光纤光学_刘德明_主观题2

说明试题中所用常数取：已知c=3×108m/s

一．简答题（每小题5分，共20分）

1．简述光纤中包层存在的必要性。

2．简述光纤中导模截止和远离截止条件的物理意义。

3．应用已有的《光纤光学》知识，提高光纤通信容量，应如何完善光纤？

4．画出偏振无关隔离器的结构图，并简述其工作原理。

参考答案

二．设计题（每小题10分，共20分）

1．请用如下器件：980/1550nm的波分复用耦合器、2/8 Y型耦合器、光环形器、Bragg 光纤光栅、980nm半导体激光器、一段掺铒光纤，单模光纤若干米，分别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。

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，试设计三种测量方法用以测量光纤长度。

参考答案

三．计算题(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？

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。

《光纤通信》第二版刘增基课后习题答案

1-1光纤通信的优缺点各是什么？ 答与传统的金属电缆通信、微波无线电通信相比，光纤通信具有如下优点：(1) 通信容量大．首先，光载波的中心频率很高，约为2 X10^14Hz ，最大可用带宽一般取载波频率的10 %，则容许的最大信号带宽为20 000 GHz( 20 THz ) ；如果微波的载波频率选择为20 GHz ，相应的最大可用带宽为2 GHz。两者相差10000 倍．其次，单模光纤的色散几乎为零，其带宽距离（乘）积可达几十GHz·km ；采用波分复用（多载波传输）技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍．目前，单波长的典型传输速率是10 Gb ／s。，一个采用128 个波长的波分复用系统的传输速率就是1 . 28 Tb / s . ( 2 ）中继距离长。中继距离受光纤损耗限制和色散限制，单模光纤的传输损耗可小千0 . 2 dB / km ，色散接近于零． ( 3 ）抗电磁干扰．光纤由电绝缘的石英材料制成，因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰，包括闪电、火花、电力线、无线电波的千扰．同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。 ( 4 ）传输误码率极低。光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小，而且稳定，．噪声主要来源于t 子噪声及光检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声．只要设计适当，在中继距离内传输的误码率可达10^-9甚至更低。 此外，光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。当然光纤通信系统也存在一些不足： ( 1 ）有些光器件（如激光器、光纤放大器）比较昂贵。 ( 2 ）光纤的机械强度差，为了提高强度，实际使用时要构成包声多条光纤的光缆，光统中要有加强件和保护套。 ( 3 ）不能传送电力．有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光纤显然不能胜任。为了传送电能，在光缆系统中还必须额外使用金属导线． （4）光纤断裂后的维修比较困难，需要专用工具。 1-2 光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。 答光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成（参看图1 . 4 ）。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地，接收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作又分为电发射机和光发射机。电发射机的作用是将信（息）源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等，光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用藕合技术把光信号最大限度地注人光纤线路．光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性；光源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数（如光的强度）．光纤线路把来自于光发射机的光信，能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机．光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，接失和连接器是不可缺少的器件．光接收机把从光线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号．光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机换，包括码型反变换和多路分接等． 1-3 假设数字通信系统能够在高达1 ％的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55 um 的光载波上能传输多少路64 kb / s 的话路？ 解在5GHz微波载波上能传输的64kb/s的话路数K=(5*10^9*1%)/(64*10^3)≈781(路) 在 1.55um的光载波上能传输的64kb/s的话路数K=（（3*10^8）/(1.55*10^-6)）/(64*10^-3)=3.0242*10^7（路）

