16.梯度折射率光纤模式

引言（BPM）

光纤是用于制造光纤定向耦合器和用于发射和从集成光波导在其中一个小的长纤维是采用一个设备接收的光的任何装置的一个重要组成部分，以模拟为一个纤维所需的唯一特性是有效模指数和模场分布。

本课介绍了如何使用3D模式求解器的设计和表征渐变折射率光纤。

在您开始这一课

?熟悉在第1课的程序：入门。

分级指数- 核心光纤（BPM）

渐变折射率芯纤维与α -在纤芯折射率分布通常期望

在电信，比如移位的零色散波长以1.55 microns.We将展示设计为一个三角芯光纤多个应用程序（α= 1）。我们也将在3D模式求解的结果与OptiFiber测试的有限差分法比较。

光纤参数和三角芯光纤的折射率分布（BPM）

纤芯半径：3.00μ米

芯的折射率：1.48

包层的折射率：1.444

波长：1.55μ米

图1：一个三角芯光纤的折射率分布

该程序是：

?创建材料

?定义用户变量

?定义用户功能

?定义用户定义的配置文件?定义布局设置

?创建线性波导纤维

?设定模拟参数

?查看折射率分布（XY切）?计算模式

用户功能简介（BPM）

三角芯纤维可以被定义为：

为了实现在用户功能简介上面的公式，我们将首先解释了用户变量和用户功能（见表12）。

表12：用户变量和用户功能

因此，三角芯纤维的公式可以定义如下：

的限制，如下所示：

开发用户自定义配置文件（BPM）

为了定义配置文件，请执行以下步骤。

创建材料

步行动

1

从文件菜单中选择新建。牛逼，他的初始属性对话框出现。

2

单击配置文件和材料。?他个人设计师打开。

3

在材料文件夹，右键单击该介质文件夹并选择新建。?他介质对话框。

4 创建下面的电介质材料：姓名：包层

二维各向同性标签

折光率（回复）：1.444

三维各向同性标签

折光率（回复）：1.444

5

点击S 撕毁。?他新的电介质材料储存在资料夹中。

定义用户变量

定义内表12中标识的用户变量和在公式1和公式2中，执行下面的过程。

步行动

1 在配置文件设计器中，选择工具>编辑变量和函数。?他变量和函数对话框出现。

2 在用户变量选项卡中，键入以下内容：产品名称：n_core 表达式：1.48

3 点击确认，以确保表达是准确的。

?他变量出现在值字段（参见图2 ）。

4 单击添加/应用。

?下，他出现变量用户变量下表选项卡（参见图URE 2 ）。

定义所有的变量后，用户变量表出现如图2所示。

图2：定义用户变量

用户定义函数（BPM）

步行动

1 在配置文件设计器中，选择工具>编辑变量和函数。?他变量和函数对话框出现。

2 在用户功能选项卡，键入以下内容：功能说明：台达（n_core，n_cl）表达式：（n_core * n_core-n_cl * n_cl）/ 2 /（n_core * n_core）

3

点击确认，以确保表达式是准确的。

4 单击添加/应用。

?下出现，他的功能用户功能/ DLL的选项卡下表中（见图3）。

定义所有的变量后，用户变量表出现如图3。

图3：定义用户功能

步行动

1 在配置文件设计器中，右键单击该配置文件的文件夹，并选择用户功能简介 > 新建。?他用户功能配置文件对话框出现。

2 输入/选择以下内容：

个人资料姓名：摹radedFibre功能规格：FGR（X，Y）函数体：

n_core * SQRT（1-2 *三角洲（n_core，n_cl）*（POW（（R（X，Y）/半径），1）））

3 选择使用的限制，并键入以下内容：

使用限制：X * X +（Y-Y0）*（Y-Y0）<半径*半径

4 就在下面的关联配置文件功能选项卡中单击相应的协会细胞：

说法：x

协会：_dx

说法：?

