2014年光电子技术思考题答案

2014年光电子技术思考题答案

１．已知一阶跃光纤芯区和包层折射率分别为n1=1.62, n2=1.52

(a) 试计算光纤的数值孔径NA=? (b) 计算空气中该光纤的最大入射角?M=? (c) 如果将光纤浸入水中（n水=1.33），?M=？

２．设阶跃光纤的数值孔径NA=0.2,芯(半)径a=60um，?0=0.9um,计算光纤传输的总模数。

３．欲设计阶跃单模光纤，其芯折射率为n1=1.5,?=0.005,试分别计算波长为?0=1.3um和?0=0.6328um的最大芯(半)

径。

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４．设一根光纤的芯的折射率n1=1.532，包层的折射率n2=1.530

(a)计算临界角；

(b)设一条光线沿轴向传播，另一条光线以临界角入射到包层上，试求轴向光线传播１公里后两光线的滞后；

５．已知一直圆柱形阶跃光纤，纤芯和包层折射率分别为n1=1.62, n2=1.52，其芯线直径d=10um，弯曲后的曲率半

径R=1.0cm

(a) 试计算放在空气中子午光线的最大入射角?M？(所有子午光线都全反射)

(b) R值低于多少时，子午光线便不再在内表面上反射？（入射角?0=?M）(只要有一条子午光线做到就可以) (c) 对该光纤，要使最大孔径角?M增大到90°，则n2最大应等于多少？(设纤芯的折射率保持一定。) (d) 当?M=90°时，出射光会不会在光纤的出射端面上发生反射？(试分析之)

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６．已知“习题5”中的圆柱形阶跃光纤的入射端面有?=10°倾角，出射端面仍垂直于轴线

(a) 试计算放在空气中光纤的最大入射角?max。

(b) 要使?max=90°，该光纤的数值孔径NA至少要多少？这一光线（?M=90°）会不会在出射端面内发生全

反射？

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7. 将50mw的光注入300m长的光纤中。如果在另一端接收到的功率为30mw，试问每公里光纤的损耗是多少（用

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dB/km表示）？如果光纤长５公里，输出功率将是多少？

8. 使用棱镜耦合将光耦合进入单模光纤中，若棱镜系统的数值孔径NA是0.3，光源波长是532.8nm，如果想要单模光纤与棱镜系统的数值孔径匹配，则其纤芯最大可以是多少？试从结果讨论其可行性。

2.41?=>a<4.28um

cN.A.一般单模光纤的纤芯在10um左右，如果纤芯太小，会增加传输损耗，不能进行长距离的传输，所以在设计光纤通信系统时需要注意纤芯以及耦合方式的设计。

答：单模光纤需要满足：

?a*N.A.?2.41=>a?

9．梯度折射率光纤的折射率分布满足n2(r)= n2(0)(1-α2r2),其中α=140rad.mm-1,试求当近轴光纤入射时，光纤中光线每传播一周期的长度L？

10．已知自聚焦棒轴线折射率1.5，周期48mm，用它制造超短焦距透镜作光纤耦合器，求该自聚焦透镜的长度和焦距。

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