测量实验

实验十 可调光衰减器参数测量实验 一、 实验目的 1.了解光衰减器、性能参数及其用途; 2.实验操作可调光衰减器参数测量。 二、 实验仪器用具 手持式光源1套;手持式光功率计一台;可调光衰减器1只;单模光纤跳线(FC/PC)2根。 三、 学习和实验内容 1.光衰减器简介 光衰减器是一种用来降低光功率的光无源器件。根据不同的应用,它分为可调光衰减器和固定光衰减器两种。在光纤通信中,可调光衰减器主要用于调节光线路电平,在测量光接收机灵敏度时,需要用可调光衰减器进行连续调节来观察光接收机的误码率;在校正光功率计和评价光传输设备时,也要用可调光衰减器。固定光衰减器结构比较简单,如果光纤通信线路上电平太高就需要串入固定光衰减器。光衰减器不仅在光纤通信中有重要应用,而且在光学测量、光计算和光信息处理中也都是不可缺少的光无源器件。 可调光衰减器一般采用光衰减片旋转式结构,衰减片的不同区域对应金属膜的不同厚度。根据金属膜厚度的不同分布,可做成连续可调式和步进可调式。为了扩大光衰减的可调范围和精度,采用衰减片组合的方式,将连续可调的衰减片和步进可调衰减片组合使用。可变衰耗器的主要技术指标是衰减范围、衰减精度、衰耗重复性、插入损耗等。 对于固定式光衰减器,在光纤端面按所要求镀上有一定厚度的金属膜即可以实现光的衰耗;也可以用空气衰耗式,即在光的通路上设置一个几微米的气隙,即可实现光的固定衰耗。 2.光衰减器的主要类型及特性参数 (1)固定式光连接型衰减器 特点:高回波损耗、结构简单、最大承载功率(1W )、波长相关性小、低偏振相关损耗、结构紧凑。适用于:光配线架、光纤网络系统、高速光纤传输系统、有线电视(CATV)系统、长途干线密集波分复用(DWDM)系统,光分插复用器(OADM). 主要性能指标: z衰减量: 1,2,3,4,5,6,7,8,9, 10,15,20,25,30dB z衰减精度:≤5dB ±0.3dB; ≤10dB ±0.5dB; >10dB ±10% z回波损耗: PC:>40dB, UPC:>50dB, APC:>60dB z工作波长: 1310nm 和1550nm (SM) 1550nm (DSF) z可提供连接头类型:FC, SC, ST, LC, MU型 (2)1~ 30dB可调式光连接型衰减器 特点:衰减值可调、与波长变化无关、衰减精度高,附加损耗低,性价比优、可实现

光纤光学课件第一章

幻灯片1 光纤光学 第一章 光纤传输的基本理论 W-C Chen Foshan Univ. 幻灯片2 §1. 前言 低损耗光纤的问世导致了光波技术领域的革命,开创了光纤通信的时代。光纤在工程上的使用促使人们需要对光纤进行深入研究,形成一门新的学科——光纤光学。 幻灯片3 光纤的分类 幻灯片4

(a) 突变型多模光纤; (b) 渐变型多模光纤; (c ) 单模光纤 横 截面2a 2b r n 折射率分布纤芯 包 A i t (a) 输入脉冲光线传播路径 50 μm 125μm r n A i t (b)~10 μm 125μm r n A i t (c) 多模光纤 幻灯片5 阶跃折射率光纤剖面测量图(华工光通信研究所)

单模光纤 多模光 纤 幻灯片6 光纤结构 ●光纤(Optical Fiber)是由中心的纤芯(Core)和外围的包层(Cladding)同轴组成的圆 柱形细丝。 ●纤芯的折射率比包层稍高,损耗比包层更低,光能量主要在纤芯内传输。 ●包层为光的传输提供反射面和光隔离,并起一定的机械保护作用。 ●设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2,光能量在光纤中传输的必要条件是 n1>n2。 幻灯片7 主要用途: 突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。 渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。 单模光纤用在大容量长距离的系统。 特种单模光纤大幅度提高光纤通信系统的水平 1.55μm色散移位光纤实现了10 Gb/s容量的100 km的超大容量超长距离系统。 色散平坦光纤适用于波分复用系统,这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。 偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统,这种系统最大优点是提高接收灵敏度,增加传输距离。