光纤通信 第二版 刘增基 参考答案

1-1光纤通信的优缺点各是什么？ 答 与传统的金属电缆通信、磁波无线电通信相比，光纤通信具有如下有点： （1）通信容量大。首先，光载波的中心频率很高，约为2×1014 Hz ，最大可用带宽一般取载波频率的10%，则容许的最大信号带宽为20000 GHz （20 THz ）；如果微波的载波频率选择为20 GHz ，相应的最大可用带宽为2GHz 。两者相差10000倍。其次，单模光纤的色散几乎为零，其带宽距离（乘）积可达几十GHz*km ；采用波分复用（多载波传输）技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍。目前，单波长的典型传输速率是10 Gb ／s ，一个采用128个波长的波分复用系统的传输速率就是 Tb ／s 。 （2）中继距离长。中继距离受光纤损耗限制和色散限制，单模光纤的传输损耗可小于 dB ／km ，色散接近于零。 （3）抗电磁干扰。光纤由电绝缘的石英材料制成，因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰，包括闪电、火花、电力线、无线电波的干扰。同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。 （4）传输误码率极低。光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小，而且稳定，噪声主要来源于量子噪声及光 检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声。只要设计适当，在中继距离内传输的误码率可达10-9 甚至更低。 此外，光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。 当然光纤通信系统也存在一些不足： (1) 有些光器件(如激光器、光纤放大器)比较昂贵。 (2) 光纤的机械强度差。为了提高强度，实际使用时要构成包含多条光纤的光缆，在光缆中要有加强件和保护套。 (3) 不能传送电力。有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光纤显然不能胜任。为了传送电能，在光缆系 统中还必须额外使用金属导线。 (4) 光纤断裂后的维修比较困难，需要专用工具。 1-2 光纤通信系统由哪几部分组成?简述各部分作用。 答 光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成(参看图1．4)。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地，接收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作用是将信(息)源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等：光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性；光源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数(如光的强度)。光纤线路把来自于光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。光接收机把从光纤线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号。光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机相反的变换，包括码型反变换和多路分接等。 1-3 假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5 GHz 的微波载波和1.55μm 的光载波 上能传输多少64 kb/s 的话路? 解 在5GHz 微波载波上能传输的64 kb/s 的话路数 93 5101%781()6410 k ??=≈?路 在m μ的光载波上能传输的64kb/s 的话路数 8678310()1%1.5510 3.024210()6410 k -???==??路 1-4 简述未来光网络的发展趋势及关键技术。 答 未来光网络发展趋于智能化、全光化。其关键技术包括：长波长激光器、低损耗单模光纤、高效光放大器、WDM 复用技术和全光网络技术。 1-5 光网络的优点是什么? 答 光网络具有如下的主要优点： (1) 可以极大地提高光纤的传输容量和结点的吞吐量，以适应未来宽带(高速)通信网的要求。 (2) 光交叉连接器(oXC)和光分插复用器(OADM)对信号的速率和格式透明，可以建立一个支持多种业务和多种通信模式的、透明的光传送平台。 (3) 以波分复用和波长选路为基础，可以实现网络的动态重构和故障的自动恢复，构成具有高度灵活性和生存性的光传送网。 光网状网具有可重构性、可扩展性、透明性、兼容性、完整性和生存性等优点，是目前光纤通信领域的研究热点和前

《光纤通信》复习题(刘增基第二版)

光纤通信复习题 考试题型及分数 (1) 第一章：21题 (2) 第二章：32（6）题 (4) 第三章：47（2）题 (7) 第四章：23题 (10) 第五章：23（2）题 (12) 第七章：26题 (14) 第八章：19题 (16) 考试题型及分数

第一章：21题 1. 2. 1966年英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的 论文指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。 3. 光纤通信有四个发展阶段。 4. 光纤工作波长： 1) 0.85 μm 2) 1.31 μm 3) 1.55 μm 5. 光纤通信用的近红外光(波长约1μm)的频率(约300 THz)。 6. 简述光纤通信的优点： 1) 容许频带很宽，传输容量很大 2) 损耗很小， 中继距离很长且误码率很小 3) 重量轻、 体积小 4) 抗电磁干扰性能好 5) 泄漏小， 保密性能好 6) 节约金属材料， 有利于资源合理使用 7. 光纤通信系统的容许频带(带宽)取决于： 光源的调制特性、 调制方式和光纤的色散特性。 8. 简述光纤通信的应用： 1) 通信网 2) 构成因特网的计算机局域网和广域网 3) 有线电视网的干线和分配网 4) 综合业务光纤接入网 9. 光纤通信系统可以传输： 1) 数字信号 2) 模拟信号 10. 单向传输光纤通信系统的基本组成： 11. 光发射机的功能： 把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。 基本光纤传输系统接 收发 射

