光纖光學(xué)練習(xí)題

1、一、選擇題（下列各題四個(gè)備選答案中只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將其代號(hào)寫(xiě)在題干前面的括號(hào)內(nèi)。每小題 共30分）1有關(guān)光纖中傳輸?shù)哪Ｊ?，下列哪一個(gè)命題是錯(cuò)誤的？A、對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)給定的光纖，其中傳輸?shù)哪Ｊ绞俏ㄒ淮_定的；B、TE01、TM 01和HE21模具有相同的截止頻率；C、一個(gè)模式都有自己對(duì)應(yīng)的截止頻率；D、HE11模是唯一不能截止的模式。1.5 分,2光纖中能夠支持的模式由光纖波導(dǎo)本身決定，但光纖中能夠激勵(lì)出的模式與很多因素有關(guān)，問(wèn)光纖中實(shí)際能 夠激勵(lì)出的模式與下列哪些因素 無(wú)關(guān)：A、入射光源的光功率；B、入射介質(zhì)的折射率；C、光的入射角；D、入射點(diǎn)的位置。主模式號(hào)為14的模群中所含的 精確模式總數(shù)

2、 為:A、 14； B、 26； C、 28； D、 7通常將光纖通信劃分為三個(gè)傳輸窗口，其主要原因是： A、光纖的彎曲損耗；B、OH 吸收損耗;C、過(guò)渡金屬離子吸收；D、瑞利散射損耗。込河"0）線偏振模的模斑為:A、徑向亮斑數(shù)為B、徑向亮斑數(shù)為C、徑向亮斑數(shù)為D、徑向亮斑數(shù)為2哉，角向亮斑數(shù)為比 附，角向亮斑數(shù)為2E ，角向亮斑數(shù)為淤E，角向亮斑數(shù)為如，而且中心為暗;，而且中心為暗;，而且中心為亮;，而且中心為亮。6光纖的損耗是由許多不同因素造成的，其中吸收；C、過(guò)度金屬離子吸收;A、彎曲損耗;B、OH不可能消除的因素是：D、瑞利散射A、0.14dB/km ;B、0.71dB/km

3、 ;C、0.64dB/km ;D、0.32dB/km。對(duì)于1330nm的單模光纖，當(dāng)入射光中心波長(zhǎng)為光信號(hào)在光纖中傳播了8D、偏振模色散。A、NAB、NAC、NAD、 NA錯(cuò)誤的?5000m,功率損耗了 15%，該光纖的損耗是1550nm,光譜寬度為10nm時(shí)，不可能存在的色散是哪一個(gè)? A、模間色散；B、材料色散；C、波導(dǎo)色散；數(shù)值孔徑NA是光纖的一個(gè)重要參數(shù)，下列哪些命題是 越大，光纖的收光能力越大； 越大，光纖的收光角越大； 越大，光源與光纖的耦合效率越高； 越大，多模光纖的模式色散越小。10下列光纖的色散，由小到大的排列次序?yàn)椋?A、多模的 GIOF、多模SIOF、單模光纖；C、單模光

4、纖、多模的 GIOF、多模SIOF ;B、多模D、多模SIOF、多模的 GIOF、單模光纖;SIOF、單模光纖、多模的 GIOF以下那一種是非零色散位移光纖：G . 652 光纖； D、G . 651 光纖。A、G. 655 光纖； B、G. 653 光纖；C、有關(guān)光纖中的色散論述 錯(cuò)誤的是：A、色散的存在使光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率降低、傳輸容量變小;B、色散位移的目的是使零色散波長(zhǎng)與最低損耗波長(zhǎng)一致；C、正色散的光纖使光脈沖展寬，而負(fù)色散的光纖使光脈沖壓縮，所以，負(fù)色散的光纖也成為色散補(bǔ)償光纖;D、通過(guò)適當(dāng)調(diào)整光纖波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參量可使波導(dǎo)色散和材料色散互相抵消。13 以下關(guān)于自聚焦透鏡論述 錯(cuò)誤

5、的是：A、0.25節(jié)距的GRIN的物方焦點(diǎn)在透鏡入射平面上B、0.25節(jié)距的GRIN，同一點(diǎn)離軸入射，出射仍為平行光線C 0.25節(jié)距的GRIN，不同入射點(diǎn)的斜平行線入射，出射位置不同;D、自聚焦透鏡的長(zhǎng)度一般以節(jié)距來(lái)表示。14下列光波長(zhǎng)不屬于通常所說(shuō)的光纖的三個(gè)傳輸窗口是:A、0.85 m ； B、1.31 m ；C、1.48 m；D、 1.55 m。15有關(guān)G.652光纖，以下命題哪個(gè)是 錯(cuò)誤的：1310nm波長(zhǎng)時(shí)，損耗是通信容量的主要限制因素；1550nm波長(zhǎng)時(shí)，色散是通信容量的主要限制因素；155Onm波長(zhǎng)時(shí)，損耗與色散均是通信容量的主要限制因素;850nm波長(zhǎng)時(shí)，損耗與色散均是通信容