光纤通信课后答案

第一章基本理论 1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么答:当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率,即0<V<时,此时管线中只有一种传输模式,即单模传输。 2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响答:在光纤通信系统中,光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一,在很大程度上决定着传输系统的中继距离;光纤的色散引起传输信号的畸变,使通信质量下降,从而限制了通信容量和通信距离。 3、光纤中有哪几种色散解释其含义。答:(1)模式色散:在多模光纤中存在许多传输模式,不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同,到达接收端所用的时间不同,而产生了模式色散。(2)材料色散:由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数,从而使光的传输速度随波长的变化而变化,由此引起的色散称为材料色散。(3)波导色散:统一模式的相位常数随波长而变化,即群速度随波长而变化,由此引起的色散称为波导色散。 5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响答:光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用,一方面可引起传输信号的附加损耗,波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等,另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。 6、单模光纤有哪几类答:单模光纤分为四类:非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。 12、光缆由哪几部分组成答:加强件、缆芯、外护层。 *、光纤优点:巨大带宽(200THz)、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。*、光纤损耗:光纤对光波产生的衰减作用。 引起光纤损耗的因素:本征损耗、制造损耗、附加损耗。 *、光纤色散:由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的,不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同,导致信号的畸变。 引起光纤色散的因素:光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。 色散种类:模式色散(同波长不同模式)、材料色散(折射率)、波导色散(同模式,相位常数)。 *、单模光纤:指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。

2020090 光纤光学(中英文)(2011)

天津大学《光纤光学》课程教学大纲 课程编号:2020090 课程名称:光纤光学 学时:32 学分: 2 学时分配:授课:32 上机: 0 实验: 0 实践: 0 实践(周):授课学院:精密仪器与光电子工程学院 适用专业:电子科学与技术(光电子方向)、光电子技术科学、光学工程 先修课程:激光原理、物理光学 一、课程的性质与目的 本课程是一门专业选修课。通过本课程的学习,学生应能掌握光纤光学的基本理论和基本方法,分析和解决光纤光学中的实际问题,同时了解光纤光学的应用和发展动态。 二、教学基本要求 1.了解光纤的基本应用领域,系统掌握光纤的基本性质和光纤中的光传输的基本理论,并能运用这些基本理论解释、推导光纤光学中的有关问题。 2.掌握分析和衡量光纤无源、有源器件性能的基本方法,熟知各类器件的基本特性、使用方法和基本应用,了解当前国内外相关的前沿动态和研究热点趋势。3.熟知光纤领域研究中基本参数的测量方法、原理和使用的测量仪器。能运用仪器进行简单操作。 三、教学内容 第一章光纤概述 本章主要介绍光纤的基本应用领域、光纤的基本特性和分析方法。 1 绪论 2 光纤概述 3光波在光纤中的传播特性 4 光纤的色散特性

5 光纤的损耗 6单模光纤中的非线性效应 第二章光无源器件 本章主要介绍光纤光学中常用的光无源器件,分析各类器件的基本原理和特性、衡量指标以及典型应用。 1光纤连接器 2光纤耦合器 3 偏振控制器 4光隔离器) 5 光滤波器/复用器 第三章光有源器件 本章主要介绍光纤光学中基本的光有源器件及其典型应用,分析各类器件的原理、特性。 1 光调制器 2光放大器 3 光纤激光器 第四章故障诊断和测试设备简介 本章主要介绍光纤光学中常见参数的测量方法和常用的测量仪器。 1 光功率测量 2 波长和频率测量 3 时间测量 4 信号质量测量 5 光时域反射计 四、学时分配

近代物理实验教程的实验报告

( 实验报告) 姓名:____________________ 单位:____________________ 日期:____________________ 编号:YB-BH-054001 近代物理实验教程的实验报告Experimental report of modern physics experiment course

