習(xí)題1.階躍型光纖和漸變型光纖的主要區(qū)別是什么？答：階躍型光纖的纖芯折射率n1沿半徑方向保持一致，包層折射率n2沿半徑方向也保持一定，而纖芯和包層的折射率在邊界處呈階段型變化。漸變型光纖的纖芯折射率n1隨半徑加大而減小，而包層中的折射率n2是均勻的2.什么是弱導(dǎo)波光纖？為什么標(biāo)量近似解只適用于弱導(dǎo)波光纖？答：纖芯折射率n1與包層折射率n2差極小時(shí)，這種光纖稱為弱導(dǎo)波光纖在弱導(dǎo)報(bào)光纖中，光射線幾乎與光纖軸平行，因此弱導(dǎo)波光纖中的E和H幾乎與光纖軸線垂直，所以對(duì)于弱波導(dǎo)光纖中的E和H分布是一種近似的TEM波，這種波具有橫向場(chǎng)的極化方向在傳輸過程中保持不變的橫電磁波，可以看成為線極化波。而E和H近似在橫截面上，而且空間指向基本不變，這樣就可把一個(gè)大小和方向都沿傳輸方向變化的空間矢量E變?yōu)檠貍鬏敺较蚱浞较虿蛔兊臉?biāo)量E，因此，它將滿足標(biāo)量的亥姆霍茲方程3.什么是光纖的數(shù)值孔徑？在階躍型光纖中，數(shù)值孔徑為什么等于最大射入角的正弦？答：光纖捕捉光射線能力的物理量被定義為光纖的數(shù)值孔徑在階躍型光纖中，由于纖芯中的折射指數(shù)n1是不變的，因此纖芯中的各點(diǎn)數(shù)值孔徑不隨半徑r變化，所以只要小于最大入射角的所有射線均可被光捕捉4.什么是光纖的歸一化頻率？如何判斷某種模式能否在光纖中傳輸？答：光纖的歸一化頻率是一個(gè)直接與光的頻率成正比的無量綱的重要參量，它僅僅決定于光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)和波長(zhǎng)。定義為它的平方為導(dǎo)波的徑向歸一化相位常數(shù)與導(dǎo)波的徑向歸一化衰減常數(shù)的平方和對(duì)于階躍型光纖，運(yùn)用標(biāo)量解的特征方程解出方程中的U（或W），從而確定傳輸常數(shù)β，分析其傳輸特性；對(duì)于漸變型光纖，也是通過確定出傳輸常數(shù)β，從而分析其傳輸特性5.為什么說采用漸變型光纖可以減小光纖中的模式色散？答：模式色散是由于不同模式的光功率脈沖沿不同軌跡傳輸，由于每個(gè)模式的軸向傳輸速度不同，于是它們?cè)谙嗤墓饫w長(zhǎng)度上到達(dá)某一點(diǎn)所需要的時(shí)間不同，從而使得沿光纖行進(jìn)的脈沖在時(shí)間上展寬。而漸變型光纖利用了n隨r變化的特點(diǎn)，消除了模式色散6.試推導(dǎo)漸變型光纖子午線的軌跡方程答：P19

如式：2-2-187.什么是單模光纖？其單模傳輸條件是什么？答：?jiǎn)文９饫w是在給定的工作波長(zhǎng)上，只傳輸單一基模的光纖在階躍單模光纖中，只傳輸LP01（或稱HE11）模。因?yàn)長(zhǎng)P01模的歸一化截至頻率為

