蘇州大學(xué)《導(dǎo)波光學(xué)基礎(chǔ)》2023-2024學(xué)年期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______題號一二三四五總分得分一、填空題（每題2分，共20分）光纖的基本結(jié)構(gòu)由_______、_______和_______組成。在光纖制造過程中，兩個基本步驟是_______和_______。單模光纖是指_______在光纖中傳播的光纖。弱導(dǎo)光纖是指_______的光纖。一般情況下，光纖中傳輸?shù)哪Ｊ接衉_____。等離子表面波只存在于分界面兩側(cè)_______的情況。光波導(dǎo)理論的核心是_______。已知光纖的纖芯折射率是n1，包層折射率是n2，模折射率是N，則光纖的數(shù)值孔徑平板波導(dǎo)中，導(dǎo)模存在的條件是_______。光纖光柵是利用_______效應(yīng)制成的。二、選擇題（每題3分，共15分）以下哪種光纖最適合長距離、高速率的通信傳輸？（）A.多模階躍光纖B.多模漸變光纖C.單模光纖D.塑料光纖當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，發(fā)生全反射的條件是（）A.入射角大于臨界角B.入射角小于臨界角C.入射角等于臨界角D.與入射角無關(guān)條形介質(zhì)波導(dǎo)中，常用的近似求解方法是（）A.馬卡梯里近似B.有限元法C.時域有限差分法D.邊界元法以下哪種耦合器是利用周期性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)模式耦合的？（）A.棱鏡耦合器B.光柵耦合器C.尖劈形薄膜耦合器D.定向耦合器光纖中的色散不包括以下哪種？（）A.模式色散B.材料色散C.波導(dǎo)色散D.偏振色散三、簡答題（每題10分，共30分）簡述菲涅爾公式、布儒斯特定律與布儒斯特角的含義，并說明其在導(dǎo)波光學(xué)中的應(yīng)用。說明三層及多層階躍型波導(dǎo)的模式本征方程、截止條件的意義，并簡述模式本征方程的求解方法。闡述波導(dǎo)中的電光調(diào)制與聲光調(diào)制原理，并舉例說明電光與聲光效應(yīng)可形成的波導(dǎo)調(diào)制器件。四、計算題（每題15分，共15分）已知一弱導(dǎo)光纖，纖芯折射率n1=1.46，包層折射率n（1）該光纖的數(shù)值孔徑NA；（2）光在光纖中傳輸10km后的時延差（假設(shè)光在真空中的速度為c=五、論述題（每題20分，共20分）詳細(xì)論述耦合模理論在光波導(dǎo)中的應(yīng)用，包括同向耦合與反向耦合的原理、特點(diǎn)以及在實(shí)際波導(dǎo)器件中的應(yīng)用實(shí)例（至少列舉兩個）。試卷【參考答案】一、填空題纖芯、包層、涂覆層預(yù)制棒制備、拉絲只允許一種模式（基模）纖芯和包層折射率差很小傳導(dǎo)模、輻射模、泄漏模介電常數(shù)異號求解滿足邊界條件的麥克斯韋方程組NA相位匹配條件和橫向諧振條件光纖的光敏二、選擇題C2.A3.A4.B5.D三、簡答題菲涅爾公式：描述了光在兩種不同介質(zhì)分界面上反射和折射時，反射光和折射光的振幅、相位與入射角、折射角以及兩種介質(zhì)的光學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系。布儒斯特定律：當(dāng)自然光以某一特定角度（布儒斯特角）入射到兩種介質(zhì)的分界面時，反射光為線偏振光，且其振動方向垂直于入射面。布儒斯特角：滿足布儒斯特定律時的入射角。在導(dǎo)波光學(xué)中，這些理論可用于分析光波在波導(dǎo)分界面的反射和折射情況，例如在設(shè)計波導(dǎo)耦合器、光隔離器等器件時，可利用布儒斯特角實(shí)現(xiàn)特定偏振態(tài)光的傳輸和控制。模式本征方程：用于確定波導(dǎo)中能夠存在的模式及其特征參數(shù)（如傳播常數(shù)等）的方程。它反映了波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、介質(zhì)參數(shù)與模式特性之間的內(nèi)在聯(lián)系。截止條件：確定波導(dǎo)中某個模式能否傳輸?shù)慕缦迼l件。當(dāng)滿足截止條件時，該模式將不能在波導(dǎo)中傳播。求解模式本征方程的方法有多種，對于簡單的階躍型波導(dǎo)，可通過分離變量法求解麥克斯韋方程組得到解析解；對于復(fù)雜的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，常采用數(shù)值方法，如有限元法、時域有限差分法等。電光調(diào)制原理：利用電光效應(yīng)，即某些介質(zhì)在電場作用下，其折射率會發(fā)生變化，從而改變光波在介質(zhì)中的傳播特性，實(shí)現(xiàn)對光信號的調(diào)制。例如，利用泡克爾斯效應(yīng)（線性電光效應(yīng)）可制作電光調(diào)制器，通過控制外加電場強(qiáng)度來改變光波的相位、振幅或偏振態(tài)。聲光調(diào)制原理：基于聲光效應(yīng)，即聲波在介質(zhì)中傳播時會引起介質(zhì)的彈性應(yīng)變，導(dǎo)致介質(zhì)的折射率發(fā)生周期性變化，形成超聲光柵，當(dāng)光通過該介質(zhì)時，會發(fā)生衍射，通過控制聲波的頻率、強(qiáng)度等參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對光信號的調(diào)制。例如，聲光調(diào)制器可用于激光束的頻率調(diào)制、光開關(guān)等。四、計算題（1）數(shù)值孔徑NA（2）光在纖芯中的傳播速度v1=c時延差Δ將L=10×103m，Δ五、論述題耦合模理論：描述了波導(dǎo)中不同模式之間或不同波導(dǎo)之間的能量耦合現(xiàn)象。其基本思想是，當(dāng)存在微擾（如波導(dǎo)結(jié)構(gòu)變化、介質(zhì)參數(shù)變化等）時，一個模式的能量會向其他模式轉(zhuǎn)移。同向耦合原理：兩個相互靠近的波導(dǎo)中，光波在傳播過程中，能量會在兩個波導(dǎo)的模式之間相互轉(zhuǎn)移，且能量轉(zhuǎn)移的方向與光波傳播方向相同。特點(diǎn)是耦合長度相對較短，可用于制作定向耦合器等器件，如在光通信系統(tǒng)中用于光信號的分路、合路。反向耦合原理：能量在兩個模式之間的轉(zhuǎn)移方向與光波傳播方向相反。這種耦合方式在制作光纖光柵等器件中有重要應(yīng)用，光纖光柵可用于波長選擇、光濾波等。例如，在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中，光纖光柵可作為濾波器，從眾多波長的光