10级复习课(80修复版)

题型和分值1.名词解释，共5题，20分；（英文）2.填空题，每空1分，共20分；3.选择题，共5题，10分；4.判断题，共5题，10分；5.简答题，共4题，12分；6.计算题，共4题，28分。（2题英文）第二章1.什么是光纤opticalfiber？光纤的发展历史？光纤导光的原理？①光纤就是工作在光频的介质波导，通常做成圆柱形，由内层到外分别是纤芯、包层、缓冲层。光纤可以约束光波形态的电磁能量位于波导表面以内，并导引电磁能量沿光纤轴方向传播。②导光原理为内全反射原理。纤芯折射率n1大于包层折射率n2，纤芯为光密介质，包层为光疏介质。当光在纤芯传输，以大于临界入射角到达其交界面，光线将全部反射，没有光线从表面逃逸。③光纤发展历史：（主要）1930年，硅光纤实验，byLamb（德）1962年，半导体激光器，byNatan,Holynal（美）1966年，高锟和HOCKLIN测得光纤光损耗，有大突破1980’S，1300nm单模光纤1500nm单模光纤掺镍光纤放大器2.光纤的结构及特征？由纤芯core和包层cladding组成，包层外有涂覆层等缓冲保护层。特征：①纤芯（材质一般是硅玻璃）的折射率大于包层的折射率，这样可使光被束缚在纤芯，在光纤中以全反射的方式进行传播。②包层可以减小散射损耗、增强光线机械强度、防止纤芯与外界接触时受到污染。③涂覆层可以进一步增强光线强度，保护因变形等造成的机械损伤。3.光纤按传输模式分几类？分别是：单模光纤和多模光纤。按折射率分为阶跃型光纤（stepindex）和梯度型光纤（gradedindex）。单模光纤只允许按一个模式传播，而多模光纤可以包容数以百计的模式。4.什么是标准单模光纤？色散位移光纤？非零色散位移光纤？色散平坦光纤？保偏光纤？色散补偿光纤？有源光纤？…………….主要工作波段1.31μm常规单模光纤色散位移光纤：P975.什么是？什么是NA？如何计算？及其物理意义？①指纤芯-包层的相对折射差，1212122212nnnnnn，光纤的时延差与成正比，从减小时延差上看，越小越好。②NA指阶跃折射率光纤中子午光线的数值孔径，是一个小于1的无量纲数，211max2sinnnNA。NA代表了光纤所能接收光线并在纤芯包层界面产生内全反射的角度范围，即搜集光的能力。NumericalAperture6.什么是V？要保证单模传输，V必须满足什么条件？①V指归一化频率，2)2(12122210nannakV，V值决定了光纤可以支持的传播模数量。NormalizedFrequency②当V满足V≤2.4052.4，若有纤芯半径不趋于零，则不会截止HE11模，而其他模式截止，可保证了单模传输。7.光纤中模式总数M？包层功率与总功率之比？①M指多模光纤可以支持的传播模式总数。（1）对阶跃型光纤（α=无穷）用当归一化频率V较大时，可用V值来表示，此时：。（2）对梯度折射率光纤，（α有限）②包层功率和总功率之比为：。因M与V²成正比，故包层中的功率流随V的增加而下降。（想象V代表纤芯中传输的，增加则包层功率减少）8.什么是模场直径？与纤芯直径有什么关系？模场直径（MFD）是表征单模光纤性能的一个参数，可由主模式LP01模的模场分布决定。定义2Wo为MFD，其中Wo等于高斯电场场量降至中心处e-1的半径，也等于光功率降至中心处e-2的半径。单模光纤中光传播不局限于纤芯内，故MFD不等于纤芯直径；多模光纤的MFD几乎等于纤芯直径。9.什么是光纤双折射？什么是拍长？①由于实际的光纤存在不完善，破坏了理想光纤圆对称性和这两个正交模式的简并特性，使得两个正交模式随不同相速率传播而具有不同有效折射率，称为光纤双折射。Thefiberbirefringence定义：或（其中Ko=2π/λ）②若光波注入光纤的同时激励起两个模式，则传播过程中两者会有一个相位差，为2π的整数倍。这两个模式在该点会出现拍，偏振状态和入射点相同，拍的长度即单模光纤拍长。