1、第二章光纖和光纜1光纖是由哪幾部分組成的？各部分有何作用？答：光纖是由折射率較高的纖芯、折射率較低的包層和外面的涂覆層組成的。纖芯和包層是為滿(mǎn)足導(dǎo)光的要求；涂覆層的作用是保護(hù)光纖不受水汽的侵蝕和機(jī)械擦傷，同時(shí)增加光纖的柔韌性。2光纖是如何分類(lèi)的？階躍型光纖和漸變型光纖的折射率分布是如何表示的？答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以將光纖分為階躍型光纖和漸變型光纖；按光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可以將光纖分為多模光纖和單模光纖；按光纖的工作波長(zhǎng)可以將光纖分為短波長(zhǎng)光纖、長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖和超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖；按照ITU-T關(guān)于光纖類(lèi)型的建議，可以將光纖分為G.651光纖（漸變型多模光纖）、G.652光纖（常規(guī)單模

2、光纖）、G.653光纖（色散位移光纖）、G.654光纖（截止波長(zhǎng)光纖）和G.655（非零色散位移光纖）光纖；按套塑（二次涂覆層）可以將光纖分為松套光纖和緊套光纖。（2）階躍型光纖的折射率分布漸變型光纖的折射率分布3階躍型光纖和漸變型光纖的數(shù)值孔徑NA是如何定義的？?jī)烧哂泻螀^(qū)別？它是用來(lái)衡量光纖什么的物理量？ 答：階躍型光纖的數(shù)值孔徑 漸變型光纖的數(shù)值孔徑 兩者區(qū)別：階躍型光纖的數(shù)值孔徑是與纖芯和包層的折射率有關(guān)；而漸變型光纖的數(shù)值孔徑只與纖芯內(nèi)最大的折射率和包層的折射率有關(guān)。數(shù)值孔徑是衡量光纖的集光能力，即凡是入射到圓錐角0以?xún)?nèi)的所有光線(xiàn)都可以滿(mǎn)足全反射條件，在芯包界面上發(fā)生全反射，從而將光線(xiàn)

3、束縛在纖芯中沿軸向傳播。4簡(jiǎn)述光纖的導(dǎo)光原理。答：光纖之所以能夠?qū)Ч饩褪抢美w芯折射率略高于包層折射率的特點(diǎn)，使落于數(shù)值孔徑角)內(nèi)的光線(xiàn)都能收集在光纖中，并在芯包邊界以?xún)?nèi)形成全反射，從而將光線(xiàn)限制在光纖中傳播。5什么是傳導(dǎo)模？推導(dǎo)相位一致條件，并說(shuō)明其物理意義。答：（1）能在光纖中長(zhǎng)距離傳播的模式稱(chēng)之為傳導(dǎo)模，簡(jiǎn)稱(chēng)導(dǎo)模。（2）k0n1ABA'B'2a即：根據(jù)平面幾何知識(shí)，可化簡(jiǎn)為：（3）光波在有限空間傳播時(shí)，形成駐波。因此，當(dāng)光波橫向傳播一個(gè)周期時(shí)，其波相位變化2的整數(shù)倍，才會(huì)相干加強(qiáng)形成駐波，否則相干抵消。6在均勻光纖中，為什么單模光纖的芯徑和相對(duì)折射率差比多模光纖小？答：光

4、纖單模傳輸?shù)臈l件是光纖的歸一化頻率V要小于次低階模的歸一化截止頻率Vc，即：；當(dāng)時(shí)，光纖進(jìn)行多模傳輸。而。因此，單模光纖的芯徑a和相對(duì)折射率差比多模光纖小。7均勻光纖纖芯和包層的折射率分別為n1=1.50，n2=1.45，光纖的長(zhǎng)度L=10Km。試求：（1）光纖的相對(duì)折射率差；（2）數(shù)值孔徑NA；（3）若將光纖的包層和涂敷層去掉，求裸光纖的NA和相對(duì)折射率差。解：（1） （2） （3）若將光纖的包層和涂敷層去掉，則相當(dāng)于包層的折射率n2=1，則而最大為1，所以說(shuō)只要光纖端面的入射角在90O以?xún)?nèi)，就可以在光纖中形成全反射。8已知階躍型光纖，纖芯折射率n1=1.50，相對(duì)折射率差=0.5%，工作波

