光纤作业及答案.docVIP

第一次作业

1、公式推导:单位长度光纤中斜光线得光路长度与反射次数分别为(1）=1/cｏs＝(２)==。

解:(1)如图1、２、２所示,设沿光纤得径向方向总长度为L,则根据图中所示三角函数关系,得S＝L/cｏs其中L＝+＋…＋(将光纤分割,在一小段上光路近似为直线)

=／ｃoｓ,=/cos,…,=/cｏs

从而得=++…+＝L/cｏｓ

于就是,单位长度中光线路程为=1/coｓ＝。

(2）在沿横向方向上,光线传播得平面与光轴平面有一角r,则光线在横向上传播得总距离为,从而总反射次数＝，

于就是，单位长度中得光线总得全反射次数

==

2、推导光线方程:

解：

由在各向同性媒质中程函方程,取光线得某一点得单位方向矢量

从而

第二次作业

见课本公式Ｐ２2-P26

第三次作业

1、什么就是光纤，其传输得基本原理？

答:光纤就是光导纤维得简称。它就是工作在光波波段得一种介质波导,通常就是圆柱形。它把以光得形式出现得电磁能量利用全反射得原理约束在其界面内,并引导光波沿着光纤轴线得方向前进。

2、光纤得分类?

答：光纤有三种分类方式:按光纤得传输模式、折射率分布、材料进行分类。

按传输模式分为单模光纤与多模光纤;

按折射率分布分为阶跃折射率光纤与渐变折射率光纤；

按材料分为石英光纤、多组分玻璃光纤、塑料光纤、液芯光纤与晶体光纤。

３、已知SI光纤,n1=１、4６,△=0、005,

(1）当波长分别为0、8５ｕm、1、3um与1、5５um时,要保证单模传输ａ范围就是多少？

解:由单模条件得V=2、４048可得:

单模光纤尺寸为＝１、202／[（）]

因为=1－=０、０05而＝１、46,所以=1、４５27

当=0、8５um时,２、2３;

当＝1、3um时,3、４1

当=1、55um时，4、0７

(２)如果a=8um,则要保证单模传输波长范围就是多少?

解:［（)］／1、2０2，将=1、46,=1、45２

代入得＞3、０５uｍ

4、全反射产生条件就是什么？

答：当光线从光密介质进入光疏介质时即ｎ1ｎ2,入射角大于临界角时发生全反射。

５、下列条件中,横电磁模（TEＭ)就是(Ｃ),横电模(TE)就是(B),横磁模(TM)就是(A),混杂模(HE或ＥH)就是(D)。

A、Ez≠0,Ｈｚ＝0；B、Ｅｚ＝0,Hｚ≠0;

C、Eｚ＝Hz＝０;D、Ｅz≠0,Hz≠0。

６、已知SI光纤,ｎ1=１、55,波长为0、8５um,光纤芯半径为5ｕｍ,则要保证单模传输包层折射率应取范围就是多少?

解:由单模条件Ｖ=2、4048,可得

1、２０２＞（)

代入数值得1、54９,又

所以1、54９＜1、5５

７、设介质各向同性而且均匀,试证明射线就是走直线得。

证明：由射线方程

∴射线就是走直线得

8、已知一阶跃折射率光纤,n1=１、５5,n２=1、46,ａ=2um,求当波长为1、31ｕm时,可能传输得模式有那些？

解：V=

=

代入数值得V＝4、9９

满足上述V得Lp模有：Ｌp01、Ｌp11、Lｐ２1、Ｌp０2

矢量模有:HE１1、HE21、TＥ０1、TＭ０1、EH１1、HE３１、HE12。

9．＝=１、48,=１、473,光纤长度L=０、3Ｋm,＝0、0047,求GI,SI得模式色散？

解:=1-==0、０0４７

SI:[]==0、０047=2、32

[]=6、9６ns

ＧI:[]=［]＝5、45

[]=１6、３５ps

第四次作业:

2、１试比较多模光纤与单模光纤色散产生得原因与大小。

答:光纤得色散有四种:(1)多模色散就是由于各模式之间群速度不同而产生得色散。由于各模式以不同时刻到达光纤出射端而使脉冲展宽。计算分两种:SＩ:

ＧI:

(2)波导色散就是由于某一传播模得群速度对于光得频率(或波长)不就是常数,同时光源得谱线又有一定宽度。

(3)材料色散就是由于光纤材料得折射率随入射光频率变化而产生得色散。

（4）偏振色散就是由于光脉冲由同一波长光得同一模式运载,因不同得偏振态光得群速度不同导致得脉冲展宽。

多模光纤中色散主要就是多模色散,材料色散与波导色散比较少,且有ΔτmΔτw。

单模光纤中色散主要就是波导色散、材料色散与偏振模色散。其总色散参数。总色散为

且也有ΔτmΔτｗ。

2、2减少光纤中损耗得主要途径就是什么?

答:光纤中得损耗主要有吸收损耗与散射损耗。其中吸收损耗就是由制造光纤材料本身以及其中得过渡金属