考研英语

光电子科学与工程学院二〇〇九级

《光纤光学》考试试卷

专业： 班级： 姓名： 学号： 题 号 得 分 阅卷人 一 二 三 四 总分 一、 选择题（下列各题四个备选答案中有一个正确答案，请将其代号写在题干前面的括号内。每小题2分，共30分） （ C ）1 光纤中关于模式论述正确的是：

A、 光纤中存在TEM、TE、TM以及混杂模； B、 SIOF中基模截止时对应的归一化频率为2.405； C、 不同的模式可有相同的本征值； D、 光纤中不同的模式对应不同的频率。

（ A ）2 光纤可按下列何种不同而分为单模和多模光纤：

A、 光纤传输特性； B、 光纤材料； C、 光纤折射率分布； D、 光纤特殊用途。

（ A ）3 隔离器正向输入光功率为0dBm时，输出光功率为-0.1dBm；反向输入光功率为2mW时，反向输出功率为1nW。那么该隔离器的隔离度约为：

A、 63dB； B、 0.1dB； C、 1.9dB； D、 60dB。

（ Ａ ）4 以下论述正确的是：

A、倾斜光线行进中始终不会与纤轴相交； B、辐射模对应的是受约束的模式； C、阶跃折射率光纤可用于传输图像；

D、任意光纤端面任一点的数值孔径是相同的。

（ D ）5 随着技术的发展，光纤的损耗被不断降低，但是它的降低却存在

着极限，产生这个极限的主要原因是： A、过渡金属离子吸收； B、OH根吸收； C、弯曲损耗； D、瑞利散射。

（ C ）6 色散位移光纤的实现是通过改变哪种色散，从而达到移动零色

散点的目的： A、 模式色散； B、 材料色散； C、 波导色散；

D、偏振模色散。

（ A ）7 已知V=10，则平方律光纤中支持传输的模式总数近似为：

A、25； B、10；

C、11； D、50。

（ A ）8 现有一个2×2定向耦合器，耦合分光比为10:90，从它的1、2

端口同时输入同波长功率均为P0的光波，则在1端口的直通端的光功率为： A、P0； B、0.1P0； C、0.9P0； D、2P0。

（ B ）9 G.655光纤同G.652最大的区别是：

A、 工作在C波段支持的模式数目不同； B、 1550nm处色散量不同； C、 G.655的零色散波长移动到了1310nm处； D、 最低损耗处波长不同。

（ A ） 10 下面论述正确的是：

A、光在光纤包层的损耗比纤芯高；

B、对于相同工作波长的多模光纤，芯径越细，模式数目越多； C、分析光纤的传输特性只能采用波动光学理论； D、光纤的数值孔径越大，其传输带宽越大。

（ B ）11 半导体激光二极管与光纤耦合时，一般不会影响耦合效率的因

素有：

A、场型失配； B、激光二极管功率；

C、场分布非圆对称； D、模场失配。

（ D ）12 光脉冲的展宽与下列那种因素无关：

A、 光纤的芯径； B、 光纤传输波长； C、 光纤的波导结构； D、 光纤的传输损耗。

（ A ）13 关于OTDR的描述，不正确的是：

A、 可以用来测量光纤的折射率； B、 可以用来检测光纤的断点； C、 可以用来测量光纤的长度；

D、 可以用来测量光纤的损耗系数。

（ C ）14光纤连接时需要考虑的内部损耗因子是哪一项：

A、 两根光纤端面质量； B、 两根光纤端面的间隔； C、 两根光纤的相对折射率差； D、 光纤端面间的角度。

（ B ）15下列哪种光纤能够设计成无截止单模传输？

A、阶跃折射率分布光纤； B、光子晶体光纤； C、掺铒光纤；

D、渐变折射率分布光纤。 二、简答题（每小题5分，共25分）

1. 简述光纤耦合器中不同波长合波与分波的基本原理。

答：当波长不一样时，其变化周期将不一样。 不同波长的合波：

两波长从输入端口P1输入，分别在输出端口P2，P3输出。

不同波长的分波：

两波长从P1，P4端口输入，在同一输出端口P2输出。 2. 简述光纤损耗测量的三种方法，并进行对比分析。

答：切断法；插入损耗法；背向散射法

切断法：首先测试待测长光纤的输出光功率；然后在距输入端约2m处将光纤剪断，测试短光纤输出光功率作为注入功率；将、和光纤长度代入式

-10log10(Pout/Pin)/L，即求得光纤损耗。

插入损耗法：用一根长2m的和待测光纤完全相同的短光纤与光源耦合，校准其输出功率作为待测光纤的注入功率；再接入待测光纤测其输出功率，即，代

out/Pin)/L，即可求得损耗 入式-10log10(P背向散射法：过测试光纤中的散射光信号来确定指定点的损耗的

3. 谈谈光无源器件与光有源器件的区别，每种类型列举三种具体器件名称。

答：光无源器件：不需要外加能源驱动工作的光电子器件；

光有源器件：需要外加能源驱动工作的光电子器件； 光无源器件：光耦合器，波分复用器，光开关； 光有源器件：光放大器，光纤激光器，光检测器。

4. 弱导光纤的条件是什么？弱导光纤中构造线偏振模式的依据是什么？

答：线偏振模式存在条件是光纤的纤芯折射率n1与包层折射率n2相差甚小，这样的光纤对于电磁波的约束和导引作用大为减弱。此时，此时场的横向分量要比纵向分享大一个数量级以上，光纤中传播的场近乎是横电磁的。另外，HEl+1,m模式和EHl-1,m模式具有相近的色散曲线，且旋向相反，两者是近乎简并的。两类模式相互叠加从而使场的某一横向分量归于抵消，形成线偏振模。

