光纤光学与光纤应用技术

光纤光学课后答案

【篇一：光纤应用习题解第1-7章】

>1．详述单模光纤和多模光纤的区别（从物理结构，传播模式等方面）

a：单模光纤只能传输一种模式，多模光纤能同时传输多种模式。单模光纤的折射率沿截面径向分布一般为阶跃型，多模光纤可呈多种形状。纤芯尺寸及纤芯和包层的折射率差：单模纤芯直径在10um左右，多模一般在50um以上；单模光纤的相对折射率差在0.01以下，多模一般在0.01—0.02之间。

2．解释数值孔径的物理意义，并给出推导过程。

a:：na的大小表征了光纤接收光功率能力的大小，即只有落入以?m为半锥角的锥形区域之内的光线，才能够为光纤所接收。 3．比较阶跃型光纤和渐变型光纤数值孔径的定义，可以得出什么结论？

a：阶跃型光纤的na与光纤的几何尺寸无关，渐变型光纤的na是入射点径向坐标r的函数，在纤壁处为0，在光纤轴上为最大。 4．相对折射率差的定义和物理意义。 n12-n22n1-n2 a：d= 2n12n1

d的大小决定了光纤对光场的约束能力和光纤端面的受光能力。 5．光纤的损耗有哪几种？哪些是其固有的不能避免，那些可以通过工艺和材料的改进得以降低？

a：固有损耗：光纤材料的本征吸收和本征散射。 非固

光纤光学课后答案

【篇一：光纤应用习题解第1-7章】

>1．详述单模光纤和多模光纤的区别（从物理结构，传播模式等方面）

a：单模光纤只能传输一种模式，多模光纤能同时传输多种模式。单模光纤的折射率沿截面径向分布一般为阶跃型，多模光纤可呈多种形状。纤芯尺寸及纤芯和包层的折射率差：单模纤芯直径在10um左右，多模一般在50um以上；单模光纤的相对折射率差在0.01以下，多模一般在0.01—0.02之间。

2．解释数值孔径的物理意义，并给出推导过程。

a:：na的大小表征了光纤接收光功率能力的大小，即只有落入以?m为半锥角的锥形区域之内的光线，才能够为光纤所接收。 3．比较阶跃型光纤和渐变型光纤数值孔径的定义，可以得出什么结论？

a：阶跃型光纤的na与光纤的几何尺寸无关，渐变型光纤的na是入射点径向坐标r的函数，在纤壁处为0，在光纤轴上为最大。 4．相对折射率差的定义和物理意义。 n12-n22n1-n2 a：d= 2n12n1

d的大小决定了光纤对光场的约束能力和光纤端面的受光能力。 5．光纤的损耗有哪几种？哪些是其固有的不能避免，那些可以通过工艺和材料的改进得以降低？

a：固有损耗：光纤材料的本征吸收和本征散射。 非固

一、选择题（下列各题四个备选答案中只有一个正确答案，请将其代号写在题干前面的括号内。每小题1.5分，共30分）

1 有关光纤中传输的模式，下列哪一个命题是错误的？

A、对于结构参数给定的光纤，其中传输的模式是唯一确定的； B、TE01、TM01和HE21模具有相同的截止频率； C、一个模式都有自己对应的截止频率； D、HE11模是唯一不能截止的模式。

2 光纤中能够支持的模式由光纤波导本身决定，但光纤中能够激励出的模式与很多因素有关，问光纤中实际能够激励出的模式与下列哪些因素无关：

A、入射光源的光功率； B、入射介质的折射率； C、光的入射角； D、入射点的位置。

3 主模式号为14的模群中所含的精确模式总数为：

A、14；B、26；C、28；D、7

4 通常将光纤通信划分为三个传输窗口，其主要原因是：

—

A、光纤的弯曲损耗； B、OH吸收损耗； C、过渡金属离子吸收； D、瑞利散射损耗。 5

线偏振模的模斑为：

A、径向亮斑数为B、径向亮斑数为C、径向亮斑数为

，角向亮斑数为，而且中心为暗； ，角向亮斑数为，而且中心为暗； ，角向亮斑数为，而且中心为亮；

D、径向亮斑数为，角向亮斑数

一、选择题（下列各题四个备选答案中只有一个正确答案，请将其代号写在题干前面的括号内。每小题1.5分，共30分）

1 有关光纤中传输的模式，下列哪一个命题是错误的？

A、对于结构参数给定的光纤，其中传输的模式是唯一确定的； B、TE01、TM01和HE21模具有相同的截止频率； C、一个模式都有自己对应的截止频率； D、HE11模是唯一不能截止的模式。

