光学习题 -(2)

光栅、

980nm半导体激光器、一段掺铒光纤，单模光纤若干米，构成光纤放大器与激光器，画出结构

示意图，并简单介绍工作原理。

答：1）EDFA：

工作原理：输入信号与泵浦光在WDM中复用，光信号经EDF介质放大，从3输出，两个环行器

起到隔离的作用，以提高EDFA的工作性能。

2）光纤环行器

结构如下图所示：

980nm的泵浦光激发基态电子产生自发辐射，在EDF中激发新的辐射，经由环行器，由光纤光栅

选定波长由3端口输出。激光波长与泵浦波长由wdm复用继续在EDF中作用，在2/8Y型耦合器，

8份继续增益，2份输出。

2、有一卷大约几十公里长的光纤需要测量其长度，现有一段100米可以测试的光纤与需测量的光

纤具有相同的参数，试设计种测量方法用以测量光纤长度。

答：1）切断法测损耗求长度：

(1)某一光功率的光源注入待测光纤，测其输出光功率Pout1

(2)在距待测光纤入射处2m处切断，测其Pout2

（3）由损耗定义：

Pout1=2.LPin

Pout2=2.2Pin

所以，L=2.Pout1/Pout2(m)

2)背向散射法

3）用相同的光源分别输入100米和待测光纤，光源脉宽已知，分别测得两端光纤输出脉冲展宽值

,由于两光纤的色散相等，由，得L2，为光源线宽度。

(共30分)

1、某光纤出现故障，用OTDR仪表进行测量。OTDR发射的周期性矩形脉冲的宽度10ns，测得光

脉冲从光纤始端返回光纤始端的时间为3μs，已知光纤纤芯折射率n1=1.5

，

（1）问此光纤故障点距始端距离有多长？

（2）该OTDR判断故障点的误差为多少？

（3）若OTDR能测的损耗范围为32dB,想用它测试78 km的光缆线路，光缆的衰减系数为0.3 dB

／km，问OTDR能否看到末端的衰减曲线？

解：1）由L=Ct/（2n）=3*108*3*10-6/

（2*1.5）=300m

2）ΔL=CΔt/（2n）=+1m

3）经总的路程损耗为：0.3dB/km*78*2=46.8dB>32dB

所以OTDR不能看到末端衰减的曲线。

2、某抛物线分布光纤，n1=1.5

，Δ=0.001，纤芯直径2a=50μm，当用波长λ0=0.85μm的光激励时，

试求： （1）光纤的最大数值孔径；（

2）光纤的截止波长；（3）基模的模场半径；（4）模式总数。

1）GIOF中的局部数值孔径为

当r=0时，

2)抛物线型：

3)基模模场半径：

4）V=12.38,模数M=38

3、如下图所示为X－型光纤耦合器，工作波长为1.55μm。若仅由Input1端口注入光功率，从Output1

和Output 2端口输出的分别为注入光功率的75％和25％。耦合器的耦合系数为：，求：

（1）在上述耦合分光比下，耦合器的最小耦合长度；（2）若仅从Output1端口注入0dBm光功率，

则从Input1和Input 2端口分别输出多少光功率；（3）假设从Input1注入0dBm光功率，Input2输

入－3dBm光功率时，分别从Output1和Output2输出多少光功率？

解：1）由分光比75%：25%=3：1

从“1”耦合到“2”的光功率为sin2（

kL）=（1-cos（2kL））/2=1/4

所以cos（2kL）=1/2，所以，2kL=pi/3+2kpi,k=0,+1,-1

最小耦合长度L=pi/(3.2k)=0.052cm

2)x型耦合器有对称型，从output1进入，耦合到input2的为sin2（

kL）为1/4，进入input1的有3/4，

所以input2输出为1/4mw，input1为3/4mw。

或P01=0dbm=1mw，Pin1=Po1 cos2（

kL）=0.75mw=-1.25dBm

Pin2=Po1 sin2（

kL）=0.25mw=-6dBm

3)Pin1=1mw,Pin2=0.5mw,Po1=Pin1 cos2（

kL）+Pin2 sin2（kL）=0.875mw=-0.58 dBm

Po2=Pin1 sin2（

kL）+Pin2 cos2（kL）=-2.04 dBm

4、光纤中的基模能否被截止，为什么？

答：不能。因为光纤半径不可能为0，入射波长也不可能为无穷大。

四、计算题 （要求写出主要计算步骤及结果。共32分）

1、 某抛物线分布光纤，n1=1.5

，Δ=0.001，纤芯直径2a=50μm，当用波长λ0=0.85μm的光激励

时，试求：（共10分）

（1）包层折射率n2=

？

（2）光纤的数值孔径NA=？

解：（1）纤芯与包层的相对折射率差

n2 = 1.4985 （2）光纤的数值孔径

2、 一光信号在光纤中传播了5000m，功率损耗了85%，该光纤的损耗为多少dB/km？（共5分）

解：1．65dB/km

3、 均匀光纤纤芯折射率n1=1.5

，工作波长λ0=1.3μm，芯径2a=10μm，若要保证单模传输，则

对相对折射率差Δ有何要求？（共8分）

解：<0.0022

4、一石英光纤，其折射率分布如下：

纵向传播常数与归一化频率如下图所示，试计算：（

1）该光纤的截止波长；（2）若该光纤工作

波长为1μm，将支持哪些模式传输；在忽略模式相互间的作用和光纤总色散的情况下，试分析这些

模式在光纤中传输时的先后次序。（9分）

解：（1）该光纤的截止波长为1.379um。

（2）V=3.31584，有HE11，HE21，TE01，TM01模式。

模式在光纤中传输时的先后次序为：跑的最快的为HE11，另外三个模式简并，跑得速度比HE11

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