协会：_y

5

点击确认。

6 点击S 撕毁。

该关联被存储在纤维剖面（见图4）。

7

关闭配置文件设计。

图4：用户函数文件对话框

步行动

在布局设计中，选择编辑 > 晶圆属性。1

输入/选择以下内容：

2

W 一个FER尺寸标签

长度（微米）：100

宽度（微米）：30

2D晶圆属性选项卡

材料：覆

3D晶圆属性选项卡

包层

材料：覆

厚度：0.1

基板

材料：覆

厚度：30

3

单击确定以应用布局设置。

步行动

1

在布局，绘制一个线性波导。

2 要打开波导的属性对话框中，在波导双击。?他线性波导属性对话框出现。

3 在直线波导属性对话框中，输入/输入以下命令：

开始偏移量：

水平：0

垂直：0

结束偏移量：

水平：100

垂直：0

宽度：6.0

简介：摹radedFibre

4

单击OK（确定）。

5

将输入的平面。

6

保存该项目。

步行动

1

在仿真参数对话框，单击三维各向同性选项卡。

2 输入/选择以下内容：

点的网格数

点的数目/μ米

X：10

Y：10

V IEW切

个网格状的Pt：151?网格点：151

3

单击OK（确定）。

步行动

1

从布局设计，选择折射率标签。

2 点击参考。折射率（n）- 3D XY平面视图选项卡（见图5）。

注意：要查看调色板，单击调色板按钮。

增加对比度，右键单击图形。选择数据夹紧设置，取消选择自动缩放，然后键入以下设置：

规模最小：1.443

规模最大：1.481

单击OK（确定）。

图5：折射率 - 3D XY 平面视图

3 点击平面视图按钮（参见图3D 工具栏，如图6

的平面视图按钮）来查看2D 折射率分

布在X 和Y 方向（见图7和图8）。

4

在图表上单击鼠标右键，然后选择显示切片选择。

图6：3D 走势图工具栏上的平面视图按钮

图7：折光-2D X方向

图8：折光-2D Y方向

步行动

1

把一个输入平面布局。

2

双击输入平面，以获得输入平面对话框。3

选择模式开始的领域。

4

选择输入字段的3D选项卡。

5 单击编辑。

?他编辑输入字段对话框。

6 单击所有。

?他从信息波导的列表将出现在字段列表中。

7 点击模式。

?他计算模式对话框。

8 点击计算模式。

?他全球数据：ADI方法对话框（参见图9）。

9 类型/选择以下内容：求解：实模式：半矢量TE

图9：全球数据：ADI方法对话框

在设置选项卡上，选择边界条件：诺伊曼。

10

选择出发场：高斯，然后单击属性。

11

?他高斯场参数对话框（参见图10）。 12IN的高斯场参数对话框中，选择类型：用户定义的 0.13类型如下：

中心X [μ米 ]：0

中心Y [μ米 ]：-15

半宽度X [μ米 ]：3

半宽度Y [μ米 ]：3

图10：高斯域参数对话框

单击OK（确定）。

14

单击计算器。模式。

15

?他OptiBPM_M3Dsim窗口出现（见图11）。

注：为模态指数模式1为：1.45524303。还可以看到在模拟窗口中的电场分布。

图11：计算模态指数和三角芯光纤的模场

下表对上述结果进行比较与OptiFiber测试的有限差分法产生的模态指标。

《光纤通信》习题解答

第1章 1.光通信的优缺点各是什么？ 答：优点有：通信容量大；传输距离长；抗电磁干扰；抗噪声干扰；适应环境；重量轻、安全、易敷设；保密；寿命长。 缺点：接口昂贵；强度差；不能传送电力；需要专用的工具、设备以及培训；未经受长时间的检验。 2.光通信系统由哪几部分组成，各部分功能是什么？ 答：通信链路中最基本的三个组成部分是光发射机、光接收机和光纤链路。各部分的功能参见1.3节。 3.假设数字通信系统能够在载波频率1%的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55 μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？ 答：5GH z×1％/64k＝781路 （3×108/1.55×10-6）×1％/64k＝3×107路 4.SDH体制有什么优点？ 答：主要为字节间插同步复用、安排有开销字节用于性能监控与网络管理，因此更加适合高速光纤线路传输。 5.简述未来光网络的发展趋势及关键技术。 答：未来光网络的发展趋势为全光网，关键技术为多波长传输和波长交换技术。 6.简述WDM的概念。 答：WDM的基本思想是将工作波长略微不同，各自携带了不同信息的多个光源发出的光信号，一起注入同一根光纤，进行传输。这样就充分利用光纤的巨大带宽资源，可以同时传输多种不同类型的信号，节约线路投资，降低器件的超高速要求。 7.解释光纤通信为何越来越多的采用WDM+EDFA方式。 答：WDM波分复用技术是光纤扩容的首选方案，由于每一路系统的工作速率为原来的1/N，因而对光和电器件的工作速度要求降低了，WDM合波器和分波器的技术与价格相比其他复用方式如OTDM等，有很大优势；另一方面，光纤放大器EDFA的使用使得中继器的价格和数量下降，采用一个光放大器可以同时放大多个波长信号，使波分复用（WDM）的实现成为可能，因而WDM＋EDFA方式是目前光纤通信系统的主流方案。 8.WDM光传送网络（OTN）的优点是什么？ 答：（1）可以极大地提高光纤的传输容量和节点的吞吐量，适应未来高速宽带通信网的要求。 （2）OXC和OADM对信号的速率和格式透明，可以建立一个支持多种电通信格式的、透明的光传送平台。 （3）以波长路由为基础，可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。

光纤通信原理试题讲解学习

1.决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和传输带宽 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 2.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是( A ) A.n1≈n2 B.n1=n2 C.n1>>n2 D.n1<

16.梯度折射率光纤模式

引言(BＰM） 光纤是用于制造光纤定向耦合器和用于发射和从集成光波导在其中一个小的长纤维是采用一个设备接收的光的任何装置的一个重要组成部分,以模拟为一个纤维所需的唯一特性是有效模指数和模场分布。 本课介绍了如何使用３D模式求解器的设计和表征渐变折射率光纤。 在您开始这一课 ?熟悉在第1课的程序:入门。 分级指数- 核心光纤(BＰM) 渐变折射率芯纤维与α -在纤芯折射率分布通常期望?在电信,比如移位的零色散波长以1．5５microｎs．We将展示设计为一个三角芯光纤多个应用程序(α= 1)。我们也将在3Ｄ模式求解的结果与OｐｔｉFiber测试的有限差分法比较。