5、長(zhǎng)0=1.31m，試求：（1）保證光纖單模傳輸時(shí)，光纖的纖芯半徑a應(yīng)為多大？（2）若a=5m，保證光纖單模傳輸時(shí)，n2應(yīng)如何選擇？解：（1）因?yàn)槭请A躍型光纖，所以歸一化截止頻率Vc2.405；（2）若a=5m，保證光纖單模傳輸時(shí)， 9已知拋物線(xiàn)型漸變多模光纖，纖芯軸線(xiàn)處的最大折射率n(o)1.50，相對(duì)折射率5%，纖芯半徑2a=50m，工作波長(zhǎng)0=0.85m。試求此光纖可傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)。解：因?yàn)椋簰佄锞€(xiàn)型漸變多模光纖，2所以：所以該拋物線(xiàn)型漸變多模光纖為多模傳輸，可傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)為：10證明：垂直極化波和水平極化波的反射系數(shù)和傳遞系數(shù)的表達(dá)式（略）。垂直極化波： 水平極化波： 11根據(jù)上題證明的結(jié)

6、果，推導(dǎo)垂直極化波和水平極化波在全反射情況下介質(zhì)1和介質(zhì)2中場(chǎng)的表達(dá)式，并簡(jiǎn)要說(shuō)明介質(zhì)1和介質(zhì)2中波的特點(diǎn)。答：垂直極化波在全反射情況下令：在介質(zhì)1中，既有入射波，又有反射波，并且入射波和反射波電場(chǎng)方向相同，因此合成波可在直角坐標(biāo)系下展開(kāi)，并表示為：所以，全反射情況下介質(zhì)1中波的特點(diǎn)是沿X方向按三角函數(shù)規(guī)律變化，說(shuō)明能量在X方向上不傳播，波呈駐波分布。沿Z方向呈行波狀態(tài)，說(shuō)明合成波是沿Z方向傳播的，其相位傳播常數(shù)為在介質(zhì)2中只有傳遞波： 由于： 所以：因此，全反射情況下介質(zhì)2中波的特點(diǎn)是沿Z方向呈行波分布，且傳播常數(shù)與介質(zhì)1中的相同；隨X方向變化的因子是，說(shuō)明波的幅度隨離開(kāi)界面的距離按指數(shù)形式

7、衰減，衰減的快慢由參數(shù)決定。12簡(jiǎn)述TEM波、TE波、TM波、EH波和HE波各自的特點(diǎn)。弱導(dǎo)光纖中存在哪些類(lèi)型的波？為什么不存在TEM波？答：（1）TEM波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向與波的傳播方向垂直，即在傳播方向上既沒(méi)有磁場(chǎng)分量也沒(méi)有電場(chǎng)分量，且三者兩兩相互垂直。TE波在傳播方向上只有磁場(chǎng)分量而沒(méi)有電場(chǎng)分量；TM波在傳播方向上只有電場(chǎng)分量而沒(méi)有磁場(chǎng)分量；EH波在傳播方向上既有磁場(chǎng)分量又有電場(chǎng)分量，但以電場(chǎng)分量為主；HE波在傳播方向上既有磁場(chǎng)分量又有電場(chǎng)分量，但以磁場(chǎng)分量為主。（2）在弱導(dǎo)光纖中存在TE波、TM波、EH波和HE波四種波型。（3）TEM波在傳播方向（Z方向）上既沒(méi)有電場(chǎng)分量，又沒(méi)有磁場(chǎng)分量

8、。即Ez0、Hz0。如果光纖中存在TEM波，則根據(jù)Ez、Hz的表達(dá)式可以得到AB0，從而得到Er、E、Hr、E都為零，即光纖中不存在電磁場(chǎng)，所以光纖中根本不存在TEM波。13模的特性是用哪些參數(shù)來(lái)衡量的？各描述的是什么含義？答：模的特性可以用三個(gè)特征參數(shù)U、W和來(lái)描述。其中：U表示導(dǎo)模場(chǎng)在纖芯內(nèi)部的橫向分布規(guī)律；W表示表示導(dǎo)模場(chǎng)在纖芯外部的橫向分布規(guī)律；U和W結(jié)合起來(lái)，就可以完整地描述導(dǎo)模的橫向分布規(guī)律。是軸向的相位傳播常數(shù)，表明導(dǎo)模的縱向傳輸特性。14根據(jù)TE0n和TM0n模在弱導(dǎo)光纖中的特征方程證明TE0n和Tm0n模在截止?fàn)顟B(tài)下有：證明：根據(jù)貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)，當(dāng)W0時(shí)， 模式處于臨界狀態(tài)

9、時(shí)，W0，對(duì)應(yīng)的徑向歸一化相位常數(shù)記為Uc。若Uc0，則，成為不定型，所以Uc0，只有15根據(jù)HEmn模在弱導(dǎo)光纖中的特征方程試求：HE11、HE12、HE21和HE22模的歸一化截止頻率Vc。解：（1）當(dāng)m1時(shí)，HE1n在臨界狀態(tài)下的特征方程即：Uc0、3.83171、7.01559、10.17347、13.32369，（2）當(dāng)m2時(shí)，HEmn在臨界狀態(tài)下的特征方程即：根據(jù)貝塞爾函數(shù)的遞推公式：所以：Uc0，則，成為不定型，所以：Uc0，此時(shí)只有 當(dāng)m=2時(shí)，Uc2.40483、5.52008、8.65373、11.79153，所以，HE11、HE12、HE21和HE22模的歸一化截止頻率V