工作报告| Work Report 实验报告近代物理实验教程的实验报告 时间过得真快啊!我以为自己还有很多时间,只是当一个睁眼闭眼的瞬间,一个学期都快结束了,现在我们为一学期的大学物理实验就要画上一个圆满的句号了,本学期从第二周开设了近代物理实验课程,在三个多月的实验中我明白了近代物理实验是一门综合性和技术性很强的课程,回顾这一学期的学习,感觉十分的充实,通过亲自动手,使我进一步了解了物理实验的基本过程和基本方法,为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。我们所做的实验基本上都是在物理学发展过程中起到决定性作用的著名实验,以及体现科学实验中不可缺少的现代实验技术的实验。它们是我受到了著名物理学家的物理思想和探索精神的熏陶,激发了我的探索和创新精神。同时近代物理实验也是一门包括物理、应用物理、材料科学、光电子科学与技术等系的重要专业技术基础物理实验课程也是我们物理系的专业必修课程。 我们本来每个人要做共八个实验,后来由于时间关系做了七个实验,我做的七个实验分别是:光纤通讯,光学多道与氢氘,法拉第效应,液晶物性,非线性电路与混沌,高温超导,塞满效应,下面我对每个实验及心得体会做些简单介绍: 一、光纤通讯:本实验主要是通过对光纤的一些特性的探究(包括对光纤耦合效率的测量,光纤数值孔径的测量以及对塑料光纤光纤损耗的测量与计算), 第2页

光纤光学课件第一章

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 光纤光学课件第一章 1幻灯片 1 光纤光学第一章光纤传输的基本理论 W-C Chen Foshan Univ. 幻灯片 2 1. 前言低损耗光纤的问世导致了光波技术领域的革命,开创了光纤通信的时代。 光纤在工程上的使用促使人们需要对光纤进行深入研究,形成一门新的学科光纤光学。 幻灯片 3 光纤的分类幻灯片 4 2实用光纤主要的三种基本类型 (a) 突变型多模光纤; (b) 渐变型多模光纤;(c )单模光纤横截面2a2brn折射率分布纤芯包Ait(a)输入脉冲光线传播路径~多模光纤幻灯片 5 阶跃折射率光纤剖面测量图(华工光通信研究所)3 单模光纤多模光纤幻灯片 6 光纤结构光纤(Optical Fiber)是由中心的纤芯(Core)和外围的包层(Cladding)同轴组成的圆柱形细丝。 纤芯的折射率比包层稍高,损耗比包层更低,光能量主要在纤芯内传输。 包层为光的传输提供反射面和光隔离,并起一定的机械保护作用。 设纤芯和包层的折射率分别为 n1 和 n2,光能量在光纤中传输的必要条件是n1n2。 幻灯片 7 主要用途: 1 / 15

突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。 渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。 单模光纤用在大容量长距离的系统。 特种单模光纤大幅度提高光纤通信系统的水平 1.55 m 色散移位光纤实现了 10 Gb/s 容量的 100 km 的超大容量超长距离系统。 色散平坦光纤适用于波分复用系统,这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。 偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统,这种系统最大优点是提高接收灵敏度,增加传输距离。 4幻灯片 8 2.光纤的研究方法光线理论几何光学方法波动光学方法适用条件研究对象光线模式基本方程射线方程波导场方程研究方法折射/反射定理边值问题主要特点约束光线模式幻灯片 9 光线理论光线分类子午光线倾斜光线射线方程几何光学法分析问题的两个出发点数值孔径时间延迟幻灯片 10 设纤芯和包层折射率分别为 n1 和 n2,空气的折射率 n0=1,纤芯中心轴线与 z 轴一致。 光线在光纤端面以小角度从空气入射到纤芯(n0n1),折射角为 1,折射后的光线在纤芯直线传播,并在纤芯与包层交界面以角度1 入射到包层(n1n2)。 幻灯片 11 改变角度,不

光纤通信课后习题参考答案-邓大鹏

光纤通信课后习题参考答案-邓大鹏第一章习题参考答案 1、第一根光纤是什么时候显现的?其损耗是多少? 答:第一根光纤大约是1950年显现的。传输损耗高达1000dB/km左右。 2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。 答:光纤通信系统要紧由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。 系统中光发送机将电信号转换为光信号,并将生成的光信号注入光纤光缆,调制过的光信号通过光纤长途传输后送入光接收机,光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号,完成信号的传送。 中继器确实是用于长途传输时延长光信号的传输距离。 3、光纤通信有哪些优缺点? 答:光纤通信具有容量大,损耗低、中继距离长,抗电磁干扰能力强,保密性能好,体积小、重量轻,节约有色金属和原材料等优点;但它也有抗拉强度低,连接困难,怕水等缺点。 第二章光纤和光缆 1.光纤是由哪几部分组成的?各部分有何作用? 答:光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和不处的涂覆层组成的。纤芯和包层是为满足导光的要求;涂覆层的作用是爱护光纤不受水汽的腐蚀和机械擦伤,同时增加光纤的柔韧性。 2.光纤是如何分类的?阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的? 答:(1)按照截面上折射率分布的不同能够将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤;按光纤中传输的模式数量,能够将光纤分为多模光纤和单模