光纤参数和三角芯光纤的折射率分布（BPM） 纤芯半径:3.00μ米 芯的折射率：1.48 包层的折射率：1．4４４ 波长:1．５５μ米 图１：一个三角芯光纤的折射率分布

该程序是： ?创建材料 ?定义用户变量 ?定义用户功能 ?定义用户定义的配置文件?定义布局设置 ?创建线性波导纤维 ?设定模拟参数 ?查看折射率分布（XＹ切) ?计算模式 用户功能简介(BＰM） 三角芯纤维可以被定义为：

为了实现在用户功能简介上面的公式，我们将首先解释了用户变量和用户功能（见表12)。 表1２:用户变量和用户功能 因此,三角芯纤维的公式可以定义如下: 的限制,如下所示:

开发用户自定义配置文件(ＢＰM） 为了定义配置文件,请执行以下步骤。 创建材料 步行动 1 从文件菜单中选择新建。牛逼,他的初始属性对话框出现。 2 单击配置文件和材料。?他个人设计师打开。 3 在材料文件夹,右键单击该介质文件夹并选择新建。?他介质对话框。 4 创建下面的电介质材料：姓名:包层 二维各向同性标签 折光率（回复）：１.444 三维各向同性标签 折光率(回复):１.４44 5 点击S 撕毁。?他新的电介质材料储存在资料夹中。

传输与接入-计算题公式汇总

1、光纤的归一化频率参数 计算公式： a为光纤纤芯半径，λ为光纤中光波的工作波长，n1为纤芯的折射率，n2为包层的折射率。 △=(n1^2 - n2^2) /2 n1^2 2、光纤损耗 是指光波在光纤中传输一段距离后能量会衰减。a（λ）表示，单位为dB/km。 L 表示光纤长度，Pout表示光纤接出口功率，Pin为光纤接入口功率。Pout和Pin要是mW来计算。 功率（mw） = 10^ (功率（dBm）/10) 记得功率（dBm)一定要除以10，才能算出毫瓦的功率 3、数据孔径 计算公式：NA = n1为纤芯的折射率，n2为包层的折射率。 4、消光比 计算公式：EXT ＝10Lg（Ａ/B） A表示传输1信号的功率 B表示传输0信号的功率。 5、功率密度 功率密度 P D为：

Pt为发射功率，Gt为发射天线增益，r为发射天线到接收位置的距离 6、自由空间传播损耗 Lp = 32.44 + 20Lg d + 20Lg f d是距离单位是km，f是频率单位是MHz 7、香农信道容量公式： C = W Lg（1+ S/N) S/N 为信道的信与噪声功率比简称信噪比，W为信道带宽，N=N0W N0为单边 噪声功率谱密度。 8、等效地球半径Re： Re 为等效地球半径，R0为实际地球半径，K为等效地球半径系数，dn/dh为折射率梯度。 温带地区K = 4/3 称为标准折射，0

光纤通信典型计算题

计算题 1．一阶跃折射率光纤，纤芯折射率n=1.5,相对折射率差Δ=0.01，光纤长L=1km ，纤芯半径a=25μm 。LP 01，LP 02模的归一化截止频率分别为0和3.832。 求：（1）光纤的数值孔径； （2）子午光线的最大时延差； （3）若入射光波长λ=0.85μm ，问该光纤能否实现单模传输，若不能，则光纤中传输的模式数量为多少？a 为多少时，该光纤可以实现单模传输。 （4）若该光纤分别与面发光二极管，半导体激光器（?=?=⊥30,10//θθ）耦合，求直接耦合效率。 （5）计算LP 01，LP 02模的截止波长。 解：（1）212.001.025.121=?=?=n NA （2）km s c n /10510 301.05.1851-?=??=?≈?τ （3）405.22.391085.001.025.1102514.3222661?=??????=? =--λ πan V 不能实现单模传输 7682.392 12122=?== V M 要实现单模传输须 m a an μλπ53.102 .05.114.3285 .0405.2405.2221=?????? 则 （4）与面发光二极管的耦合效率%5.4)(2==NA η 与激光器的耦合效率%31120)(//2 ==⊥θθηNA （5）LP 01模的截止波长∞=?=22101 01a n V LP c LP c πλ LP 02模的截止波长?=2210202a n V LP c LP πλ 因为V c 02LP =3.832 m LP c μλ69.801.02832 .35.1102514.32602=?????=- 2.某阶跃折射率光纤，其芯区折射率n 1=1.46，芯半径a=4.5μm ，相对折射率差Δ=0.25%。计算其截止波长c λ并判断当工作波长分别为1.31μm 和0.85μm 时该光纤是单模还是多模工作？

大学毕业论文-高斯光束通过梯度折射率介质的传输特性

本科毕业设计论文 设计(论文) 题目高斯光束通过梯度折射率介质中的传输特性 指导教师 姓名___________ 辛晓天________ ____ 学生 姓名___________ 赵晓鹏________ ____ 学生 学号_________ 200910320129___ ___ _院系_______理学院________ _ 专业 ____ 应用物理_____ _ 班级____ 0901___ _