Vc(LP11)=2.40483

而模式的傳輸條件是V>Vc可傳，V≤Vc截至，因此，要保證光纖中只傳輸LP01一個(gè)模式則必須要求：

VC(LP01)<V<VC(LP11)即：0<V<2.404838.什么是單模光纖的雙折射？答：在單模光纖中，電場(chǎng)沿x方向或y方向偏振的偏振模LPx及LPy，當(dāng)它們的相位常數(shù)不相等時(shí)（即βx≠βy），這種現(xiàn)象稱為模式的雙折射9.什么是光纖的色散？色散的大小用什么來描述？色散的單位是什么？答：光纖中傳送的信號(hào)是由不同的頻率成分和不同的模式成分構(gòu)成的，它們有不同的傳輸速度，將會(huì)引起脈沖波形的形狀發(fā)生變化。從波形在時(shí)間上展寬的角度去理解，也就是光脈沖在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的加大，脈沖波形在時(shí)間上發(fā)生了展寬，這種現(xiàn)象稱為光纖的色散10.什么是模式色散？材料色散？波導(dǎo)色散？答：模式色散：光纖中的不同模式，在同一波長(zhǎng)下傳輸，各自的相位常數(shù)βmn不同所引起的色散材料色散：由于光纖材料本身的折射指數(shù)n和波長(zhǎng)λ呈非線性關(guān)系，從而使光的傳播速度隨波長(zhǎng)而變化所引起的色散波導(dǎo)色散：光纖中同一模式在不同的頻率下傳輸時(shí)，其相位常數(shù)不同所引起的色散11.什么是光纖的非線性效應(yīng)？答：在強(qiáng)光場(chǎng)的作用下，光波信號(hào)和光纖介質(zhì)相互作用的一種物理效應(yīng)。主要包括兩類：一類是由于散射作用而產(chǎn)生的非線性效應(yīng)，如受激拉曼散射及布里淵散射；另一類是由于光纖的折射指數(shù)隨光強(qiáng)度變化而引起的非線性效應(yīng)12.什么是受激拉曼散射和受激布里淵散射？答：如設(shè)入射光的頻率為f0，介質(zhì)分子振動(dòng)頻率為fv，則散射光的頻率為：fs=f0士fv，這種現(xiàn)象稱為受激拉曼散射受激布里淵散射與受激拉曼散射相比較物理過程很相似，都是在散射過程中通過相互作用，光波與介質(zhì)發(fā)生能量交換，但受激布里淵散射所產(chǎn)生的斯托克斯波在聲頻范圍，其波的方向和泵浦光波方向相反，而受激拉曼散射所產(chǎn)生的斯托克斯波在光頻范圍，其波的方向和泵浦光波方向一致13.自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制以及四波混頻的基本概念是什么？答：光脈沖在傳輸過程中由于自身引起的相位變化而導(dǎo)致光脈沖頻譜展寬的這種現(xiàn)象稱為自相位調(diào)制由光纖中某一波長(zhǎng)的光強(qiáng)對(duì)同時(shí)傳輸?shù)牧硪徊煌ㄩL(zhǎng)的光強(qiáng)度所引起的非線性相移，稱為交叉相位調(diào)制由三階電極化率x參與的三階參量過程，由于光纖中非線性效應(yīng)的存在，光波之間會(huì)產(chǎn)生能量交換，三階電極化率將會(huì)引起第四種頻率的光波出項(xiàng)，該光波可以是三個(gè)入射光波頻率的各種組合，因而產(chǎn)生四波混頻現(xiàn)象14.什么是光孤子通信？答：光孤子通信是利用光孤子來實(shí)現(xiàn)在光纖中所傳輸?shù)墓庑盘?hào)能夠保持其脈沖波形的穩(wěn)定，從而提高系統(tǒng)的傳輸距離15.弱導(dǎo)波階躍光纖纖芯和包層的折射指數(shù)分別為n1=1.5，n2=1.45，試計(jì)算：（1）纖芯和包層的相對(duì)折射指數(shù)差（2）光纖的數(shù)值孔徑NA解：（1）是弱導(dǎo)波光纖可用公式：

代入n1，n2得：

（2）代入（1）中的可得：16.已知階躍光纖纖芯的折射指數(shù)為n1=1.5，相對(duì)折射指數(shù)差、纖芯半徑a=25μm，若λ0=1μm，計(jì)算光纖的歸一化頻率值及其中傳播的模數(shù)量。解：又代入數(shù)據(jù)可得歸一化頻率為：代入數(shù)據(jù)可得：17.階躍型光纖，若n1=1.5，λ0=1.31μm，（1）若，當(dāng)保證單模傳輸時(shí)，纖芯半徑a應(yīng)取多大？（2）若去纖芯半徑a=5μm，保證單模傳輸時(shí)，