光纤光学课件第一章

幻灯片1 光纤光学 第一章 光纤传输的基本理论 W-C Chen Foshan Univ. 幻灯片2 §1. 前言 低损耗光纤的问世导致了光波技术领域的革命，开创了光纤通信的时代。光纤在工程上的使用促使人们需要对光纤进行深入研究，形成一门新的学科——光纤光学。 幻灯片3 光纤的分类 幻灯片4

(a) 突变型多模光纤； (b) 渐变型多模光纤； （c ） 单模光纤 横 截面2a 2b r n 折射率分布纤芯 包 A i t (a) 输入脉冲光线传播路径 50 μm 125μm r n A i t (b)～10 μm 125μm r n A i t (c) 多模光纤 幻灯片5 阶跃折射率光纤剖面测量图（华工光通信研究所）

单模光纤 多模光 纤 幻灯片6 光纤结构 ●光纤（Optical Fiber）是由中心的纤芯(Core)和外围的包层(Cladding)同轴组成的圆 柱形细丝。 ●纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。 ●包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。 ●设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是 n1>n2。 幻灯片7 主要用途： 突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。 渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。 单模光纤用在大容量长距离的系统。 特种单模光纤大幅度提高光纤通信系统的水平 1.55μm色散移位光纤实现了10 Gb/s容量的100 km的超大容量超长距离系统。 色散平坦光纤适用于波分复用系统，这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。 偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统，这种系统最大优点是提高接收灵敏度，增加传输距离。

光纤光学课件第一章

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 光纤光学课件第一章 1幻灯片 1 光纤光学第一章光纤传输的基本理论 W-C Chen Foshan Univ. 幻灯片 2 1. 前言低损耗光纤的问世导致了光波技术领域的革命，开创了光纤通信的时代。 光纤在工程上的使用促使人们需要对光纤进行深入研究，形成一门新的学科光纤光学。 幻灯片 3 光纤的分类幻灯片 4 2实用光纤主要的三种基本类型 (a) 突变型多模光纤； (b) 渐变型多模光纤；（c ）单模光纤横截面2a2brn折射率分布纤芯包Ait(a)输入脉冲光线传播路径～多模光纤幻灯片 5 阶跃折射率光纤剖面测量图（华工光通信研究所）3 单模光纤多模光纤幻灯片 6 光纤结构光纤（Optical Fiber）是由中心的纤芯(Core)和外围的包层(Cladding)同轴组成的圆柱形细丝。 纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。 包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。 设纤芯和包层的折射率分别为 n1 和 n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1n2。 幻灯片 7 主要用途： 1 / 15

突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。 渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。 单模光纤用在大容量长距离的系统。 特种单模光纤大幅度提高光纤通信系统的水平 1.55 m 色散移位光纤实现了 10 Gb/s 容量的 100 km 的超大容量超长距离系统。 色散平坦光纤适用于波分复用系统，这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。 偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统，这种系统最大优点是提高接收灵敏度，增加传输距离。 4幻灯片 8 2.光纤的研究方法光线理论几何光学方法波动光学方法适用条件研究对象光线模式基本方程射线方程波导场方程研究方法折射/反射定理边值问题主要特点约束光线模式幻灯片 9 光线理论光线分类子午光线倾斜光线射线方程几何光学法分析问题的两个出发点数值孔径时间延迟幻灯片 10 设纤芯和包层折射率分别为 n1 和 n2，空气的折射率 n0=1，纤芯中心轴线与 z 轴一致。 光线在光纤端面以小角度从空气入射到纤芯(n0n1)，折射角为 1，折射后的光线在纤芯直线传播，并在纤芯与包层交界面以角度1 入射到包层(n1n2)。 幻灯片 11 改变角度，不

