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1、光纤技术复习资料第一章绪论要求：1、了解光纤的基本结构和基本特性；2、充分认识光纤传感和光纤通信在现代工农业生产、军事、科研及日常生活中 的作用和地位，明确学习目的；3、了解光纤技术的发展动向；4、知道本课程的学习方法。具体：1、 光纤的定义：光纤是“光导纤维”的简称，是指能够约束并导引光波在其内部 或表面附近沿轴线方向传播的传输介质。2、光纤的结构：主要由纤芯、包层和涂敷层构成。其中纤芯的折射率比包层要高。纤芯和包层的折射率差引起光在纤芯内发生 全内反射，从而使光在纤芯内传 播。3、 通信光纤的标准包层直径是125m，涂敷层的直径大约是250m。4、常用的光纤材料有纯石英（SiO2）、玻璃和
2、塑料。5、列举光纤相对于金属导线的优点（至少 5点）：如容量大、抗电磁干扰、电绝 缘、本质安全；灵敏度高；体积小、重量轻、可绕曲；测量对象广泛；对被测介 质影响小；便于复用，便于成网；损耗低；防水、防火、耐腐蚀；成本低、储量 丰富等。6、光纤通信所占的波长范围大概是0.81.7Jm。7、1953年，在伦敦皇家科学技术学院开发出了用不同光学玻璃作纤芯和包层的 包层纤维，由此导致光纤的诞生。8、1966年，光纤之父 高锟博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题， 发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因。9、目前，F T T H（光纤到户）是宽带接入的一种理想模式，各国发展迅猛。10、目前流行的
3、“三网合一”指的是将现存三个网络：电信网、有线电视网和计 算机网的信号在同一个光纤网络中传输。11、光纤被喻为信息时代的神经。第二章光纤拉制及成缆要求：1、了解光纤的分类方法和光纤的种类，理解各种不同种类光纤之间的区别及每种光纤的特点；2、知道光纤的制作材料及要求；3、了解光纤预制棒的制造原理和工艺；4、知道各种光缆结构和材料的用途。具体：1、 光纤的分类：按照光纤横截面折射率分布不同分为：阶跃光纤和渐变光纤（折 射率在纤芯中保持恒定，在芯与包层界面突变的光纤称为阶跃光纤，折射率 在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤。）；按照纤芯中传输模式的多少分类可分为：单模光纤和多模光纤；按照光纤
4、的组成材料分类可分为：石英光纤、玻璃光纤、塑料光纤、液芯光 纤和氟化物光纤等。而多模光纤又可分为阶跃多模光纤和渐变多模光纤。通信光纤的标准包层直径是125m，塑料护套的直径约250 a m。2、在选择制造光纤的材料时，应主要考虑的因素有：纯度高、透明度高、折射 率径向分布易于精确控制。3、目前广泛采用的提纯方法是“精馏一吸附一精馏综合提纯法”。4、在光纤的折射率控制上，有三种方法从而形成三种光纤：一是匹配包层光纤： 增加纤芯折射率，包层的折射率不变；二是塑料包层光纤：纤芯的折射率不变， 降低包层折射率；三是凹陷包层光纤：增加纤芯折射率，降低包层折射率。5、在光纤的拉制过程中，制棒、拉丝、涂敷是
5、其中三个很重要的工序。6、所有四种气相沉积法中，成本最低的是棒外气相沉积法，沉积效率最高的是 等离子气相沉积法，沉积速率最高的是轴向气相沉积法，同心度最高的是改进的 气相沉积法。7、光纤成缆的原因：一是使光纤操作起来更加容易，二是为了保护光纤。8、光缆中的基本结构及各部分的主要作用：强度元件：增强光缆的抗拉强度；填充物：固定各单元的位置；缓冲层：用于保护缆芯免受径向挤压；内护套：径向阻水、抗弯、抗侧压、增大层间摩擦力；钢丝铠装层：增强光缆的耐侧压和抗拉、抗弯和抗扭绞能力；外护套：径向阻水、耐磨、防机械损伤、抗弯、防腐、阻燃等。9、光缆的基本结构按子缆（缆芯）组件的不同一般可以分为层绞式、骨架式