2 光纤中能够支持的模式由光纤波导本身决定，但光纤中能够激励出的模式与很多因素有关，问光纤中实际能够激励出的模式与下列哪些因素无关：

A、入射光源的光功率； B、入射介质的折射率； C、光的入射角； D、入射点的位置。

3 主模式号为14的模群中所含的精确模式总数为：

A、14；B、26；C、28；D、7

4 通常将光纤通信划分为三个传输窗口，其主要原因是：

—

A、光纤的弯曲损耗； B、OH吸收损耗； C、过渡金属离子吸收； D、瑞利散射损耗。 5

线偏振模的模斑为：

A、径向亮斑数为B、径向亮斑数为C、径向亮斑数为

，角向亮斑数为，而且中心为暗； ，角向亮斑数为，而且中心为暗； ，角向亮斑数为，而且中心为亮；

D、径向亮斑数为，角向亮斑数

一、选择题（下列各题四个备选答案中只有一个正确答案，请将其代号写在题干前面的括号内。每小题1.5分，共30分）

1 有关光纤中传输的模式，下列哪一个命题是错误的？

A、对于结构参数给定的光纤，其中传输的模式是唯一确定的； B、TE01、TM01和HE21模具有相同的截止频率； C、一个模式都有自己对应的截止频率； D、HE11模是唯一不能截止的模式。

2 光纤中能够支持的模式由光纤波导本身决定，但光纤中能够激励出的模式与很多因素有关，问光纤中实际能够激励出的模式与下列哪些因素无关：

A、入射光源的光功率； B、入射介质的折射率； C、光的入射角； D、入射点的位置。

3 主模式号为14的模群中所含的精确模式总数为：

A、14；B、26；C、28；D、7

4 通常将光纤通信划分为三个传输窗口，其主要原因是：

—

A、光纤的弯曲损耗； B、OH吸收损耗； C、过渡金属离子吸收； D、瑞利散射损耗。 5

线偏振模的模斑为：

A、径向亮斑数为B、径向亮斑数为C、径向亮斑数为

，角向亮斑数为，而且中心为暗； ，角向亮斑数为，而且中心为暗； ，角向亮斑数为，而且中心为亮；

D、径向亮斑数为，角向亮斑数

第二章 多传感器的光网络技术 2．2．1 网络损耗的主要来源

1．弯曲引起的光纤损耗（弯曲损耗） 弯曲损耗： 宏弯损耗 微弯损耗 1）光纤的宏弯损耗:曲率半径在一个临界值

Rc，R?Rc时附加损耗可以忽略不计；否则，

弯曲损耗指数增加。确定R值是很重要的。多模光纤R?1cm时，附加损耗可以忽略不计。

2）光纤的微弯损耗（1）多模光纤的微弯损耗多模光纤在微弯时，主要是相邻模之间发生耦2合 弯波矢量

k'?kc（微弯周期l?lc）时，损耗最大。

l?lc处的主衰减峰的谱宽为2lc/L，

主衰减峰两侧还有次极大出现。③损耗与微弯振幅A2d（平方）成正比（这一点可以加以利

用）。④损耗与微弯总长度L成正比。

（2）单模光纤的微弯损耗 模斑半径越小，损耗越小。 2．光纤和光源的耦合损耗

1）半导体激光器和光纤的耦合损耗

半导体激光器发出的光不是圆的光班，其发散角在互为垂直的方向上也不一样大。

??I?x,y,z??A?z?exp???2???x?2????2z????y???????????x????y?????x???? 其中

???y??z0x，

??0y

（1）直接耦合的损耗

直接耦合：将光纤端面直接指向激光器发光面（点）。 举例：光纤NA=0

光纤传感技术及其军事应用

王丹阳

（电子工程学院 20123949）

摘要：文章简述了光纤传感技术和光纤传感器在军事上的重要应用状况，以光纤陀螺为例进行了详细说明，最后简述了光纤传感技术在军事上的发展趋势。 关键词：光纤传感技术 光纤传感器 光纤传感网络 光纤陀螺

1.引言

随着传统通信技术的发展和成熟，光通信技术正朝着超高速、大容量通信的方向发展。而光纤传感技术正是伴随着光纤技术和光纤通信技术的发展而发展起来的一种传感技术【1】。

早在 20 世纪60年代中期就出现了第一个关于光纤传感器专利以来，至今几十年，传感技术成为一项令当今世人瞩目的迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术和计算机技术构成信息产业的三大支柱。