10、c分別為：HE11模Vc0HE12模Vc3.83171HE21模Vc2.40483HE22模Vc5.5200816根據(jù)EHmn模在弱導(dǎo)光纖中的特征方程試求：EH11、EH12、EH21和EH22模在遠(yuǎn)離截止時(shí)的徑向歸一化相位常數(shù)U值。解：遠(yuǎn)離截止時(shí)，W。根據(jù)：從而得到： U（EH11）215.13562，U（EH12）228.41724U（EH21）316.38016U（EH22）329.7610217如果在導(dǎo)弱光纖中存在EH21模，則光纖中至少還存在哪些模式？如果光纖中只讓HE11模存在，則光纖的歸一化頻率V必須滿(mǎn)足什么條件？答：如果在導(dǎo)弱光纖中存在EH21模，則光纖中至少還存在HE11、T

11、E01、TM01三種模式。如果光纖中只讓HE11模存在，則光纖的歸一化頻率V必須小于2.40483。18已知階躍型多模光纖，其纖芯半徑a=8m，纖芯折射率n1=1.46，相對(duì)折射率差=1%，工作波長(zhǎng)0=1.31m。試求此階躍型光纖中可傳輸哪些模式？解：所以，此階躍型光纖中可傳輸HE11、TE01、TM01、HE21、EH11、HE12、HE31、EH21、HE41、TE02、TM02、HE22、EH31、HE51、EH12、HE13、HE32共17種模式。19光纜的典型結(jié)構(gòu)有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？答：光纜的基本結(jié)構(gòu)按纜芯組件的不同一般可以分為層絞式、骨架式、束管式和帶狀式四種。層絞式光纜的結(jié)構(gòu)

12、類(lèi)似于傳統(tǒng)的電纜結(jié)構(gòu)方式，加強(qiáng)構(gòu)件位于光纜的中心，屬中心加強(qiáng)構(gòu)件配置方式，制造較容易，光纖數(shù)量較少（例如12芯以下）時(shí)多采用這種結(jié)構(gòu)。骨架式光纜中結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)光纖保護(hù)較好，耐壓、抗彎性能較好，節(jié)省了松套管材料和相應(yīng)的工序，但也對(duì)放置光纖入槽工藝要求高。束管式結(jié)構(gòu)的光纜體積小、重量輕、制造容易、成本低，是更能發(fā)揮光纖優(yōu)點(diǎn)的光纜結(jié)構(gòu)之一。帶狀式結(jié)構(gòu)光纜是一種空間利用率最高的光纜，優(yōu)點(diǎn)是可容納大量的光纖（一般在100芯以上），作為用戶(hù)光纜可滿(mǎn)足需要；同時(shí)每個(gè)單元的接續(xù)可以一次完成，以適應(yīng)大量光纖接續(xù)、安裝的需要。20光纜進(jìn)潮進(jìn)水有哪些危害？光纜在結(jié)構(gòu)上是如何防潮防水的？答：（1）水進(jìn)入光纜后，會(huì)在光

13、纖中產(chǎn)生OH吸收損耗，使信道總衰減增大，甚至使通信中斷；（2）水和潮氣進(jìn)入光纜后，使光纖材料的原子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷，導(dǎo)致光纖的抗拉強(qiáng)度降低；（3）會(huì)造成光纜中金屬構(gòu)件的腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致光纜強(qiáng)度降低；（4）水和潮氣進(jìn)入光纜后，遇到低溫時(shí)，水結(jié)冰后體積增大，可能壓壞光纖。因此為了保證光纖的特性不致劣化，在光纖和光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工和維護(hù)中都采取了一系列的防水措施。一般直埋光纜從外到內(nèi)有聚乙烯外護(hù)套、金屬護(hù)層、聚乙烯內(nèi)護(hù)套、防水填充料、光纖松套管、油膏、光纖。21光纜型號(hào)是由哪幾部分構(gòu)成的？答：光纜的型號(hào)是由光纜的型式代號(hào)和光纖的規(guī)格兩部分構(gòu)成，中間用一短線(xiàn)分開(kāi)。22識(shí)別光纜型號(hào)GYFTY21-12J50/125（30409）BGYZT53-24D8/125（303）A答：（1）GYFTY21-12J50/125（30409）B是非金屬加強(qiáng)構(gòu)件、填充式結(jié)構(gòu)、聚乙烯護(hù)套、雙鋼帶鎧裝、纖維外護(hù)層的通信用室外光纜，光纜內(nèi)有12根芯徑/包層直徑為50/125µm的二氧化硅系多模漸變型光纖，在1.55µm波長(zhǎng)上