第五章数字光纤通信系统的设计

第五章数字光纤通信系统的设计 （2学时） 一、教学目的及要求： 使学生了解整个数字光纤通信系统在整体进行设计时应考虑的因素和设计时使用的主要方法。 二、教学重点及难点： 本章重点：掌握损耗限制系统和色散限制系统中再生中继距离的设计方法。 本章难点：中继距离与系统传输速率的关系。 三、教学手段： 板书与多媒体课件演示相结合 四、教学方法： 课堂讲解、提问 五、作业： 课外作业： 5-1 5-2 5-5 六、参考资料： 《光纤通信》刘增基第五章。 《光纤通信》杨祥林第八章 七、教学内容与教学设计：

第五章数字光纤通信系统的设计 对数字光纤通信系统而言，系统设计的主要任 务是，根据用户对传输距离和传输容量(话路数或 比特率)及其分布的要求，按照国家相关的技术标准 和当前设备的技术水平，经过综合考虑和反复计算， 选择最佳路由和局站设置、传输体制和传输速率以 及光纤光缆和光端机的基本参数和性能指标，以使 系统的实施达到最佳的性能价格比。 在技术上，系统设计的主要问题是确定中继距 离，尤其对长途光纤通信系统，中继距离设计是否 合理，对系统的性能和经济效益影响很大。 中继距离的设计有三种方法：最坏情况法(参数 完全已知)、统计法(所有参数都是统计定义)和半 统计法(只有某些参数是统计定义)。 5.1 中继距离受损耗的限制 下图示出了无中继器和中间有一个中继器的数 字光纤线路系统的示意图。 数字光纤线路系统 (a)无中继器； (b) 一个中继器 如果系统传输速率较低，光纤损耗系数较大， 中继距离主要受光纤线路损耗的限制。在这种情况 下，要求S和R两点之间光纤线路总损耗必须不超 过系统的总功率衰减，即 [板书] [板书] [板书] [多媒体课件] 96分钟

《光纤通信》刘增基+第二版课后习题答案

1-1光纤通信的优缺点各是什么 答与传统的金属电缆通信、微波无线电通信相比，光纤通信具有如下优点：(1) 通信容量大．首先，光载波的中心频率很高，约为2 X10^14Hz ，最大可用带宽一般取载波频率的10 %，则容许的最大信号带宽为20 000 GHz( 20 THz ) ；如果微波的载波频率选择为20 GHz ，相应的最大可用带宽为2 GHz。两者相差10000 倍．其次，单模光纤的色散几乎为零，其带宽距离（乘）积可达几十GHz· km ；采用波分复用（多载波传输）技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍．目前，单波长的典型传输速率是10 Gb ／s。，一个采用128 个波长的波分复用系统的传输速率就是1 . 28 Tb / s . ( 2 ）中继距离长。中继距离受光纤损耗限制和色散限制，单模光纤的传输损耗可小千0 . 2 dB / km ，色散接近于零． ( 3 ）抗电磁干扰．光纤由电绝缘的石英材料制成，因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰，包括闪电、火花、电力线、无线电波的千扰．同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。 ( 4 ）传输误码率极低。光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小，而且稳定，．噪声主要来源于t 子噪声及光检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声．只要设计适当，在中继距离内传输的误码率可达10^-9甚至更低。 此外，光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。当然光纤通信系统也存在一些不足： ( 1 ）有些光器件（如激光器、光纤放大器）比较昂贵。 ( 2 ）光纤的机械强度差，为了提高强度，实际使用时要构成包声多条光纤的光缆，光统中要有加强件和保护套。 ( 3 ）不能传送电力．有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光纤显然不能胜任。为了传送电能，在光缆系统中还必须额外使用金属导线． （4）光纤断裂后的维修比较困难，需要专用工具。 1-2 光纤通信系统由哪几部分组成简述各部分作用。 答光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成（参看图 1 . 4 ）。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地，接收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作又分