6、、 束管式和带状式四种。按铺设方式可分为：直埋光缆、管道光缆、架空光缆、水 底光缆。按松紧状态可分为：紧结构光缆、松结构光缆和半紧半松结构光缆。10、各类光缆的适用范围和及其相应的铺设方法（复习作业）。第三章光纤传输理论要求：复习光纤的基本结构，掌握光纤中的传播条件，子午光线的传播特性，了解各类 光纤的传播特点，重点掌握阶跃光纤的单模条件，以及偏振的表示方法。1、学会用几何光学方法研究光在光纤中的传输，理解数值孔径和相对折射率差的概念；2、掌握光在渐变型折射率光纤中传输光学方程的推导，理解光纤自聚焦的概念和条件；3、知道用模式理论研究光在光纤中的传输问题的处理方法和解题思路；4、掌握模式的概念
7、，理解矢量模和标量模、本征模和耦合模、归一化频率与归一化截止频率的区别；5、理解并掌握光纤中的单模传输条件；6、理解单模光纤中的双折射，了解保偏光纤的种类和工作原理，掌握偏振的表示方法；7、知道非正规光波导的特征和种类；8、理解布拉格光纤光栅和长周期光栅的基本概念。具体：1、光纤中的传输条件：全反射。全反射有两大条件：光必须是从光密介质进入光疏介质；入射角要大于或等于入射角。2、子午光线与子午面的定义：通过光纤中心轴的任何平面都称为子午面，子午 面内的光线称为子午光线。3、 数值孔径的定义：NA = n0 sin哽=道2_由2 （计算）。NA的大小反映了光纤接收入射光的能力，是表征光纤特性的重
8、要参数之一。4、入射光线的孔径角反映了光纤对于光线的可接收范围。孔径角的计算。5、相对折射率差的计算。6、弱导光纤的定义：满足在横截面内折射率变化很小，即光纤导光能力很弱的光纤称为弱导光纤。7、渐变型光纤中，不同光线具有相同轴向速度的现象称为自聚焦现象，这种光纤称为自聚焦光纤。例题：自聚焦光纤横截面上折射率分布具有什么规律？为什么光线在这样的光 纤中传输会产生自聚焦现象？（自答）（提示：因为从轴心向径向方向光纤的折射率逐渐减小，沿轴向传播的光，路 径短但光速小，而离轴线越远的光，折射率越小，光速越大，尽管路径远，也能与轴 线附近的光同时到达，因而表现为自聚焦。）8、光纤中传播的模式可分为三类：
9、传导模：满足全反射条件的那些模式。其光场分布特点是：在纤芯内为驻波 场或行波场，波场功率被限制在纤芯内传播。辐射模：不满足全反射条件的模式，其电磁场不限于光纤芯区而可径向辐射至无穷远。辐射模在纤芯和包层之中均为行波场，光纤失去了对光波场功率的限 制作用。漏泄模：以临界角入射的光线，在纤芯内传播时，光波场功率透过一定厚度 的“隧道”泄漏到包层之中，在包层中沿传播方向为衰减的行波场。例题：你能说出这三种模式的区别么?9、能够推导亥姆霍兹方程。10、截止波长的计算公式:堂阳D 马2一叱2。单模光纤的截止波长表示所能c 122.4传输单模的最短波长，若波长比此更短，光纤将会传输双模或多模。（计算）11
10、、保偏光纤的定义，以及保偏光纤是如何保偏的：能保持在其中传播的光波的 偏振态不变的光纤称为保偏光纤。保偏光纤的保偏特性即人为地对纤芯几何性质 或折射率分布的对称性造成很大的差异，使得两个正交偏振摸之间具有相当大的 传输常数差，即模间交叉耦合系数变得很小，于是光纤能够在较长距离保持原有 的传输偏振态，因此能够起到保偏的作用。12、在保偏光纤中，双折射效应越强，波长越短，保持传输光偏振态越好。13、本征模与耦合模之间既有联系又有区别： 联系是它们都是在光纤中传输的模 式；区别是本征模相对独立，模式间没有能量交换，耦合模彼此间有能量交换。14、模场直径与纤芯直径是不同的概念，在普通的折射率分布及典型
