光纤应用习题解第1-7章(3)

令上式为0，则am0＝arccos(令V=

?lc2pan12D=2.405lc

2pan12D=1.96um2.4055.5 分析U，W的物理意义，并分别从波动光学和几何光学两个方面解释模截止的物理意义。 A：U、W是模场的归一化横向传播常数，U值反映了导模在纤芯区中驻波场的横

（0，）向振荡频率；W值则反映了导模在包层区中消逝场的衰减速度W违，W越大

衰减越快。

几何光学：模式截止的情况，与以临界角入射到纤芯与包层界面的光线相对应。 波动光学：当导模的传播常数等于外包层中平面波的传播常数，即当W?0时，模场在包层中不衰减，导模转化为辐射模，发生导模截止。

5.6 分别画出零光频（l），无限大光频（l?0）以及中频时光纤截面内光强分布图。

5.7 为什么研究基模LP01模的分布可采用高斯近似法？多模光纤能不能用高斯近似法？ A：单模光纤中LP01模的场分布对光纤折射率分布不敏感，即无论纤芯中折射率如何分布，其场沿r的分布都接近与Bessel函数，而Bessel函数又与高斯分布相差不大，因此可用高斯近似法。

多模光纤的场分布对折射率分布很敏感，不能用。

5.8 分析纤芯半径a和模斑半径s0区别，定义这两个分量有什么意义？

A：a是光纤的实际纤芯半径；而s0是用高斯近似法等效基模模场分布的模场半径，当r＝s0时，模场下降为r＝0处的1/e。用s0和a比较可以看出纤芯中光能的集中情况，当s0最小时，光能最集中。

5.9 分析LP01模在光纤横截面的功率分布与什么因素有关。

A：l越小，纤芯中的功率分布越集中。即短波长时，能量较多约束在纤芯里，长

波长时，较多地泄漏到包层。

5.10 分别描述等效平方律折射率光纤法和等效阶跃折射率光纤法的等效参量，试探函数和判据。

5.11 已知光纤的折射率分布为三角型：n(r)=n1-(n1-n2)2222r，求其等效平方折射率a光纤的模斑半径s0和传播常数?的值。

5.12 根据光纤中产生双折射的原因，分析如何得到高双折射光纤和低双折射光纤。

5.13已知熔石英光纤E＝7.0×1010Pa, n=0.17, p11=0.121, p12=0.270, 若此光纤用于l＝0.6328的激光，求应力差为Ds=5 10Pa时，两个偏振模的相位差。

42ppn3Dn=?(1n)(p12-p11)Ds=1.91rad/m ds=llE

第七章 光纤技术及其应用

1．比较光纤通信和光纤传感对光纤分别有什么要求。

在光纤通信技术领域，要求光纤损耗低，色散小，有较大的传输带宽，不受外场影响。而在光纤传感技术领域，则主要考虑光纤的结构与性能是否满足感测外场，并且，根据实际需要，往往要对光纤进行敏化与封装处理，使其满足复杂场合的感测需求。

2．光纤通信与传统的通信方式相比有哪些优缺点？

3．简述光纤通信中几种复用技术的原理。

4．分析光纤传感器实用化的主要困难和可能的解决方法。

A：提高抗干扰能力，提高长期稳定性，简化器件结构，提高工艺水平，降低成本，等等。

5．传感器的输入—输出特性如果是线性的，其在实际应用中有什么优点？ A：可以减小测量误差。

6．分析强度型和干涉型传感器各自的优缺点。

强度型：优点是容易实现且成本较低；不足之处在于为了得到好的精度和稳定性，必须提供一些可靠的强度参照形式来避免由于光源强度的变化、光纤和连接器损耗变化、以及探测器灵敏度变化而产生的偏差。

干涉型：优点是灵敏度高，且可以测量外场的动态变化，对象广泛；缺点是系统较复杂，成本较高。

7．微结构光纤实用化面临哪些困难，设想一下其可能的解决途径。 价格昂贵，工艺复杂，和普通光纤耦合困难

8．已知光纤长L=1000m，工作波长1mm，光纤绕成直径为d＝10cm的光纤圈，为了检测出w＝0.01/h的转速，计算Sagnac光纤干涉仪的相位差Df及相对灵敏度Dff。

DL8pAN=wllcpd2L将A=,N=代入上式得：4pd2pdL Df＝ w 10-7radlc2pLf==6 109radlDfdw\\= 10-17fcDf=2p

9．设计一种强度型光纤应力传感器（画出结构示意图，并说明传感原理）。 10．设计一种干涉型光纤温度传感器（画出结构示意图，并说明传感原理）。 11．利用微结构光纤设计一种传感器（画出结构示意图，并说明传感原理）。