模拟光纤通信系统.pdf

第六章模拟光纤通信系统 （4学时） 一、教学目的及要求： 使学生熟悉模拟光纤通信系统的组成和结构特点，重点要求他们掌握模拟光纤通信的系统调制方式、模拟基带直接光强调制光纤传输系统和副载波复用光纤传输系统结构。 二、教学重点及难点： 本章重点：调制方式、模拟基带直接光强调制光纤传输系统、副载波复用光纤传输系统。 本章难点：调制方式 三、教学手段： 板书与多媒体课件演示相结合 四、教学方法： 课堂讲解、提问 五、作业： 课外作业： 6-1 6-2 6-4 6-5 六、参考资料： 《光纤通信》刘增基第六章。 《光纤通信》杨祥林第八章第九章 七、教学内容与教学设计：

【讲授新课】（96分钟） 第六章模拟光纤通信系统 6.1调制方式 6.1.1模拟基带直接光强调制 模拟基带直接光强调制(DIM)是用承载信息的模拟基带信号，直接对发射机光源(LED或LD)进行光强调制，使光源输出光功率随时间变化的波形和输入模拟基带信号的波形成比例。 6.1.2模拟间接光强调制 模拟间接光强调制方式是先用承载信息的模拟基带信号进行电的预调制，然后用这个预调制的电信号对光源进行光强调制(IM)。 预调制又有多种方式，主要有以下三种。 1. 频率调制(FM) 频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对正弦载波进行调频，产生等幅的频率受调的正弦信号，其频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。然后用这个正弦调频信号对光源进行光强调制，形成FMIM光纤传输系统。 2. 脉冲频率调制(PFM) 脉冲频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对脉冲载波进行调频，产生等幅、等宽的频率受调的脉冲信号，其脉冲频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。然后用这个脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成PFMIM光纤传输系统。 3. 方波频率调制(SWFM) 方波频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对方波进行调频，产生等幅、不等宽的方波脉冲调频信号，其方波脉冲频率随输入的模拟基带信

浅谈光纤通信的优缺点

浅谈光纤通信的优缺点 班级 0913 学号 09418314 姓名李姗姗 【摘要】 光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。光 纤通信与以往的电气通信相比，主要区别在于有很多优点，同时，一些缺点也在改良之中。 【关键字】光纤通信频带优越性光缆有色金属 【引言】光纤通信不仅在技术上具有很大的优越性，而且在经济上具有巨大的竞争能力，因此其在通信社会中将发挥越来越重要的作用。光纤通信在短短的几十年中发展如此迅速，并使得世界上 80%以上的电信业务在光纤通信网中传送，这是与其无可比拟的优越性分不开的。【正文】1.1 光纤通信的优点（1）容许频带很宽，传输容量很大光纤通信系统的容许频带（带宽）取决于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。石英单模光纤在 1.31μ m 波长具有零色散特性，通过光纤的设计，还可以把零色散波长移到 1.55μm。在零色散波长窗口，单模光纤都具有几十GHz· 的带宽距离积。 km 另一方面，可以采用多种复用技术来增加传输容量。最简单的是空分复用，因为光纤很细，外径只有 125μm，一根光缆可以容纳几百根光纤，12×12＝144 根带状光缆早已实现。这种方法使线路传输容量成百倍地增加。就单根光纤而言，采用波分复用（WDM）或光频分复用（OFDM）是增加光纤通信系统传输容量最有效的方法。另一发面，减小光源谱线宽度和采用