2.光纤传感技术研发进展 2.1光纤传感技术

随着光纤传感技术的发展，传统的通信用光纤及光纤器件已经无法满足传感技术日益发展的需要，在一定程度上制约了光纤传感技术发展速度【2-3】。因而，世界各国将传感用光纤列为光纤技术领域中的重要研究课题之一。

目前,主要通过5种途径研发传感光纤：①对石英光纤进行某些特殊处理，使之获得传感器所需要的特性，这是早期光纤传感器所需要的光纤。②改变光纤结构

光纤传感技术及其军事应用

王丹阳

（电子工程学院 20123949）

摘要：文章简述了光纤传感技术和光纤传感器在军事上的重要应用状况，以光纤陀螺为例进行了详细说明，最后简述了光纤传感技术在军事上的发展趋势。 关键词：光纤传感技术 光纤传感器 光纤传感网络 光纤陀螺

1.引言

随着传统通信技术的发展和成熟，光通信技术正朝着超高速、大容量通信的方向发展。而光纤传感技术正是伴随着光纤技术和光纤通信技术的发展而发展起来的一种传感技术【1】。

早在 20 世纪60年代中期就出现了第一个关于光纤传感器专利以来，至今几十年，传感技术成为一项令当今世人瞩目的迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术和计算机技术构成信息产业的三大支柱。

2.光纤传感技术研发进展 2.1光纤传感技术

随着光纤传感技术的发展，传统的通信用光纤及光纤器件已经无法满足传感技术日益发展的需要，在一定程度上制约了光纤传感技术发展速度【2-3】。因而，世界各国将传感用光纤列为光纤技术领域中的重要研究课题之一。

目前,主要通过5种途径研发传感光纤：①对石英光纤进行某些特殊处理，使之获得传感器所需要的特性，这是早期光纤传感器所需要的光纤。②改变光纤结构

第二章 多传感器的光网络技术 2．2．1 网络损耗的主要来源

1．弯曲引起的光纤损耗（弯曲损耗） 弯曲损耗： 宏弯损耗 微弯损耗 1）光纤的宏弯损耗:曲率半径在一个临界值

Rc，R?Rc时附加损耗可以忽略不计；否则，

弯曲损耗指数增加。确定R值是很重要的。多模光纤R?1cm时，附加损耗可以忽略不计。

2）光纤的微弯损耗（1）多模光纤的微弯损耗多模光纤在微弯时，主要是相邻模之间发生耦2合 弯波矢量

k'?kc（微弯周期l?lc）时，损耗最大。

l?lc处的主衰减峰的谱宽为2lc/L，

主衰减峰两侧还有次极大出现。③损耗与微弯振幅A2d（平方）成正比（这一点可以加以利

用）。④损耗与微弯总长度L成正比。

（2）单模光纤的微弯损耗 模斑半径越小，损耗越小。 2．光纤和光源的耦合损耗

1）半导体激光器和光纤的耦合损耗

半导体激光器发出的光不是圆的光班，其发散角在互为垂直的方向上也不一样大。

??I?x,y,z??A?z?exp???2???x?2????2z????y???????????x????y?????x???? 其中

???y??z0x，

??0y

（1）直接耦合的损耗

直接耦合：将光纤端面直接指向激光器发光面（点）。 举例：光纤NA=0

光纤通信的特点

光纤通信以其独特的优越性成为当今信息传输的主要手段，与卫星通信、微波通信共同

支撑着全球通讯网，同时80﹪以上的信息在光纤中传送，光复用技术已极大地提高了网络的传输容量，而全光传送网将是光纤通信技术的发展方向。

1、 巨大的传输容量

这是光纤通信优于其他通信的最显著特点。现在光纤通信使用的频率为1014—1015Hz

数量级，比常用的微波频率高104—105倍，因而信息容量理论上比微波高出104—105倍。梯度多模光纤每公里带宽可达数GHz，单模光纤带宽可达数百THz数量级。

注：（1T=103G=106M=109K=1012单位常量）

2、 极低的传输衰耗

多模光纤在850nm波长下的衰减系数为0.8—2.0dB/Km，在1300 nm波长下的衰减系数

为0.8—1.5dB/Km ；单模光纤在1310nm波长下的衰减系数为0.3—0.45dB/Km，在1550nm波长下的衰减系数为0.2—0.28dB/Km。与其相比，同轴电缆对60MHz信号的衰耗为19dB/Km，市话电缆对4MHz信号的衰耗为20dB/Km，所以光纤传输比电缆传输中继距离要大得多。

3、 抗电磁干扰

光纤由介电材料制成，不怕电磁干扰，