Beatlength定义：10.光纤的材料？按材料不同，光纤分哪些类型？光纤材料必须满足：①材料能拉制成长、细、可卷绕的纤维。②材料对特定波长透明，使光纤有效导光。③纤芯折射率和包层折射率之差尽量小。光纤主要由二氧化硅、硅酸盐玻璃制成。可分为玻璃纤维和塑料光纤。11.光纤的制作方法及其力学特性。汽相氧化过程、直接熔化法。机械特性参数：强度、静态疲劳、动态疲劳。12.光缆（P61）考虑因素：缆心的最大承受负载、光纤的易碎性等。第三章1.什么是损耗？光纤损耗的类型及其物理机制？损耗FiberLoss光纤损耗是指光纤每单位长度上的信号衰减。①吸收损耗：和光纤材料有关②散射损耗：和光纤材料、结构缺陷有关③辐射损耗：源于光纤几何形状的微扰多模光纤的损耗通常大于单模光纤，因为多模光纤掺杂浓度较高，伴随较高的散射损耗；另外包层-纤芯分界面微扰现象令多模光纤产生高阶模式损耗。2.光功率随损耗如何变化？当光信号在光纤中传播，光功率随着距离增加以指数形式衰减。)zexp(p0zPP，其中αp为损耗系数，单位km-1；通常损耗系数单位一般用dB/km，此时有：pz010343.4logz10)/(PPkmdB3.什么是色散dispersion？光纤色散有哪些类型及其物理机制？在光纤中，不同频率的光信号以不同的速度传播，随着距离的传播会产生信号失真（脉冲展宽）。这种现象称为光纤的色散。①模内色散。（群速率色散GVD）指在一个单独模式内发生的脉冲展宽。模内色散与波长相关，光源频谱越宽，它对信号失真的影响就越大。产生原因：材料色散、波导色散。②材料色散指由纤芯材料折射率随波长变化引起的色散，是一种模内色散。折射率随波长变化使得任何模式群速率都随波长而变化，即时不同波长光经过相同的路径，脉冲也会展宽。③波导色散（结构色散）波导色散主要发生在单模光纤中。由于在包层传播的20%的光功率比在纤芯中传播的80%的光功率速率更大，便出现波导色散。其大小取决于光纤的设计，群速度随着光波长的变化而变化。④偏振模色散（PMD）PolarizationModeDispersion由光信号中不同偏振状态的双折射现象导致的脉冲展宽，称偏振模色散。由于光纤本身的缺陷产生双折射现象，在光纤线路上双折射大小不断变化，两个正交偏振模因速率差别、方向旋转产生时延差，最终导致脉冲的展宽。⑤模间色散（模式色散）IntermodalDispersion在同一频率点上，不同模式具有不同的群时延，从而产生模间色散。这种色散对单模光纤没有影响，对多模光纤却至关重要。4.单模光纤色散有哪些？多模光纤色散有哪些？单模光纤色散有：材料色散、波导色散、偏振模色散。单模光纤色散有：材料色散、波导色散、偏振模色散、模间色散。5.决定光纤传输特性的主要因素？①信号衰减（损耗、光纤损耗FiberLoss）分为：吸收损耗、散射损耗、辐射损耗；决定传输允许最大距离。②信号失真（色散）分为：模内色散（多模光纤中）、模内色散（材料色散、波导色散）、偏振模色散。限制了光纤的信息容量。6.什么是截止波长？截止波长决定了单模传输或多模传输的条件。令V=2.405，当波长大于λ时，光纤只能传播一种模式（LP01模或HE11模）；当波长小于λ时，光纤能传输多种模式光。第四章1.什么是PN结？原理？当P型半导体和N型半导体相接触，两个材料电荷区相接触就会形成PN结，PN结决定了半导体器件的电特性。原理：当PN结形成后，多数载流子在结区产生扩散运动，电子→P区，空穴→N区，在PN结上形成一个内建电场，阻止多数载流子继续扩散，此时该区域称为耗散区或空间电荷区。PN结正向偏置时耗散区变窄，反向偏置时耗散区加宽。2.LED的特征？LD的特征？两者有什么差别与联系？LED（半导体发光二极管LightEmittingDiode）驱动电路简单，成本低，产量高，不需要热稳定和光稳定电路，多用于作多模光纤光源，按结构分为面发光LED和边发光LED，适用于速率较低通讯系统；LD（半导体激光二极管LaserDiode）尺寸小，耦合效率高，响应速度快，产生光的波长和尺寸与光纤尺寸适配，可直接调制，相干性好具有强单色性且高方向性。