外调制方式，也是增加传输容量的有效方法。（2）损耗低、中继距离长石英光纤在 1.31μm 和 1.55μm 波长，传输损耗分别为0.50dB/km 和 0.20dB/km，甚至更低。目前，采用外调制技术，波长为 1.55μm 的色散移位单模光纤通信系统，若其传输速率为 2.5Gb/s,则中继距离可达 150km；若其传输速率为 10Gb/s，则中继距离可达100km。采用光纤增大器、色散补偿光纤，中继距离还可增加，传输的误码率极低。传输容量大、传输误码率低、中继距离长的优点，使光纤通信系统不仅适合于长途干线网，而且适合于接入网的使用，这也是降低每公里话路的系统造价的主要原因。（3）保密性能好对通信系统的重要要求之一是保密性好。由于光纤的特殊设计，光纤中传送的光波 被限制在光纤的纤芯和包层附近传送，很少会跑到光纤之外。即使在弯曲半径很小的位置，泄露光功率也是十分微弱的。并且成缆以后光纤的外面包有金属做的防潮层和橡胶材料的护套，这些均是不透光的，因此，泄漏到光缆外的光几乎没有。更何况长途长途光缆和中继光缆一般均埋于地下，所以光纤的保密性能好。此外，由于光纤中的信号一般不会泄露，因此浅谈光纤通信的优缺点 电通信中常见的线路之间的串话现象也可忽略。（4）抗电磁干扰性能强光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路不受普通高、低频电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。无金属光缆特别适合与存在强电磁场干扰的高压电力线路周围和油田、煤矿等易燃易爆环境中使用。光纤（复合）架空地线（OPGW，Optical Fiber Overhead Ground Wire）

光纤通信(第2版)刘增基复习提纲

1.什么是光纤通信？ 光纤通信，是指利用光纤来传输光波信号的一种通信方式 2.光纤通信和电通信的区别。 （1）电通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波。 （2）电通信用电缆传输信号，光通信用光纤传输信号。光缆具有比电缆更小的高频率传输损耗 3.基本光纤通信系统的组成和各部分作用。 基本光纤传输系统由光发射机、光纤线路和光接收机三个部分组成 1.光发射机 功能：是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。 核心：光源。要求光源输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。 2. 光纤线路 功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。 光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。 光纤线路的性能主要由缆内光纤的传输特性决定。 3. 光接收机 功能：把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。 核心：光检测器。对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快。 光接收机把光信号转换为电信号的过程，是通过光检测器的检测实现的。检测方式有直接检测和外差检测两种。 第二章 1、光能量在光纤中传输的必要条件。 设折射率，纤芯为n1；包层为n2,则光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。 2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。 1. 突变型多模光纤(全反射导光) (1)相对折射率指数差（纤芯和包层折射率分别为n1和n2） 定义： 弱导波光纤中n1和n2相差很少，则 n1+n2 =2 n1 定义临界角θc 的正弦为数值孔径(Numerical Aperture, NA)。根据定义和斯奈尔定律 设Δ=0.01，n1=1.5，得到NA=0.21或θc=12.2°。 NA 表示光纤接收和传输光的能力。 1）NA 越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。 2）NA 越大 经光纤传输后产生的信号畸变越大 3、弱导波光纤的概念。 纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a=50~80 μm ，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。带宽只有10~20 MHz ·km ，一般用于小容量（8 Mb/s 以下）短距离（几km 以内）系统。 4、相对折射率指数差的定义及计算。 2122212n n n -=?有： 121/)(n n n -≈?