11、波长上，模场直径比单模光纤纤芯大。15、偏振的表示方法，重点掌握单位向量表示法（琼斯矩阵法）、如这是右旋偏振光，强度为6 （如何计算？）。16、非正规光波导的主要特征是折射率分布在纵向上不均匀。目前研究较多的非正 规光波导：布拉格光纤光栅（又称为短周期光栅或反射光栅）和长周期光纤光栅（又称为透射光栅）。3.1、阶跃型光纤纤芯和包层的折射率分别为：n1=1.465，n2=1.460，试计算:（1）相对折射率差；（2）光纤的数值孔径。解答：Q）、二 12 一 n22 二 1.4652一 1.4602二 0.003412n122 1.4652_2_22_（2）、NAn1 . 一 n2 二 T.465
12、 1.460 = 0.1213.2、阶跃型光纤中 n1=1.466 , n2=1.460。（1）光纤放置在水中（n0= 1.330），求光从水中入射到光纤端面的最大接收 角度；（2）光纤放置在空气中，求数值孔径 NA。解答：（1）、ns0立 _0 5A -NA结合两式，得得：sin-:maxn01.4662 1.4602= 0.09961.330:二 5.7170max2 2-一22(2)、NA = 叫-n2 一T.466 - 1.460 = 0.132注：错解：一， 0 099NA sin .3.3、a .对于一单模光纤，其2a = 8.3u m, NA=0.125，它的截止波长是多少？如果
13、工作波长为1310nm，这个光纤可以只传输一个模式吗?解答:n12n222.4 3.14 .83. 0 1252.4=1.3 6 m（2 ）、因为1310nm 1.36 m,所以这个光纤不能只传输一个模式，而会传输多模。注：错解：因为1310nm 1.36 m*,所以这个光纤只能传输一个模式。（P67 :单模 光纤的截止波长表示所能传输单模的最短波长，若波长比此更短，光纤将会传输双 模或多模。）3.4、一根阶跃折射率光纤纤芯和包层的折射率分别为 n1 =1.448, n2=1.444, 该光纤工作在1310u m和1.550um两个波长上。求该光纤为单模光纤时的最大 纤芯直径。解答：关键在于截
14、止波长是多少。这里应该以小的波长为准。因为单模光纤的截 止波长表示所能传输单模的最短波长。-nAc-十2而需所以所以12 - 此22.424,F1-n222.4 1.31 nr.4482 1.4442注：错解:二 9.3m时=1.31mD .二= 1.55m 时,Dmaxmaxm第四章新型光纤和光纤的基本特性要求：复习渐变折射率多模光纤的优点和局限性，掌握单模光纤的优点和局限性。了解 几种典型的色散位移单模光纤。了解光纤的损耗类型和特点，掌握色散的种类和 典型的色散。光纤的损耗来源及其测量计算；各种色散概念、表示方法及其对信号传输的影响。1、理解光纤损耗的产生原因和种类，掌握衰减系数的测量、计
15、算方法，理解衰减系 数的物理意义；2、理解各类色散产生的原因及其区别，学会时延差的计算方法，知道色散与带宽的关系，了解色散对通信容量和传输速率的影响；3、了解各种新型光纤的材料、结构、特性及其特殊用途。具体:1、在短距离传输中应选用阶跃多模光纤（请解释原因），在中距离传输中应选用 渐变多模光纤（请解释原因），在长距离传输中应选用阶跃单模光纤（请解释 原因）。（复习作业）多模光纤阶跃光纤适用于短距离、小容量通信渐变光纤适用于中距离、中容量通信单模光纤适用于长距离，大容量通信2、光波在光纤中传输时，随着传输距离的增加而光功率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗。在谱线上，损耗值较高的地方叫做光纤的吸收峰。较低的损耗所