6、量的主要限制因素；A、工作在B、工作在 C工作在 D、工作在16標(biāo)準(zhǔn)單模光纖纖芯直徑一般為:17181920A、10 m B、10 nm C 80 m D、100 nm 關(guān)于光纖連接損耗，以下那一種說(shuō)法是錯(cuò)誤的：A、光纖間的連接損耗與光的傳輸方向無(wú)關(guān)；B、對(duì)于單模光纖，模場(chǎng)半徑的不匹配是光纖損耗主要因素；C通過(guò)充以折射率匹配液，可大大降低光纖端面間菲涅爾反射損耗; D、多模光纖的連接損耗可用幾何光學(xué)進(jìn)行分析計(jì)算。有關(guān)光纖光柵的命題，哪一個(gè)是 不對(duì)的：A、光纖光柵的理論基礎(chǔ)是模式耦合理論；B、 長(zhǎng)周期光纖光柵可應(yīng)用于OADM中；C長(zhǎng)周期光纖光柵可用作EDFA的增益均衡；D、Bragg光纖光柵可應(yīng)

7、用于光纖激光器中。光時(shí)域反射儀（OTDR） A、光纖端面的判斷； C光纖斷點(diǎn)的判斷；以下命題哪個(gè)是錯(cuò)誤的：不能夠完成的功能有：B、光纖色散大小的測(cè)量; D、光纖長(zhǎng)度的測(cè)量。A、摻鉺光纖激光器中諧振腔是不可缺少的；B、EDFA與摻鉺光纖激光器的工作機(jī)理均為受激輻射； C EDFA的增益與泵浦功率大小有關(guān)； D、EDFA的增益與信號(hào)光功率大小無(wú)關(guān)。二、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分）1、簡(jiǎn)述光纖中包層存在的必要性。答：1、與纖芯共同組成光波導(dǎo)，限制光在纖芯內(nèi)傳輸。2、保護(hù)纖芯。2、簡(jiǎn)述光纖中導(dǎo)模截止和遠(yuǎn)離截止條件的物理意義。答：當(dāng)W趨向0時(shí)，場(chǎng)在包層中不衰減，導(dǎo)模轉(zhuǎn)化為輻射模，對(duì)應(yīng)于導(dǎo)模截止。 當(dāng)W

8、趨向無(wú)窮大時(shí)，場(chǎng)在包層中不存在，導(dǎo)模場(chǎng)的約束最強(qiáng)，對(duì)應(yīng)于導(dǎo)模遠(yuǎn)離截止。3、應(yīng)用已有的光纖光學(xué)知識(shí)，提高光纖通信容量，應(yīng)如何完善光纖？答：可從降低光纖色散的角度分析。4、畫(huà)出偏振無(wú)關(guān)隔離器的結(jié)構(gòu)圖，并簡(jiǎn)述其工作原理。答：光正向傳輸時(shí)，經(jīng)偏振分光鏡分成兩束光，兩束光經(jīng)YIG和互易旋光片后，偏振方向如上圖所示，徑偏振分光鏡合束輸出。光反向傳輸時(shí)，由于YIG的非互易性，反響傳輸?shù)墓鉄o(wú)法在輸出口合束，因而光的損耗大，無(wú)法通 過(guò)。三、設(shè)計(jì)題（每小題10分，共20分）1、請(qǐng)用如下器件：980/1550nm的波分復(fù)用耦合器、2/8 丫型耦合器、光環(huán)形器、Bragg光纖光柵、 980nm半導(dǎo)體激光器、一段摻鉺光

9、纖，單模光纖若干米， 分別構(gòu)成光纖放大器與激光器，畫(huà)出結(jié)構(gòu) 示意圖，并簡(jiǎn)單介紹工作原理。答：1）EDFA:EDF介質(zhì)放大，從3輸出，兩個(gè)環(huán)行器工作原理：輸入信號(hào)與泵浦光在 WDM中復(fù)用，光信號(hào)經(jīng)起到隔離的作用，以提高EDFA的工作性能。2）光纖環(huán)行器 結(jié)構(gòu)如下圖所示：980nm的泵浦光激發(fā)基態(tài)電子產(chǎn)生自發(fā)輻射，在 EDF中激發(fā)新的輻射，經(jīng)由環(huán)行器，由光纖光柵 選定波長(zhǎng)由3端口輸出。激光波長(zhǎng)與泵浦波長(zhǎng)由 wdm復(fù)用繼續(xù)在EDF中作用，在2/8Y型耦合器, 8份繼續(xù)增益，2份輸出。2、有一卷大約幾十公里長(zhǎng)的光纖需要測(cè)量其長(zhǎng)度，現(xiàn)有一段100米可以測(cè)試的光纖與需測(cè)量的光纖具有相同的參數(shù)，試設(shè)計(jì) 三種

10、測(cè)量方法用以測(cè)量光纖長(zhǎng)度。答：1)切斷法測(cè)損耗求長(zhǎng)度：(1)某一光功率的光源注入待測(cè)光纖，測(cè)其輸出光功率P out1在距待測(cè)光纖入射處2m處切斷，測(cè)其Pout2(3)由損耗定義：P out1=2丄 PinP out2=2.2 Pin所以，L=2.Pout1/Pout2(m)2) 背向散射法3) 用相同的光源分別輸入100米和待測(cè)光纖，光源脈寬已知，分別測(cè)得兩端光纖輸出脈沖展寬值DL1靦=A巧心巧出比,由于兩光纖的色散相等，由，得L2,序?yàn)楣庠淳€寬度。四、計(jì)算題(共30分)1、 某光纖出現(xiàn)故障，用OTDR儀表進(jìn)行測(cè)量。OTDR發(fā)射的周期性矩形脈沖的寬度10ns,測(cè)得光 脈沖從光纖始端返回光纖始端