相同：两者的发光区都存在一个PN结，利用PN结的正向偏置。差别：①LED没有光学谐振腔，是无阈值器件，通过自发辐射复合发出荧光（非相干光）；②LD有光学谐振腔，通过受激辐射复合发出激光（相干光）。3.LED内部发光效率？输出光功率？（h=6.626×10^（-34）J·s）（对于LED，）4.LED内量子效率？外量子效率？有何联系及区别？LED内量子效率是是指辐射性复合速率与总的复合速率之比。LED外量子效率指从LED发射的光子数目与内部产生的总光子数目之比。5.半导体激光器纵模间距？频率间隔？波长间隔？纵模间距：或频率间隔：波长间隔：（受激辐射的阈值条件就是光增益值等于总损耗值）6.消光比？边模抑制比？消光比：在脉冲0时发送的平均光功率p0和脉冲1时发送的平均光功率p1之比。可用EXT表示，定义式如EXT=10lg(p1/p0)(dB)主模强度和边模强度的最大值之比称为边模抑制比。（标志纵模的性能）7.半导体激光器的分类？（增益导引激光器、折射率导引激光器）①法布里-珀罗（F-P)激光器②分布反馈（DFB)激光器③垂直腔面发射激光器（VCSEL)④分布Bragg反射器（DBR)⑤量子阱(QW)激光器8.LED和LD的调制？温度特性？（振幅调制、相位调制）将信息加载到光束上的过程称为调制。LED频率响应特性与以下因素有关：有源区的掺杂程度、复合区的注入载流子寿命、LED的寄生电容。LD调制速率与以下因素有关：自发载流子寿命、受激载流子寿命、光子寿命。振幅调制、相位调制。温度特性：阈值电流随温度T上升而上升。9.半导体激光器LD的噪声及其涵义？如何减低反射噪声的影响？①模式噪声（光斑噪声）：模式损耗、模间相位变化等改变模式干涉，产生光斑引起损耗时产生的噪声。②模分配噪声：由半导体激光器纵模强度波动而产生，是单模光纤主要噪声。③反射噪声：输出光一部分在光纤连接点被反射回激光器谐振腔，导致线性失真，从而引起反射噪声。降低反射噪声方法有两种：（1）在LD和光纤传输线路之间使用光隔离器；（2）在光纤连接点处填充折射率匹配液体，消除光纤-空气界面反射。第五章第十章1.光器件分类？什么是无源器件？什么是有源器件？有哪些？光器件分为无源光器件Passive和有源光器件Active。①有源光器件指完全工作在光域以实现光数据流的分路、合路或选择光信号的器件。包括N×N耦合器、功率分路器、功率抽头器（最简单）、星形耦合器。（光连接器、光衰减器、光耦合器、光波分复用器、光隔离器、光环行器等。）②有源光器件指工作时需要消耗能源的器件。包括可调光滤波器、可调光源、光放大器。2.什么是耦合损耗？什么是回波损耗？①在光纤链路中，当耦合光从一种光学设备转换到另一种光学介质时产生的能量损耗，称为耦合损耗。②光纤链路连接点发生光反射，使反馈源进入激光器振荡腔引起的损耗现象称回波损耗。回波损耗越大越好，以减少反射光的影响。3.光纤连接的方法？光纤连接损耗的来源？①光纤熔接法（永久连接）②V型槽机械连接③弹性管连接损耗的来源：①机械对准误差（轴向误差最严重、端面间距误差、角度误差）②光纤相关损耗（由连接光纤几何特性、波导特性的差异引起）③光纤端面制备（受控折断技术。分开光纤操作不当引起的端面缺陷）一个永久性的连接称接头，易拆卸的连接称连接器。4.什么是耦合器？耦合器的作用、类型及其原理？耦合比？分光比？附加损耗？插入损耗？串扰？衡量指标有哪些？在光纤链路中，可以进行光功率的复合和分解的功率分配元器件，称为耦合器。5.隔离器原理及作用？环形器原理及作用？6.滤波器主要类型及其原理？7.光源的调制？调制器主要类型及其原理？8.光开关主要类型及其原理？第六章第七章1.什么是PIN及其特征？指pin型光电二极管。特征：用轻微掺杂N型材料的本征I区将P型和