高斯光束通过梯度折射率介质中的传输 特性 学生姓名：赵晓鹏指导教师：辛晓天 浙江工业大学理学院 摘要 本文利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分(Collins公式)法，导出了高斯光束在均匀介质和梯度折射率介质中传输的解析表达式。对高斯光束在均匀介质和梯度折射率介质中传输特性进行了分析，重点分析了梯度折射率系数和传输距离对传输特性的影响。结果表明，高斯光束在梯度折射率介质中传输时，随着梯度折射率的变化，轴上光强分布呈周期性变化；在梯度折射率系数一定时，其轴上光强分布关于光强最大位置是对称的。 关键词：广义衍射积分法、高斯光束、均匀介质、梯度折射率介质、传输特性 - 1 -

Propagation properties of Gaussian beams in Gradient-Index medium Student: Zhao Xiao-Peng Advisor: Xin Xiao-Tian College of Science Zhejiang University of Technology Abstract Using the generalized Huygens Fresnel diffraction integral (Collins formula), this paper deduces the analytical expression of Gauss beam in a homogeneous medium and gradient refractive index medium.The Gauss beam propagation in homogeneous media and the gradient refractive index medium are analyzed, and analyze the influence of gradient refractive index coefficient and transmission distance of the transmission characteristics.The results show that Gauss beams in the gradient index medium transmission, along with the change of gradient refractive index, light intensity on axis changes periodically;In the gradient refractive index coefficient is fixed, the axial intensity distribution of light intensity maximum position is symmetrical. Keywords：Generalized diffraction integral; Gaussian beam; homogeneous medium;Gradient-index media; Propagation properties - 2 -

光纤通信原理试题__参考答案

光纤通信原理试题＿1 参考答案 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1. 光纤通信指的是（ B ） A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式； D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2.已知某Si-PIN 光电二极管的响应度R 0＝0.5 A/W ，一个光子的能量为2.24×10－19 J ，电子电荷量为1.6×10 －19 C ，则该光电二极管的量子效率为（ ） A.40％ B.50％ C.60％ D.70％ R 0=e 错误！未找到引用源。 /hf 3.STM-4一帧中总的列数为（ ） A.261 B.270 C.261×4 D.270×4 4.在薄膜波导中，要形成导波就要求平面波的入射角θ1满足（ ） A.θc13<θ1<θc12 B.θ1=0° C.θ1<θc13<θc12 D.θc12<θ1<90° 5.光纤色散系数的单位为（ ） A.ps/km B.ps/nm C.ps/nm.km ? D.nm/ps?km 6.目前掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达（ ） A.20 dB B.30 dB C.40 dB D.60 dB 7.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会（ ） A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大后逐渐减少 8.在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为（ ） A.LP00 值为0 B.LP01 C.LP11为第一高次模 D.LP12 9.在薄膜波导中，导波的截止条件为（ ） A.λ0≥λC B.λ0<λC C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 10.EDFA 在作光中继器使用时，其主要作用是（ ） A.使光信号放大并再生 ? B.使光信号再生 C.使光信号放大 D.使光信号的噪声降低 二、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.根据传输方向上有无电场分量或磁场分量，可将光（电磁波）的传播形式分为三类：一为_TEM_波；二为TE 波；三为TM 波。 2.对称薄膜波导是指敷层和衬底的_折射率相同_的薄膜波导。 3.光学谐振腔的谐振条件的表示式为__错误！未找到引用源。______。q L c n 2= λ 4.渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的这种现象称为_自聚焦_现象。 5.利用_光_并在光纤中传输的通信方式称为光纤通信。 6.在PIN 光电二极管中，P 型材料和N 型材料之间加一层轻掺杂的N 型材料，称为本征层（I ）层。 7. 光源的作用是将 电信号电流变换为光信号功率 ；光检测器的作用是将 光信号功