11、的時(shí)間為 3卩S,已知光纖纖芯折射率ni=1.5,(1) 問(wèn)此光纖故障點(diǎn)距始端距離有多長(zhǎng)？(2) 該OTDR判斷故障點(diǎn)的誤差為多少？(3) 若OTDR能測(cè)的損耗范圍為32dB,想用它測(cè)試78 km的光纜線路，光纜的衰減系數(shù)為 0.3 dB /km,問(wèn)OTDR能否看到末端的衰減曲線？解：1)由 L=Ct/ (2n) =3*1O8*3*1O-6/ (2*1.5) =300m2)A L=C A t/ (2n) =+1m3) 經(jīng)總的路程損耗為：0.3dB/km*78*2=46.8dB>32dB所以O(shè)TDR不能看到末端衰減的曲線。2、 某拋物線分布光纖，n1=1.5, A =0.001,纖芯直徑2

12、a=50卩m,當(dāng)用波長(zhǎng)入o=O.85卩m的光激勵(lì)時(shí)， 試求：(1)光纖的最大數(shù)值孔徑；(2)光纖的截止波長(zhǎng)；(3)基模的模場(chǎng)半徑；(4)模式總數(shù)。1) GIOF中的局部數(shù)值孔徑為NA二Jn當(dāng) r=o 時(shí)二 - nJ - 0372）拋物線型:n(L ALV = V(14丄)弓= 240二 V = 7=3.-10X2c = 3.053wi 2v2a J n切 0 = ( = 10.044um3) 基模模場(chǎng)半徑：寶/価4) V=12.38，模數(shù) M=383、如下圖所示為X 型光纖耦合器，工作波長(zhǎng)為1.55 m。若僅由Inputl端口注入光功率，從Output1 和Out put 2端口輸出的分別為注

13、入光功率的75%和25%。耦合器的耦合系數(shù)為:腫 ,求:（1）在上述耦合分光比下，耦合器的最小耦合長(zhǎng)度； （2）若僅從Output1端口注入OdBm光功率， 則從Input1和Input 2端口分別輸出多少光功率；（3）假設(shè)從Input1注入OdBm光功率，Input2輸 入一3dBm光功率時(shí)，分別從 Output1和Output2輸出多少光功率？OUIPUI EinpJlZOilfjul；Direcdonsii Coucim解：1)由分光比75%: 25%=3: 1從“ 1” 耦合到“ 2” 的光功率為 sin2 (kL) = (1-cos (2kL) /2=1/4所以 cos (2kL)

14、=1/2，所以，2kL=pi/3+2kpi,k=0,+1,-1最小耦合長(zhǎng)度 L=pi/(3.2k)=0.052cm2) x型耦合器有對(duì)稱型，從output1進(jìn)入，耦合到input2的為sin2 (kL)為1/4,進(jìn)入input1的有3/4, 所以 input2 輸出為 1/4mw，input1 為 3/4mw?；?P01=0dbm=1mw，Pin仁Po1 coW (kL) =0.75mw=-1.25dBmPin2=Po1 sin2 (kL) =0.25mw=-6dBm3) Pin 1=1mw,Pin2=0.5mw,Po仁Pin1 cos (kL) +Pin2 sin2 (kL) =0.875m

15、w=-0.58 dBmPo2=Pin1 sin2 (kL) +Pin2 cog (kL) =-2.04 dBm 4、光纖中的基模能否被截止，為什么？答：不能。因?yàn)楣饫w半徑不可能為 0,入射波長(zhǎng)也不可能為無(wú)窮大。四、計(jì)算題（要求寫(xiě)出主要計(jì)算步驟及結(jié)果。共 32分）1、某拋物線分布光纖，n1=1.5，A =0.001,纖芯直徑2a=50卩m,當(dāng)用波長(zhǎng)入0=0.85卩m的光激勵(lì) 時(shí)，試求：（共10分）（1）包層折射率n2=?（2）光纖的數(shù)值孔徑NA= ?解：（1）纖芯與包層的相對(duì)折射率差J2A =_二 « 丄_= 0.001加；旳11 5n2 = 1.4985(2)光纖的數(shù)值孔徑 旳二叫恵

16、2 = 丿2冥0 001 = 0 06?2、光信號(hào)在光纖中傳播了 5000m,功率損耗了 85%，該光纖的損耗為多少dB/km ?（共5分） 解：1. 65dB/km3、均勻光纖纖芯折射率n1=1.5,工作波長(zhǎng)入0=1.3卩m,芯徑2a=10卩m,若要保證單模傳輸，則 對(duì)相對(duì)折射率差有何要求？（共 8分）解：<0.0022r<4 0/jmr（1）該光纖的截止波長(zhǎng)；（2）若該光纖工作 試分析這些1.451如4、一石英光纖，其折射率分布如下:縱向傳播常數(shù)與歸一化頻率如下圖所示，試計(jì)算：(9 分)F 甞石廠R波長(zhǎng)為1 m，將支持哪些模式傳輸；在忽略模式相互間的作用和光纖總色散的情況下,

17、模式在光纖中傳輸時(shí)的先后次序。解：（1）該光纖的截止波長(zhǎng)為1.379um。（2）V=3.31584,有 HE11，HE21，TE01，TM01 模式。模式在光纖中傳輸時(shí)的先后次序?yàn)椋号艿淖羁斓臑镠E11，另外三個(gè)模式簡(jiǎn)并，跑得速度比HE11慢。五、分析題（16分）1、從麥克斯韋方程出發(fā)，試分析 SIOF光纖中模場(chǎng)的求解過(guò)程。（10分）答：分析思路：從麥克斯韋方程經(jīng)過(guò)三次變量分離一一得到波導(dǎo)場(chǎng)方程一一建立數(shù)學(xué)模型，在圓柱 坐標(biāo)系下討論一一電磁場(chǎng)的縱向分量滿足波導(dǎo)場(chǎng)方程一一變量分離，得到貝塞爾方程一一根據(jù)貝塞爾函數(shù)特征，結(jié)合光纖中纖芯與包層中光場(chǎng)傳輸特征一一得到縱向場(chǎng)的函數(shù)表達(dá)式一一結(jié)合縱橫關(guān)系式