光线通信(刘增基,第二版)部分问答题答案

1.2光纤通信系统有几部分组成？简述各部分作用？ 答光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地，接收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作又分为电发射机和光发射机。电发射机的作用是将信（息）源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等，光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用藕合技术把光信号最大限度地注人光纤线路．光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性；光源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数（如光的强度）．光纤线路把来自于光发射机的光信，能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机．光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，接失和连接器是不可缺少的器件．光接收机把从光线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号．光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机换，包括码型反变换和多路分接等。 2.5光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展? 答长波长、单模光纤比短波长、多模光纤具有更好的传输特性。（1）单模光纤没有模式色散，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著小于经过多模光纤时不同的程度． ( 2 ）由光纤损耗和波长的关系曲线知，随着波长的增大，损耗呈下降趋势，且在1.31μm 和1 . 55μm 处色散很小，故目前长距离光纤通信一般工作在1 . 55μm. 2.6光纤色散产生的原因及其危害是什么？ 答光纤色散是由光纤中传输的光信号的不同成分光的传播时间不同而产生的。光纤色散对光纤传输系统的危害有：若信号是模拟调制的，色散将限制带；是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率（容量） 2.7光纤损耗产生的原因及其危害是什么？ 答光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。散射损耗主要由材料微观密度密度不均匀引起的瑞利胜射和光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的。光纤损耗使系统的传输距离受到限制．大损耗不利于长距离光纤通信。 3.4比较半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的异同 答：LD和LED的不同之处： 工作原理不同，LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光，LED不需要光学谐振腔，而LD需要，和LD相比，LED输出光功率较小，光谱较宽，调制频率较低。但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。所以，LED的主要应用场合是小容量短距离通信系统，而LD主要应用于长距离大容量通信系统。LD和LED的相同之处：使用的半导体材料相同，结构相似，LED和LD大多采用双异质结结构，把有源层夹在P型和N 型限制层中间。 3.19光与物质间的互作用过程有哪些？ 答：光与物质之间的三种互相作用包括受激吸收，自发辐射，受激辐射。（1）受激吸收。在正常状态下，电子处于低能级E1，在入射光的作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃迁成为受激吸收 （2）自发辐射。在高能级的E2上的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动跃迁到低能级E1上与空穴复合，设防的能量转换成光子辐射出

光纤通信(第二版)【刘增基】简答题总结

1.光纤通信的优缺点各是什么？ 优：通信容量大中继距离长抗电磁干扰传输误码率极低 缺：有些光器件(如激光器、光纤放大器)比较昂贵光纤的机械强度差不能传送电力 光纤断裂后的维修比较困难，需要专用工具 2.光纤通信系统由哪几部分组成?简述各部分作用 光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成 发射机又分为电发射机和光发射机，接收机也分为光接收机和电接收机，电发射机的作用是将信(息)源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等：光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光纤线路把来自于光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。光接收机把从光纤线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号。光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机相反的变换，包括码型反变换和多路分接等。 3.光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展? 长波长、单模光纤比短波长、多模光纤具有更好的传输特性。单模光纤没有模式色散。 4.光纤色散产生的原因及其危害是什么? 光纤色散是由光纤中传输的光信号的不同成分光的传播时间不同而产生的。 光纤色散对光纤传输系统的危害有：若信号是模拟调制的，色散将限制带宽；若信号是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率（容量）。 5.光纤损耗产生的原因及其危害是什么? 光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收的。散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的。光纤损耗使系统的传输距离受到限制，大损耗不利于长距离光纤通信。 6.半导体激光器（LD）有哪些特性? 发射波长和光谱特性激光束空间分布特性转换效率和输出功率特性频率特性温度特性7.比较半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的异同？ LD和LED的不同之处：工作原理不同，LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。LED不需要光学谐振腔，而LD需要。和LD相比，LED输出光功率较小，，光谱较宽，调制频率较低。但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。所以，LED的主要应用场合是小容量（窄带）短距离通信系统；而LD主要应用于长距离大容量（宽带）通信系统。 LD和LED的相同之处：使用的半导体材料相同、结构相似，LED和LD大多采用双异质结（DH）结构，把有源层夹在P型和N型限制层之间。 8.试说明APD和PIN在性能上的主要区别？ APD用于光接收机要求灵敏度较高的场合，利于延长系统的传输距离，用于短波长光纤通信PIN用于灵敏度不高的场合，性能非常稳定，用于长波长系统。 9.光与物质间的互作用过程有哪些? 光与物质之间的三种相互作用包括受激吸收、自发辐射和受激辐射 10.什么是粒子数反转?什么情况下能实现光放大？ 假设能级E1和E2上的粒子数分别为N1和N2，在正常的热平衡状态下，低能级E1上的粒子数N1是大于高能级E2上的粒子数N2的，入射的光信号总是被吸收。为了获得光信号的放大，必须将热平衡下的能级E。和E：上的粒子数N1和N：的分布关系倒过来，即高能级上的粒子数反而多于低能级上的粒子数，这就是粒子数反转分布。当光通过粒子数反转分布激活物质时，将产生光放大。