近五年内梯度折射率材料及器件的应用于发展

近五年内梯度折射率光学材料及器件的应用的主要进展 水悦 (安徽大学物理与材料科学学院，安徽合肥 230039) 摘要：介绍几种主要的梯度折射率光学材料和常见的光学器件，论述了梯度折射率器件的应用现状和发展前景。 关键词：梯度折射率材料；梯度折射率器件；应用 前言 梯度折射率介质又称为非均匀介质、变折射率介质或者渐变折射率介质, 指一种折射率不是常数, 而是按一定规律变化的介质, 因此, 英文称作Gradient Index(Grin) 。梯度折射率光学是近40年才发展起来的一门新兴学科。但在自然界中, 早在公元100 年, 人们就己观察到“海市蜃楼”奇景, 它就是由于大气层折射率的局部变化对地面景色产生折射而出现的一种奇观。事实上,不仅大气层,海水、生物眼(较低级的不包括)的折射率也是非均匀的, 人类眼睛晶状体就是梯度折射率变化的,折射率差约为0.015- 0.049,这种梯度变化的材料和晶状体表面的非球面都极有利于像差的校正。通过对这些自然现象的观察、研究,人们逐渐领悟到材料折射率的非均匀性可以导致一些均匀介质所不具有的光学性能。 本文介绍了梯度折射率材料的形成原理，综述了梯度折射率材料的研究进展，梯度折射率材料的发展前景。 1 梯度折射率材料简介及梯度形成原因 梯度折射率光学材料的出现，至今大约有100多年了。早在1854年，J.C.Maxwell就描述了光在梯度折射率介质中传播的表征方程，并提出了现在人们所知道的Maxwell鱼眼透镜；到1899年，R.W.Wood做了光以正弦轨迹在梯度折射率材料中传播的演示；1905年Wood的教科书“物理光学”上就有光通过一梯度折射率槽，显示正弦传播的照片底板。但是只是在近20年来，由于梯度折射率光学材料在复印机和传真机成像阵列以及光纤耦合器等方面的大量应用，才大大地驱动了他从材料制造、相差理论、光学设计应用开发等方面的快速发展。首先是美国罗切斯特大学D.T.Moore教授在设计方法和理论研究方面做了大量工作。在梯度折射率材料和透镜制造方面主要是日本板玻璃公司（Nippon sheet Glass,NSG），在1992年由该公司J.Kitano等人采用离子交换法制成径向梯度折射率材料，后来又研制了齐明透镜，正如人们普遍了解的自聚焦透镜（Selfoc rod lenses）。中科院西安光机所于1975年率先在国内研制成功了梯度折射率材料，相继20多年来得到了很大的发展。其中，安徽大学物理系在1988年至1996年对于球对称折射率光学器件的研究纠正了国际学术界长期认为麦克斯韦“鱼眼”球透镜不能用于成像和耦合的误解。所提出的改进模型及其复合结构不仅焦距短、像差小、耦合效率高、性能优良，且N低，易于制作，对于微小光学器件具有重要应用价值。该研究在国际上率先提出使用不同浓度混合融盐进行多阶段离子交换的方法，解决了制作高质量球对称梯度折射率球形透镜、精确控制GRIN

光纤通信考试题库

一．单项选择题（每题1分,共20分） 1、在激光器中，光的放大是通过（Ａ） Ａ．粒子数反转分布的激活物质来实现的Ｂ．光学谐振腔来实现的 Ｃ．泵浦光源来实现的Ｄ．外加直流来实现的 2、下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因?( B ) A．光纤的损耗可能发生变化B．光源的输出功率可能发生变化 C．系统可能传输多种业务D．光接收机可能工作在不同系统中 3、光纤通信中光需要从光纤的主传输信道中取出一部分作为测试用时，需用（Ｂ）Ａ．光衰减器Ｂ．光耦合器Ｃ．光隔离器Ｄ．光纤连接器 4、使用连接器进行光纤连接时，如果接头不连续时将会造成（D） Ａ．光功率无法传输Ｂ．光功率的菲涅耳反射 Ｃ．光功率的散射损耗Ｄ．光功率的一部分散射损耗或以反射形式返回发送端5、在系统光发射机的调制器前附加一个扰码器的作用是（A） A．保证传输的透明度B．控制长串“1”和“0”的出现 C．进行在线无码监测D．解决基线漂移 6、下列关于交叉连接设备与交换机的说法正确的是（A） A．两者都能提供动态的通道连接B．两者输入输出都是单个用户话路 C．两者通道连接变动时间相同D．两者改变连接都由网管系统配置 7、目前EDFA采用的泵浦波长是( C ) A．0.85μm和1.3μm B．0.85μm和1.48μm C．0.98μm和1.48μm D．0.98μm和1.55μm 8、下列不是WDM的主要优点是( D ) A．充分利用光纤的巨大资源B．同时传输多种不同类型的信号 C．高度的组网灵活性，可靠性D．采用数字同步技术不必进行玛型调整9、下列要实现OTDM解决的关键技术中不包括（ D ） A．全光解复用技术B．光时钟提取技术 C．超短波脉冲光源D．匹配技术 10、掺饵光纤的激光特性（A） Ａ．由掺铒元素决定Ｂ．有石英光纤决定 Ｃ．由泵浦光源决定Ｄ．由入射光的工作波长决定 11、下述有关光接收机灵敏度的表述不正确的是( A) A．光接收机灵敏度描述了光接收机的最高误码率 B．光接收机灵敏度描述了最低接收平均光功率 C．光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收光子能量 D．光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收平均光子数 12、光发射机的消光比，一般要求小于或等于（B） A．5％B．10％C．15％D．20％ 13、在误码性能参数中，严重误码秒（SES）的误码率门限值为（D） A．10-6B．10-5C．10-4D．10-3 14、日前采用的LD的结构种类属于（D） A．F-P腔激光器（法布里—珀罗谐振腔）B．单异质结半导体激光器 C．同质结半导体激光器D．双异质结半导体激光器 15、二次群PCM端机输出端口的接口码速率和码型分别为（B）