18、一一得到其他場(chǎng)分量的數(shù)學(xué)表達(dá) 式。2、試分析SIOF光纖中各種模式的本征值方程的推導(dǎo)過(guò)程。（6分） 答：分析思路：TE和TM模式的本征值方程的推導(dǎo)過(guò)程可根據(jù)邊界條件，并結(jié)合模式的場(chǎng)分量的 特征，得到其本征值方程。對(duì)于HE和EH模式，可根據(jù)q參數(shù)，得到他們的本征值方程。六、論述題（共10分）簡(jiǎn)述光纖應(yīng)如何發(fā)展以適應(yīng)高速大容量光通信系統(tǒng)要求。 答：分析思路：從降低色散、損耗等角度進(jìn)行論述。1、什么是光的全反射現(xiàn)象？ 答：當(dāng)光從折射率高的介質(zhì)向折射率低的介質(zhì)行進(jìn)時(shí)，折射光的前進(jìn)方向?qū)⑾蚩拷缑鎮(zhèn)绕D(zhuǎn)。因此，若增大入 射角，使入射角增大到某一值時(shí)，折射光將與界面相平行，此時(shí)的入射角稱之為臨界角。當(dāng)入射

19、角大于臨界角時(shí)， 折射光消失，入射光在界面處全部被反射，這種現(xiàn)象叫作全反射。關(guān)于光的全反射，是從高折射率的介質(zhì)向低折射率介質(zhì)入射時(shí)才能發(fā)生的一種現(xiàn)象。2、光在光纖中是怎樣傳播的？ 答：光纖的結(jié)構(gòu)為介質(zhì)圓柱體，由纖芯和包層組成。纖芯區(qū)域完成光信號(hào)的傳輸；包層是為了將光封閉在纖芯內(nèi) 并保護(hù)纖芯，增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度。目前通信光纖中纖芯與包層主題材料都是石英，但兩區(qū)域中摻雜情況不同， 因此折射率也不同。3、什么是光纖中的傳輸模式？答：讓我們考慮一下兩束波產(chǎn)生的干涉情況。如若這兩束波的相位一致，則這兩個(gè)波將相互加強(qiáng)，就可以一直傳 播下去；如若這兩束波的相位不一致，則它們將彼此削弱直至最后消失。波的相位是

20、否一致。這是由波束入射至 包層壁的角度決定的。只有以某些特定角度入射于包層壁的波才能相互得到加強(qiáng)，繼續(xù)傳播至遠(yuǎn)方。也就是說(shuō)， 當(dāng)光線入射至包層壁時(shí)，只有光線與包層壁的角度為某些特定值的光波才不會(huì)被削弱而形成傳輸波組，將此稱為 傳輸模。依據(jù)光線與包層壁間的夾角由小至大，分別稱為0次模，4、光纖具有哪些參數(shù)？ 答：光纖的參數(shù)有：1、相對(duì)折射率差 徑、外徑、纖芯不圓率、外徑不圓率5、140Mb/s單模光纖通信系統(tǒng)的線路為 計(jì)算其最大中繼距離。答：最大傳輸距離可按下式計(jì)算：L=0.325*106/|D|* 入 *f0其最大中繼距離可達(dá) 128km以上。6、 光纖通信系統(tǒng)的發(fā)射光功率為0.1mw，工作速

21、率為100Mb/s，工作于1.31 ym光纖損耗系數(shù)為1dB/km，光纖 兩端的連接器損耗各為 1dB，光纖每隔2km的接合損耗為0.2dB，接收機(jī)靈敏度為100nw。試計(jì)算其最大傳輸距 離。2、收光角3、數(shù)值孔徑5B6B碼，工作于1.31 ym1次模，2次模4、折射率分布系數(shù) 5、結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：芯光源線寬5nm,光纖色散系數(shù)3ps/km.nm，試P t 丫=卩上匚*佇1卜?1匸：； p'l ic，e+M sPtr-0. lmw-=l OciBm, Prcc1 OOnw=40dHin, ar idB/kmUcon=2clB, a. pi i； =0.(L/2，=20km7、為什么（9.

22、1）式不能簡(jiǎn)單地用來(lái)描述多模光纖中的衰減？答案：因?yàn)樵诙嗄９饫w中傳輸著大量的模式，各種模式是光功率的攜帶者，總的光功率是被分配在各傳輸模式之中的。不同模式的衰減不同，其損耗系數(shù)a也不同，由于模式耦合，將使光纖a隨傳輸長(zhǎng)度z而變化。因此不能簡(jiǎn)單用（9.1）式表示。8、什么是多模光纖的穩(wěn)態(tài)損耗系數(shù)？試寫(xiě)出它的表示式，和它成立條件。 答：光纖中模式分布穩(wěn)定時(shí)的損耗系數(shù)為穩(wěn)態(tài)損耗系數(shù)。其表達(dá)式為（9、什么是光合波器、光分波器？答：光合波器、光分波器是用在波分復(fù)用等傳輸方式中的無(wú)源器。它們可以將不同波長(zhǎng)的多個(gè)光信號(hào)合并在一起 一根光纖中傳輸，將經(jīng)一根光纖傳輸來(lái)的不同波長(zhǎng)的復(fù)合光信號(hào)，按不同光波長(zhǎng)分開(kāi)。前