5. 什么是光纤的截止波长？并简述光纤截止波长测量的基本原理。

答：截止波长是指：当光纤的结构参数)给定之后，光纤是否工作于单模状态

11模，因此使LP11模截就完全取决传播光的波长。由于最接近基模的高阶模是LP止的波长为单模光纤的“截止波长”。当0c时，就可以保证光纤工作于单模状态。

（1）传导功率法：其基本原理是：当0c时，光纤中只有LP01传播；

11模。由于LP11模对弯曲的敏感程度远比LP01模高，所以当接近时，开始出现LP11模功率衰减要比直光纤中大；在小于时，光纤中随着的减小，弯曲光纤中的LP呈现稳定的双模传输。因此，根据LP11模的功率急剧衰减的位置可以确定截止波长。

（2）模场半径法：模场半径将随而变。在0c用单模光纤作参考光纤的

R()曲线时，随的减小而呈线性减小；当0c时，由于出现LP11模，且LP11模的分布范围要大于LP01模，故模场分布会突然变宽，利用这种突变即可准确的测定截止波长。

三．设计题：每题5分，共15分

1. 设计一种光环行器并画出器件结构光路图，简要阐述其工作原理；并利用

光环行器设计一个单纤双向传输系统，画出系统原理框图。 答：

对于从1端口向2端口传输的光，由端口1输入的光，被第一双折射镜(block A)分成偏振方向互相正交的两束光，这两束光经45°法拉第旋光片与互易旋光片后，偏振方向均发生90°的旋转，在第二双折射镜(block B)处，两光束再次折射并合成，由2端口输出。而针对由2端口向1端口传输的光，首先由block B进行分光，两束互相正交的偏振光经45°法拉第旋光片与互易旋光片后，两束光的偏振态维持不变，由block B输出后，两光束通过反射棱镜和偏振分光镜作合并，最终由3端口输出。光环形器的性能参数同样可由插入损耗、隔离度、回波损耗、偏振灵敏度以及工作带宽进行衡量。

单纤双向传输系统：

2. a、b两段均为20km长度的不同类型光纤连接构成待测光纤。OTDR测得最大功率为-5dBm，最小功率为-25dBm。a段光纤末端返回功率为-13dBm。试画出OTDR测得的背向散射功率随光纤长度变化关系（需要体现盲区、连接点、菲涅尔反射位置），并注明每段光纤损耗大小。

5(13)0.2dBkm 答：第一段光纤的损耗

22013(25)0.3dBkm 第二段光纤的损耗

220在下图中，分别对应b，c两段曲线的斜率

3. 在下图中标注渐变折射率分布光纤纤芯半径大小，折射光线存在时散焦面半径最大值。

n2n2(r)-I2/r2r1 纤芯半径 a

r

答：纤芯半径为a，折射光线存在时散焦面半径最大值为r1。

四．计算题：每题10分，共30分

1. 已知某阶跃单模折射率光纤的纤芯有效折射率为n1=1.5。（1）如果需要反射中心波长位于1551nm，带宽在18nm范围内的光，那么制作布拉格光栅周期应该取多少？（2）如果需要将此光栅用做色散补偿，试画出简单结构示意图，并注明最远端光栅周期大小。

答：中心波长1551，带宽18nm，反射的最小波长12nm，最大为1560nm。 由2n

所以的取值范围是514~520nm

将此光栅用于色散补偿的装置图如下：

靠环形器近端光栅周期520nm，反射长波长；远端光栅的周期为514nm，反射短波长。

2. 已知一阶跃折射率分布光纤的纤芯直径为6微米，数值孔径NA=0.2405，问：（1）求该光纤单模工作条件下的截止波长；（2）对于1.55微米的光波传输哪些精确模式？

20.2405 (1) NAn12n2(2) 阶跃型光纤的半径a3m 单模光纤的截止波长c2an12n21.2021.885m 即1884nm

(3) 由于该光纤的截止波长是1.885m，传输1.55微米的光波，肯定是传输多个模式，

HE11为基模，还能够传输的模式有HE21， TE01， TM01

3. 有一P/4节距自聚焦透镜，其折射率分布遵从平方律分布。其芯径2a=4mm，相对折射率差为0.005，纤芯折射率为1.5。（1）求透镜的聚焦参数，单位用/mm表示；（2）求自聚焦透镜的长度；（3）作为准直透镜时，分别说明输出光束的束宽以及发散角与光纤的哪些参数成正比。若光纤半径为4微米，请计算输出光束发散角。

（1） 透镜的聚焦参数A2（2）由于n2(r)n0(1Ar2)

2a20.0050.05mm1 2 所以光线在自聚焦透镜传播轨迹的周期P 节距为

PP透镜的长度为1031.4mm 442A40

（3）束宽 ab

NAfn0.A与光纤的数值孔径成正比

发散角 ba.n0.A 与光纤的半径、纤芯射率以及聚焦参数成正比

由a=4um n0=1.5

A=0.05mm-1 可得

发散角为0.0003 rad。