梯度折射率光纤光路追迹

梯度折射率光线光路追迹 第一章绪论 1.1研究背景与意义 在传统的光学系统中，各种光学元件所用的材料都是均质的，每个元件内部各处的折射率为常数。在光学系统的设计中主要通过透镜的形状、厚度来成像，并利用各种透镜的组合来优化光学性能。梯度折射率材料则是一种非均质材料，它的组分和结构在材料内部按一定规律连续变化，从而使折射率也相应地呈连续变化。它也可简称为梯折材料。它主要依靠介质折射率的非均匀性实现各种光学功能，由它制成的光学元件具有显著的特点。如梯度折射率透镜体积小，数值孔径大，焦距短，端面为平面，消像差性好。组成光学系统可大大减少组件总数和非球面组件数，因而简化结构。梯度折射率光纤可以自聚焦，能提高藕合效率。梯度折射率微型光学元件是集成光学和光计算机的主要组件。因此，它在光学系统中有着良好的应用前景。本课题主要研究光在梯度折射率光纤中的传播轨迹。 1.1.1光纤的传输原理 光纤是一种传输介质，是依照光的全反射的原理制造的。光纤是一种将讯息从一端传送到另一端的媒介，是一条以玻璃或塑胶纤维作为让讯息通过的传输媒介。光纤实际是指由透明材料做成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层，并将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。一般是由纤芯、包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。光纤有两项主要特性：即损耗和色散。光纤每单位长度的损耗或者衰减（dB/km），关系到光纤通信系统传输距离的长短和中继站间隔的距离的选择。光纤的色散反应时延畸变或脉冲展宽，对于数字信号传输尤为重要。每单位长度的脉冲展宽（ns/km），影响到一定传输距离和信息传输容量。 1.1.2光纤材料 纤芯材料的主体是二氧化硅，里面掺极微量的其他材料，例如二氧化锗、五氧化二磷等。掺杂的作用是提高材料的光折射率。纤芯直径约5~~75μm。光纤外面有包层，包层有一层、二层（内包层、外包层）或多层（称为多层结构），但是总直径在100~200μm上下。包层的材料一般用纯二氧化硅，也有掺极微量

光纤通信新增计算题汇编

《光纤通信》试题公布 新增加的计算题 张延锋 2013/12/10

第一章计算题 1、某种光纤的纤芯和包层的折射率分别是1.48和1.46，则其临界传播角为。 解：αC=arc sin√1?（n2 n1） 2 =arc sin√1?（1.46 1.48 ）=9.4° 2、光接收机的灵敏度S r是指在满足给定误码率或信噪比条件下，接收机接受微弱信号的能力，工程上常用最低平均光功率P min来描述，现若有最低平均光功率P min为10mW，则其灵敏度S r为。解：该处必须注意单位S r的单位是dBm，P min的单位是mW，计算时要注意单位以免出错，依据公式S r=10lgP min=10lg10=10 dBm 3、光接收机的动态范围D是指在保证系统误码率指标要求下，接收机的最低光功率P min和最大允许光功率P max之比，现知P min和P max分别是10W和100W，则其动态范围D为。 解：D=10lg P max P min =10lg100 10 =1 dB，注意单位！ 4、一阶跃折射率光纤，已知纤芯和包层的折射率分别是：n1= 1.486,n2=1.472,现仅考虑模式色散，则： （1）每1km长度的脉冲宽度。 （2）假设输入光脉冲的宽度T与模式色散产生的展宽?t相比可以忽略不计，在以上情况下计算可传输光脉冲的最大比特率。 解：（1）光纤长度单位和光速单位分别是km和km/s，则?t= Ln1 c (n1?n2 n2 )=1×1.486 3×105 (1.486?1.472 1.472 )=1.47×10?8(s)=47.1(ns) (2)输入光脉冲的宽度T与模式色散产生的展宽?t相比可以忽略不计，

光学基础及眼球光学结构

光学基础及眼球光学结构 一、光学基础知识 1、光与光线 （1）光线：表示光的传播方向的理论线段 散开光线：光源<5m，成虚焦点 平行光线：光源≥5m，永不聚焦 聚合光线：自然界无，成实焦点 衍射光线：遇到障碍时转弯 （2）光：电磁波的一种，具有波动性和粒子性 不可见放射线：γ射线、x射线、紫外线 可见光：380nm-780nm 不可见热线：红外线、无线电波 2、光的主要现象 吸收：光能转化为热能 透射：不变方向、无衰减 反射：由界面返回原介质 折射：通过界面并改变方向 散射：部分光偏离主传播方向 色散：复色光分解为单色光 衍射：绕过障碍物继续传播 能量守恒 3、光的几何光学定律--光的传播规律 直线传播定律：光在均匀介质中都直线传播 独立传播定律：不同光束相遇后互不干扰 光的反射定律：入射角=出射角 光的衍射定律：n1sinl-n2simr 光路可逆原理：光可在传播路径上逆向传播 4、物理光学的描述 （1）光的传播特征 波动特征：具有周期性、频率、波长、速度、振幅、相位 电磁波特征：速度、电场磁场、方向、干涉和偏振现象等 （2）光的能量转移 以振动形式在物质中转移 依靠光子随波迁移能量 5、光学系统 （1）定义 物理光学系统：由透镜、反射镜、棱镜及光阑等光学元件组成，具有光的折射、反射、衍射等作用 眼球光学系统：由多组光学元件构成的复杂光学系统，负责将进入眼球的光折射并聚焦到视网膜上--屈光系统 （2）屈光系统的组成 按解剖结构：三屈光单元---角膜、晶状体、玻璃体 按折射功能：两屈光体---角膜、晶状体 按光路追迹：三透镜系统---房水、晶状体、玻璃体