23、者稱為光合波器，后者9.6 ）式。其成立條件必須使L1>Lc稱為光分波器。10、光時(shí)域反射計(jì)中為什么要進(jìn)行平均化處理？答：由于光時(shí)域反射計(jì)所測(cè)量的背向散射光非常微弱，如果不對(duì)檢測(cè)到的返回信號(hào)進(jìn)行求平均的處理，即便是在 相同的測(cè)試條件下測(cè)量相同的光纖，也不可能得到相同的測(cè)試結(jié)果。這是因?yàn)楸诚蛏⑸涔庑盘?hào)受到光時(shí)域反射計(jì) 中PAD散粒噪聲、前置放大器熱噪聲等測(cè)量系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲影響所致。為了能從被噪聲所淹沒(méi)的信號(hào)中檢測(cè) 出被測(cè)光纖特性的信息，需對(duì)光纖上某一點(diǎn)的背向散射光信號(hào)作多次測(cè)量，取其數(shù)據(jù)的平均值作為測(cè)定值，這就 是平均化處理。一選擇題（從下列各題四個(gè)備選答案中選出一個(gè)或多個(gè)正確答案，并將

24、其代號(hào)寫(xiě)在題干前面的括號(hào)內(nèi)。答案選錯(cuò)或未選全者，該題不得分。每小題2分，共16分）1.光纖通信的三個(gè)工作窗口中，對(duì)于常規(guī)光纖，最低損耗窗口是C、1.40(1 mA、0.85 im B、1.31 i m C、1.40 i m D、1.55 im2 .常規(guī)單模光纖的三個(gè)工作窗口是 A、0.85 imB、 1.31 imC、1.40 im D、1.55 im3 光纖的損耗是由許多不同因素造成的，其中不可能消除的因素是D、瑞利散射A、彎曲損耗B、OH 吸收C、過(guò)度金屬離子吸收4數(shù)值孔徑NA是光纖的一個(gè)重要參數(shù)，下列哪些命題是錯(cuò)誤的A NA B NA C NA D NA越大，光纖的收光能力越大 越大，光

25、纖的收光角越大 越大，光源與光纖的耦合效益越高 越大，多模光纖的模式色散越小5有關(guān)光纖的色散曲線，下列哪一個(gè)命題是錯(cuò)誤的 A、一個(gè)模式都有自己對(duì)應(yīng)的截止頻率B、光纖歸一化頻率 V越大，光纖中存在的模式越少C、HE11模是唯一不能截止的模式D、緊鄰HE11模的高階模是 TE01、TM01、HE21模6 .單模光纖不存在以下哪幾種色散?A、模式色散B、材料色散C、波導(dǎo)色散D、偏振模色散7.譜寬為4nm的光脈沖，在某單模光纖中傳輸 50km后，脈沖在時(shí)域上展寬 3000ps，該光纖總色散系數(shù)為多少?A、60ps/nm. km dBmB、15 ps/nm. kmC、750 ps/nm. KmD、280

26、0 ps/nm. km8.某階躍多模光纖纖芯與包層折射率分別為 為多少ns/km ?A、68n1=1.6 , n2=1.584，該光纖每公里因模式色散所引起的最大時(shí)延差 TmB、 40C、9 .某階躍多模光纖，纖芯折射率 中模數(shù)量M為多少？ A、 768 B、 40010相干光波必須滿足的條件包括A、相干光波的頻率必須相同C、相干光波的振動(dòng)方向必須一致53.3n1=1.5,C、532D、23相對(duì)折射率差 =0.01 工作波長(zhǎng) 入0=0.85芯徑2a=50 im,該光纖D、123B、相干光波的相位差必須恒定D、必須在相干長(zhǎng)度以內(nèi)一.填空題（共17分）1 .光纖由成，起到保護(hù)光纖的作用。2 當(dāng)光纖

27、芯徑三層構(gòu)成，其中般由高損耗的材料制時(shí),可將光波近似看成一根根光線，采用幾何光學(xué)方法分析光波在光纖中的傳播特性。光纖的數(shù)值孔徑 NA3 .光纖的色散主要有4. 單模光纖的芯徑比多模光纖的芯徑模式數(shù)目越。5. 光纖中導(dǎo)模傳播常數(shù)B的取值范圍為，其收光能力越強(qiáng)。、三種形式。對(duì)于相同材料、相同折射率差的多模光纖，芯徑越細(xì),。弱導(dǎo)光纖的弱導(dǎo)條件為1分，共一.選擇題（下列各題四個(gè)備選答案中只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將其代號(hào)寫(xiě)在題干前面的括號(hào)內(nèi)。每小題10分）1.有關(guān)光纖中傳輸?shù)哪Ｊ?，下列哪一個(gè)命題是錯(cuò)誤的？是 A、對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)給定的光纖，其中傳輸?shù)哪Ｊ绞俏ㄒ淮_定的B、TE01、TM01和HE21模具有相同的截