光纤;按光纤的工作波长能够将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤;按照ITU-T 关于光纤类型的建议,能够将光纤分为G .651光纤(渐变型多模光纤)、G .652光纤(常规单模光纤)、G .653光纤(色散位移光纤)、G .654光纤(截止波长光纤)和G .655(非零色散位移光纤)光纤;按套塑(二次涂覆层)能够将光纤分为松套光纤和紧套光纤。 (2)阶跃型光纤的折射率分布 () 21???≥<=a r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121?????≥

光纤光学总结

说明:重点放在了二三四章以及第五章前面部分,别的则比较缩略。 第一章 1.光纤通信优点 宽带宽,低损耗,保密性好,易铺设 2.光纤 介质圆柱光波导,充分约束光波的横向传输(横向没有辐射泄漏),纵向实现长距离传输。 基本结构:纤芯、包层、套塑层 光波导:约束光波传输的媒介 导波光:受到约束的光波 光波导三要素: “芯 / 包”结构 凸形折射率分布,n1>n2 低传输损耗 3.光纤分类 通信用和非通信用 4. 单模光纤:只允许一个模式传输的光纤; 多模光纤:光纤中允许两个或更多的模式传播。 5. 如何改善光纤的传输特性:减少OH- ,降低损耗;改变芯经和结构参数,色散位移;改变折射率分布,降低非线性 6.光纤制备工艺 预制棒:MCVD OVD VAD PCVD 之后为光纤拉丝,套塑,成缆工艺。 第二章 1.理论根基 2. 2. 光纤是一种介质光波导,具有如下特点: ①无传导电流;

②无自由电荷; ③线性各向同性 3. 边界条件:在两种介质交界面上电磁场矢量的E(x,y)和H(x,y)切向分量要连续,D与B的法向分量连续: 4.由程函方程推得射线方程,再推得光线总是向折射率高的区域弯曲。 5. 光纤波导光波传输特征: 在纵向(轴向)以“行波”形式存在,横向以“驻波”形式存在。场分布沿轴向只有相位变化,没有幅度变化。 6.模式 求解波导场方程可得本征解及相应的本征值。通常将本征解定义为“模式”. 每一个模式对应于沿光波导轴向传播的一种电磁波;每一个模式对应于某一本征值并满足全部边界条件; 模式具有确定的相速群速和横场分布.模式是波导结构的固有电磁共振属性的表征。给定的波导中能够存在的模式及其性质是已确定了的,外界激励源只能激励起光波导中允许存在的模式而不会改变模式的固有性质。(χ和β及边界条件均由光纤本身决定,与外界激励源无关) 横模 光波在传输过程中,在光束横截面上将形成具有各种不同形式的稳定分布,这种具有稳定光强分布的电磁波,称为横模。横模(表现在光斑形状)的分布是和光波传输区域的横向(xy面)结构相关的; 相长干涉条件:2 nL=Kλ 纵模是与激光腔长度相关的,所以叫做“纵模”,纵模是指频率而言的。 根据场的纵向分量Ez和Hz的存在与否,可将模式命名为: (1)横电磁模(TEM): Ez=Hz=0; (2)横电模(TE): Ez=0, Hz≠0; (3)横磁模(TM): Ez≠0, Hz=0; (4)混杂模(HE或EH):Ez≠0, Hz≠0。 光纤中存在的模式多数为HE(EH)模,有时也出现TE(TM)模。 7.纵向传播常数 物理意义:z方向单位长度位相变化率; 波矢量k的z-分量 b实际上是等相位面沿z轴的变化率; b数值分立,对应一组导模; 不同的导模对应于同一个b数值,我们称这些导模是简并的; 8.归一化频率 给定光纤中,允许存在的导模由其结构参数所限定。光纤的结构参数可由其归一化频率V表征: V值越大,允许存在的导模数就越多。 9. 横向传播常数(U、W)

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