二、眼球光学结构 眼球光学结构（光学元件）包括从角膜到视网膜的所有结构，它们都参与了人眼的折射成像过程 从光学意义上讲，眼球可视为一台照相机，二者的结构能一一对应 眼睑不参与屈光，但在限制外界光进入眼球，维护眼球表面结构与功能等方面有重大作用（一）、眼睑-----照相机镜头盖 1、应用解剖 眼球前可开合的帘状结构 睑裂长28mm，宽7.5mm 睑缘后唇有数十个睑板腺 睑缘前后有一排睫毛 2、主要功能 （1）屏障功能 眼帘：阻隔异物及强光，减少泪液蒸发 睫毛：阻挡灰尘，减弱强光 （2）瞬目作用 主动性闭睑（保护性）：视听刺激 非随意瞬目（生理性）：眼表刺激 睫毛反射（保护性）：睫毛刺激 （3）非随意瞬目的生理意义 泪液分布动力 调节泪液蒸发速度 促使睑板腺释放脂质，维持泪膜稳定性、保护眼表 （4)脂质腺的作用 参与构成泪膜脂质层，防止水分蒸发 润滑眼表，利于眼球活动，防止损伤 3、受损后果 眼表泪液病 斜、弱视 屈光不正 眼球意外伤害，最终光学性能下降 （二）、泪液膜-----照相机镜头镀膜 覆盖于角、结膜前表面的一层流动性液体 1、主要功能 维护眼表：供营养，防干燥，抵御理化伤害 免疫防御：是人眼抗感染免疫第一道防线 光学意义：折射率近视角膜，为眼屈光起点，填补角膜粗糙面，提高折射质量维持角膜透明2、受损后果 眼表结构与功能损害----光学性能下降 （三）、角膜---照相机镜头 眼球最前端的透明纤维薄膜 1、结构稳定 极坚韧，保护眼球内容意义重大 有弹性，有记忆，屈光力稳定

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): E z＝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

梯度折射率棒透镜的色差估计

第29卷第1期2003年1月 光学技术 OP T ICA L T ECHN IQ U E V ol.29No.1 Jan.　2003 文章编号:1002-1582(2003)01-0027-03 梯度折射率棒透镜的色差估计 郝寅雷,金龙文,赵文兴 (中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春　130022) 摘　要:对梯度折射率(G RIN)棒透镜色差的影响因素进行了研究,在玻璃光学性质计算模型的基础上建立了梯度折射率棒透镜色差估计函数与基础玻璃性能、交换离子对性质和参与交换的离子数量之间的关系。对Na+/Li+,K+/ Cs+和K+/T l+交换制备的梯度折射率棒透镜的色差进行了计算,结果表明,GRI N棒透镜的色差评价函数主要取决于基础玻璃和交换离子的性质,而与参与交换的离子数量无关。 关键词:梯度折射率;透镜;色差;离子交换 中图分类号:T Q171.73+4;T B133 文献标识码:A Estimation of gradient index rod lens chromatic aberration H AO Yin-lei,JIN Lon g-wen,ZH AO Wen-xing (Changchun I nstitute o f O ptics,F ine M echanics and P hysics,CA S,Chang chun　130022,China) Abstract:Contributing facto rs to chromatic aber ratio n of gradient index(G RIN)rod lens is investigated.Based o n optical glass properties calculating model,dependence of chromatic aberration evaluating function o n base g lass proper ties,nature of ex-changing ion-pair,and the quantity of ion exchanging w as established.Calcula tio n o n chromatic aberration of G RIN ro d lens prepared by N a+/Li+,K+/Cs+and K+/T i+exchanging w as performed.The result show s that the function v alue mainly de-pends on base g lass properties and nature of exchanging ion-pair,and hardly depends on the quantity of ion exchang ing. Key words:G RI N;lens;chromatic aberration;ion exchanging 1　引　言 梯度折射率(GRIN)棒透镜,是一种折射率沿径 向变化的圆柱状光学元件。其内部距中心轴r处的 折射率N r可用式(1)表示 N r=N01-A 2r 2(1) 式中N0为棒透镜中心轴上折射率;A为折射率分布常数(聚焦参数)。 由于这种透镜内部折射率的梯度分布特征,从透镜端面入射的光线在透镜内部将沿正弦曲线传播。将适当长度的GRIN棒用于光学系统,便可实现一定的功能(聚焦、准直、成像等)。由于这种光学元件内部的折射率变化可以调节,当它用于复杂的光学系统时,可以减少系统中光学元件的数量,在某些场合可以代替非球面光学元件。此外这种光学元件加工简单,且使用这种光学元件的系统具有结构紧凑、性能稳定、成本低廉等优良特性。 GRIN透镜主要应用在两个方面:一是光纤通信领域,它可以用于制作光纤之间的连接、隔离、定向耦合、波分复用器件以及光开关等[1];二是作为成像元件[2]的应用,它可以用于医用的内窥镜[3]、CD机的读取镜头[4],以及传真机和复印机等办公设备[5]的成像系统。与光纤通信用自聚焦透镜(Selfoc lens)不同,成像用GRIN光学元件工作波长范围通常较宽,为保证使用GRIN透镜的系统具有合格的成像质量,不仅要求透镜内部折射率分布曲线满足一定要求,而且要求透镜具有足够低的色差。 近几年来,许多研究者对用于成像系统的GRIN棒透镜的色差特性进行了广泛而深入的研究。K.Nishizawa[6]推导出了G RIN棒透镜的轴向色差评价函数,Fantone在HSD模型的基础之上提出了零色差透镜设计原则,他认为,通过合理地设计基础玻璃性能,可以通过离子交换工艺获得轴向色差为零的GRIN棒透镜。但对于光学性能偏离要求的玻璃,并未给出透镜的色差。 本文将根据干福熹的玻璃性质计算模型,对GRIN棒透镜色差与玻璃组成和交换离子性能的关 27 收稿日期:2002-02-04 基金项目:中国科学院创新基金(No.C01L01) 作者简介:郝寅雷(1974-),男,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博士后,从事光学材料方面的研究。