28、止頻率C、一個(gè)模式都有自己對(duì)應(yīng)的截止頻率D、HE11模是唯一不能截止的模式2 .光纖中能夠支持的模式由光纖波導(dǎo)本身決定，但光纖中能夠激勵(lì)出的模式與很多因素有關(guān)，問(wèn)光纖中實(shí)際能 夠激勵(lì)出的模式與下列哪些因素?zé)o關(guān) A、入射光源的光功率B、入射介質(zhì)的折射率C、光的入射角D、入射點(diǎn)的位置主模式號(hào)為14的模群中所含的精確模式總數(shù)為 A、14 B、26C、28 D、7通常將光纖通信劃分為三個(gè)傳輸窗口，其主要原因是 A、光纖的彎曲損耗B、OH 吸收損耗C、過(guò)渡金屬離子吸收D、瑞利散射損耗下列哪一個(gè)命題是錯(cuò)誤的，角向亮斑數(shù)為，角向亮斑數(shù)為，角向亮斑數(shù)為，角向亮斑數(shù)為有關(guān)光纖的色散曲線，而且中心為暗 ，而且中心

29、為暗 ，而且中心為亮 ，而且中心為亮A、徑向亮斑數(shù)為B、徑向亮斑數(shù)為C、徑向亮斑數(shù)為D、徑向亮斑數(shù)為光纖的損耗是由許多不同因素造成的，其中不可能消除的因素是A、彎曲損耗B、OH吸收C、過(guò)度金屬離子吸收D、瑞利散射一光信號(hào)在光纖中傳播了5000m,功率損耗了 15%，該光纖的損耗是A、0.14dB/km B、0.71dB/kmC、0.64dB/kmD、0.32dB/km對(duì)于1330nm的單模光纖，當(dāng)入射光中心波長(zhǎng)為1550nm，光譜寬度為10nm時(shí)，不可能存在的色散是A、模間色散B、材料色散C、波導(dǎo)色散D、偏振模色散數(shù)值孔徑NA是光纖的一個(gè)重要參數(shù)，下列哪些命題是錯(cuò)誤的？ A、NA越大，光纖的收

30、光能力越大C、NA越大，光源與光纖的耦合效率越高 10下列光纖的色散，由小到大的排列次序?yàn)锳、多模的 GIOF、多模SIOF、單模光纖C、單模光纖、多模的 GIOF、多模SIOFB、NA越大，光纖的收光角越大越大，多模光纖的模式色散越小D、NAB、多模D、多模SIOF、多模的 GIOF、單模光纖SIOF、單模光纖、多模的 GIOF一選擇題（下列各題四個(gè)備選答案中只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將其代號(hào)寫(xiě)在題干前面的括號(hào)內(nèi)。每小題10分）1.以下那一種是非零色散位移光纖 A、G. 655 光纖B、G . 653 光纖2 有關(guān)光纖中的色散論述錯(cuò)誤的是 A、色散的存在使光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率降低、傳輸容量變小C

31、、G. 652 光纖D、G. 651 光纖1分，共B、色散位移的目的是使零色散波長(zhǎng)與最低損耗波長(zhǎng)一致C、正色散的光纖使光脈沖展寬，而負(fù)色散的光纖使光脈沖壓縮，所以，負(fù)色散的光纖也成為色散補(bǔ)償光纖D、通過(guò)適當(dāng)調(diào)整光纖波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參量可使波導(dǎo)色散和材料色散互相抵消以下關(guān)于自聚焦透鏡論述錯(cuò)誤的是 GRIN的物方焦點(diǎn)在透鏡入射平面上GRIN，同一點(diǎn)離軸入射，出射仍為平行光線GRIN，不同入射點(diǎn)的斜平行線入射，出射位置不同A 0.25節(jié)距的B 0.25節(jié)距的C 0.25節(jié)距的D自聚焦透鏡的長(zhǎng)度一般以節(jié)距來(lái)表示下列光波長(zhǎng)不屬于通常所說(shuō)的光纖的三個(gè)傳輸窗口是 A、0.85 imB、1.31 im C、1.48

32、 im D、1.55 im1310nm波長(zhǎng)時(shí)，損耗是通信容量的主要限制因素1550nm波長(zhǎng)時(shí)，色散是通信容量的主要限制因素1550nm波長(zhǎng)時(shí)，損耗與色散均是通信容量的主要限制因素 850nm波長(zhǎng)時(shí)，損耗與色散均是通信容量的主要限制因素有關(guān)G652光纖，以下命題哪個(gè)是錯(cuò)誤的 A、工作在B、工作在C、工作在D、工作在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖纖芯直徑一般為 D 100、nmA、10 imB、10 nmC、80 im關(guān)于光纖連接損耗，以下那一種說(shuō)法是錯(cuò)誤的A、光纖間的連接損耗與光的傳輸方向無(wú)關(guān)B、對(duì)于單模光纖，模場(chǎng)半徑的不匹配是光纖損耗主要因素C、通過(guò)充以折射率匹配液，可大大降低光纖端面間菲涅爾反射損耗D、多模光

33、纖的連接損耗可用幾何光學(xué)進(jìn)行分析計(jì)算有關(guān)光纖光柵的命題，哪一個(gè)是不對(duì)的B、長(zhǎng)周期光纖光柵可應(yīng)用于OADM中EDFA的增益均衡D、Bragg光纖光柵可應(yīng)用于光纖激光器中）不能夠完成的功能有 B、光纖色散大小的測(cè)量D、光纖長(zhǎng)度的測(cè)量A、光纖光柵的理論基礎(chǔ)是模式耦合理論C、長(zhǎng)周期光纖光柵可用作光時(shí)域反射儀（OTDRA、光纖端面的判斷C、光纖斷點(diǎn)的判斷10.以下命題哪個(gè)是錯(cuò)誤的B、EDFA與摻鉺光纖激光器的工作機(jī)理均為受激輻射D、EDFA的增益與信號(hào)光功率大小無(wú)關(guān)A、摻鉺光纖激光器中諧振腔是不可缺少的C、EDFA的增益與泵浦功率大小有關(guān)下列哪個(gè)不是光纖通信的工作窗口D、1.55 im1.40 jimC

34、、A、0.85 im B、1.31 im 與IM-DD系統(tǒng)相比，下列哪個(gè)不是相干光通信的優(yōu)點(diǎn) A、可使用多種調(diào)制技術(shù)B、光接收機(jī)靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)C、可充分利用光纖的低損耗波譜，增加通信容量D、對(duì)光載波的相干性要求高發(fā)展中的第四代光通信是指 A、短波長(zhǎng)光通信B、長(zhǎng)波長(zhǎng)1.31 im的多模光纖和單模光纖通信系統(tǒng)C、長(zhǎng)波長(zhǎng)1.55 im單模光纖通信D、相干光通信一張普通紙的厚度是0.003cm,與直徑為50 im的圓柱光纖比較，前者是后者的 A、0.06 倍B、0.6 倍C、6 倍D、60 倍在光纖通信三個(gè)窗口中，對(duì)于常規(guī)光纖，零色散窗口是D、1.55 i mA、0.85 i m B、1.31

35、imC、1.40 i m數(shù)值孔徑NA是光纖的一個(gè)重要參數(shù)，下列哪些命題是錯(cuò)誤的A、NA越大,光纖的收光能力越大B、NA越大，光纖的收光角越大6.8.C、NA越大，光源與光纖的耦合效率越高 有關(guān)光纖的色散曲線，下列哪個(gè)命題是錯(cuò)誤的A、一個(gè)模式都有自己對(duì)應(yīng)的截止頻率C、HE11模是唯一不能截止的模式某單模光纖損耗系數(shù)為0.3dB/km，入纖功率為A、2.7dBmB、3dBm C、1.3dBmD、NA越大，多模光纖的模式色散越小B、光纖歸一化頻率越大，光纖中存在的模式越少D、緊鄰HE11模的高階模是 TE01、TM01、HE21模3dBm，傳輸10km后，輸出功率為 D、0dBm光纖的寬帶與傳輸碼流

36、脈沖展寬之間的關(guān)系是： B、脈沖展寬越寬，光纖帶寬越窄 D、光纖帶寬隨脈沖展寬增大先變大后變小A、脈沖展寬越寬，光纖帶寬越寬C、脈沖展寬與光纖帶寬沒(méi)有關(guān)系10 .光纖線路富余度一般取值為 A、0.5dBB、1dBC、1.5dBD、10dB一.選擇題（下列各題四個(gè)備選答案中只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將其代號(hào)寫(xiě)在題干前面的括號(hào)內(nèi)。每小題10分）1 .1分，共光接收機(jī)靈敏度與傳輸距離的關(guān)系是 A光接收機(jī)靈敏度隨傳輸距離的增加而變高 C傳輸距離增大，靈敏度先變高后變低信號(hào)的碼率，光纖帶寬，傳輸距離三者的關(guān)系為A傳輸距離主要受光纖帶寬的限制BC三者無(wú)明確關(guān)系DB傳輸距離增大，靈敏度先變低后變高D光接收機(jī)靈敏度

37、隨傳輸距離的增加而變低碼率高到一定程度時(shí)，傳輸距離將急劇下降 以上都不對(duì)在光時(shí)域儀測(cè)量光纖損耗的波形中，初始脈沖”是由什么因素引起的 A沿光纖反向傳播受到光纖的損耗引起的B接頭處的光功率損耗引起的C光纖端面的菲涅爾反射引起的D光纖缺陷或光纖斷裂引起的下列哪個(gè)不是光纖色散的測(cè)量方法 A、窄脈沖法B、頻譜分析法C、近場(chǎng)掃描法D、掃描調(diào)制法單模光纖中，在截止波長(zhǎng)附近，不能激發(fā)的模式是A、 LP01 B、 LP11C、 LP02 I單模光纖中不存在的色散是 A、模式色散B、材料色散C、波導(dǎo)色散下列哪些不屬于擴(kuò)大光纖通信容量的途徑 A、多配置光纖B、相干光通信，光孤子技術(shù)與IM-DD系統(tǒng)相比，相干光通信

38、的優(yōu)點(diǎn)不包括A、可使用多種調(diào)制技術(shù)B、光接收機(jī)靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)C、可充分利用光纖的低損耗波譜，增加通信容量D、對(duì)光載波的相干性要求高全光網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是A、充分利用光纖巨大帶寬C、避免電子學(xué)瓶頸10.對(duì)光發(fā)射機(jī)，本征光源的穩(wěn)定度的范圍是A、小于 10MHzB、大于 5MHzB、LP12D、偏振模色散C、DWDMD、改變光波波長(zhǎng)避免光-電-光轉(zhuǎn)換帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性問(wèn)題 以上都是C、小于 100MHz D、大于 100MHz二.計(jì)算題（要求寫(xiě)出主要計(jì)算步驟及結(jié)果。共1 .某拋物線分布光纖，n1=1.5 , =0.001, 10分）（1）包層折射率n2=?（2）光纖的數(shù)值孔徑 NA= ?35分）纖芯