光纤通信必考填空题、计算题及答案 知识点

光纤通信必考填空题、计算题及其答案知识点 一、填空题 1The main constituents of an optical fiber communications link . The key sections are a transmitter consisting of a light source and its associated drive circuitry, a cable offering mechanical and environmental protection to the optical fibers contained inside, and a receiver consisting of a photodector plus amplification and signal-restoring circuitry. 光纤通信链路的主要成分。的关键部分是一个发射机包括一个光源及其相关的驱动电路，一个电缆提供机械和环境保护于光纤内部包含，和一个接收器包括一个光电探测器加放大和信号复原电路。 2 Attenuation of a light signal as it propagates along a fiber is an important consideration in the design of an optical communication system, the basic attenuation mechanisms in a fiber are absorption, scattering, and radiative losses of the optical energy. 因为它传播沿纤维是在光通信系统的设计中的重要考虑因素的光信号的衰减，在一个光纤中的基本衰减机制是吸收，散射，以及光学能量的辐射损失。 3 Intermodal dispersion or modal delay appears only in multimode fibers. This signal-distorting mechanism is a result of each mode having a different value of the group velocity at a single frequency. 模间色散或模延迟只出现在多模光纤。这个信号扭曲机构是在单一频率具有群速度的不同值的每个模式的结果。 4 In general, LEDs are used with multimode fibers, since normally t is only into a multimode fiber that the incoherent optical output power from an LED can be coupled in sufficient quantities to be useful. 在一般情况下，使用LED与多模光纤，因为通常t是只有到多模光纤，从一个LED的非相干光输出功率可被耦合以足够的量是有用的。 5 At the output end of an optical transmission line, there must be a receiving device that interprets the information contained in the optical signal. The first element of this receiver is a photodetecor. It senses the luminescent power falling upon it and converts the variation of this optical power into a corresponding varying electric current. 在光传输线的输出端，必须有用于解释包含在光学信号中的信息的接收装置。该接收器的第一个元素是光检测器。它检测在发光功率落下后，它与该光功率的变化转换成相应的不同的电流。

光纤通信试卷AWord版

一、 填空题（每空1分，共20分） 1、 光纤通信是以（ ）为载频，以（ ）为传输介质的通信方式。 2、光纤中允许单模传输的最小光波长称为（ ）。 3、（ ）、色散和带宽是光纤最重要的传输特性，色散一般包括（ ）、材料色散和波导色散。 4、在ITU-T 公布的光纤分类标准中，G.652光纤的特点是在波长1.31μm 色散为（ ），G.655光纤是一种（ ）色散光纤。 5、基本光纤传输系统包括（ ）、光纤线路和（ ）三个部分。 6、在1.3μm 波段通常用掺（ ）光纤放大器，1.55μm 波段通常用掺（ ）光纤放大器。 7、模拟电视光纤传输系统中的SCM 中文称呼为（ ）。 电子科技大学中山学院考试试卷 课程名称: 光纤通信 试卷类型： A 卷 20 08 —20 09 学年度第 一 学期 考试方式： 闭卷 拟题人： 何志红 日期： 12月10日 审题人： 日期： 系别： 电子工程系 班 级： 通信05A(本)、通信05B （本） 学号： 姓 名：

8、SDH自愈环结构可分为两大类：通道倒换环和（）倒换环。 9、光孤子的形成是光纤的群速度色散和（）效应相互平衡的结果。 10、为确保波分复用系统的性能，对波分复用器的基本要求是：（） 小，隔离度大，温度稳定性好，带内平坦，尺寸小等。 11、在光通路中防止光反射回光源，即只允许光单向传输的无源器件是 （）。 12、光交换技术主要有：空分交换、时分交换、（）交换三种方式。 13、为进行系统性能研究，ITU-T建议中提出的最长标准数字HRX为 （）km。 14、与直接检测方式比较，相干检测可以提高（）。 15、在光接入网中，PON指的是（）。 二、选择题（在本题的每一小题的备选答案中，只有一个答案是正确的， 请把你认为正确答案的题号，填入题干的括号内。多选不给分。每题2分，共20分） 1、半导体激光器的发光机理是（） A、受激吸收 B、自发吸收 C、自发辐射 D、受激辐射 2、一个光纤放大器，其输入光功率为1mW，输出光功率为100mW, 则其增益为