39、直徑2a=50m,當(dāng)用波長(zhǎng) 入0=0.85卩伯勺光激勵(lì)時(shí)，試求：（共2 .一光信號(hào)在光纖中傳播了5000m，功率損耗了3. 均勻光纖纖芯折射率 n1=1.5，工作波長(zhǎng) 入0=1.3 差有何要求？（共8分）4. 一石英光纖，其折射率分布如下：85%，該光纖的損耗為多少 dB/km ?（共5分）芯徑2a=10m,若要保證單模傳輸，則對(duì)相對(duì)折射率1451,444r<4.0/inir >4Qpin（1）該光纖的截止波長(zhǎng)；（2）若該光纖工作波長(zhǎng)為 1?m,縱向傳播常數(shù)與歸一化頻率如下圖所示，試計(jì)算：將支持哪些模式傳輸；在忽略模式相互間的作用和光纖總色散的情況下，試分析這些模式在光纖中傳輸時(shí)的

40、先后 次序。（12分）一. 簡(jiǎn)答題（每小題 5分，共20分）1. 簡(jiǎn)述光纖中包層存在的必要性。2 .簡(jiǎn)述光纖中導(dǎo)模截止和遠(yuǎn)離截止條件的物理意義。3 .應(yīng)用已有的光纖光學(xué)知識(shí)，提高光纖通信容量，應(yīng)如何完善光纖？4 .畫(huà)出偏振無(wú)關(guān)隔離器的結(jié)構(gòu)圖，并簡(jiǎn)述其工作原理。二. 設(shè)計(jì)題（每小題 10分，共20分）1.請(qǐng)用如下器件：980/1550nm的波分復(fù)用耦合器、2/8 Y型耦合器、光環(huán)形器、Bragg光纖光柵、980nm半導(dǎo)體激光器、一段摻鉺光纖，單模光纖若干米，分別構(gòu)成光纖放大器與激光器，畫(huà)出結(jié)構(gòu)示意圖，并簡(jiǎn)單介紹 工作原理。100米可以測(cè)試的光纖與需測(cè)量的光纖具有相2 .有一卷大約幾十公里長(zhǎng)的光纖

41、需要測(cè)量其長(zhǎng)度，現(xiàn)有一段 同的參數(shù)，試設(shè)計(jì)三種測(cè)量方法用以測(cè)量光纖長(zhǎng)度。三. 計(jì)算題（共30分）1.某光纖出現(xiàn)故障，用 OTDR儀表進(jìn)行測(cè)量。OTDR發(fā)射的周期性矩形脈沖的寬度10ns,測(cè)得光脈沖從光纖始端返回光纖始端的時(shí)間為31 s已知光纖纖芯折射率 n1=1.5 ,（1 ）問(wèn)此光纖故障點(diǎn)距始端距離有多長(zhǎng)？（2 ）該OTDR判斷故障點(diǎn)的誤差為多少？（3）若OTDR能測(cè)的損耗范圍為 32dB,想用它測(cè)試78 km的光纜線路，光纜的衰減系數(shù)為 0.3 dB/ km，問(wèn)OTDR 能否看到末端的衰減曲線？2. 某拋物線分布光纖，n1=1.5, =0.001,纖芯直徑2a=50im,當(dāng)用波長(zhǎng) 入0=0

42、.85卩伯勺光激勵(lì)時(shí)，試求：（1） 光纖的最大數(shù)值孔徑；（2）光纖的截止波長(zhǎng)；（3）基模的模場(chǎng)半徑；（4）模式總數(shù)。試卷一答案1.A2.A3.B4.B5.B6.D7.A8.A9.D10.C11.A12.C13.C 14.C 15.C 16.A 17.A18.B19.B20.D客觀題一5.遠(yuǎn)大于工作波長(zhǎng)6.大 7.模式色散 8.材料色散9.波導(dǎo)色散 10.細(xì)11.少 12. n2k0< 313. n1 n2客觀題三1.A2.A3.B4.B5.B6.D7.A8.A9.D10.C客觀題四1.A2.C3.C 4.C5.C6.A7.A8.B9.B10.D客觀題五1.C2.D3.D4.B5.B6.D

43、7.B8.D9.B10.A客觀題六1.D2.B3.C4.C5.A6.A7.D8.D9.D10.A1.D 2.ABD 3.D4.D5.B6.A7.B8.C9.A 10.ABCD客觀題二1.纖芯2.包層3.套層 4.套層主觀題一1、簡(jiǎn)述光有源器件與無(wú)源器件的定義？答：光有源器件：需要外加能源驅(qū)動(dòng)才能工作的器件； 光無(wú)源器件：無(wú)需外加能源驅(qū)動(dòng)即能工作，通過(guò)本身的結(jié)構(gòu)特性即能實(shí)現(xiàn)某些光學(xué)功能的器件。2、 某種光纖的截止波長(zhǎng)為1.5um，請(qǐng)問(wèn)當(dāng)入射波長(zhǎng)為 1.3um和1.65um時(shí)，光纖里傳輸?shù)氖菃文＿€是多模? 答：入射波長(zhǎng)為1.3um和1.65um時(shí)分別傳輸?shù)氖菃文Ｅc多模。3、畫(huà)出LP4 , 5模式的模斑圖4、光纖中的基模能否被截止，為什么？答：不能。因?yàn)楣饫w半徑不可能為0,入射波長(zhǎng)也不可能為無(wú)窮大。5、為什么現(xiàn)代通信中的傳輸手段大量使用光纜而不使用金屬電纜？答：光纖