光纤通信第二版刘增基参考答案

1-1光纤通信的优缺点各是什么 答 与传统的金属电缆通信、磁波无线电通信相比，光纤通信具有如下有点： （1）通信容量大。首先，光载波的中心频率很高，约为2×1014 Hz ，最大可用带宽一般取载波频率的10%，则容许的最大信号带宽为20000 GHz （20 THz ）；如果微波的载波频率选择为20 GHz ，相应的最大可用带宽为2GHz 。两者相差10000倍。其次，单模光纤的色散几乎为零，其带宽距离（乘）积可达几十GHz*km ；采用波分复用（多载波传输）技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍。目前，单波长的典型传输速率是10 Gb ／s ，一个采用128个波长的波分复用系统的传输速率就是 Tb ／s 。 （2）中继距离长。中继距离受光纤损耗限制和色散限制，单模光纤的传输损耗可小于 dB ／km ，色散接近于零。 （3）抗电磁干扰。光纤由电绝缘的石英材料制成，因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰，包括闪电、火花、电力线、无线电波的干扰。同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。 （4）传输误码率极低。光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小，而且稳定，噪声主要来源于量子噪声及光 检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声。只要设计适当，在中继距离内传输的误码率可达10-9 甚至更低。 此外，光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。 当然光纤通信系统也存在一些不足： (1) 有些光器件(如激光器、光纤放大器)比较昂贵。 (2) 光纤的机械强度差。为了提高强度，实际使用时要构成包含多条光纤的光缆，在光缆中要有加强件和保护套。 (3) 不能传送电力。有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光纤显然不能胜任。为了传送电能，在光缆系 统中还必须额外使用金属导线。 (4) 光纤断裂后的维修比较困难，需要专用工具。 1-2 光纤通信系统由哪几部分组成简述各部分作用。 答 光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成(参看图1．4)。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地，接收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作用是将信(息)源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等：光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性；光源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数(如光的强度)。光纤线路把来自于光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。光接收机把从光纤线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号。光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机相反的变换，包括码型反变换和多路分接等。 1-3 假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5 GHz 的微波载波和1.55μm 的光载波 上能传输多少64 kb/s 的话路 解 在5GHz 微波载波上能传输的64 kb/s 的话路数 93 5101%781()6410 k ??=≈?路 在m μ的光载波上能传输的64kb/s 的话路数 8678310()1%1.5510 3.024210()6410 k -???==??路 1-4 简述未来光网络的发展趋势及关键技术。 答 未来光网络发展趋于智能化、全光化。其关键技术包括：长波长激光器、低损耗单模光纤、高效光放大器、WDM 复用技术和全光网络技术。 1-5 光网络的优点是什么 答 光网络具有如下的主要优点： (1) 可以极大地提高光纤的传输容量和结点的吞吐量，以适应未来宽带(高速)通信网的要求。 (2) 光交叉连接器(oXC)和光分插复用器(OADM)对信号的速率和格式透明，可以建立一个支持多种业务和多种通信模式的、透明的光传送平台。 (3) 以波分复用和波长选路为基础，可以实现网络的动态重构和故障的自动恢复，构成具有高度灵活性和生存性的光传送网。 光网状网具有可重构性、可扩展性、透明性、兼容性、完整性和生存性等优点，是目前光纤通信领域的研究热点和前

《光纤通信》教学大纲

《光纤通信》教学大纲 （通信工程专业本科任选课） 学时：64 学分：4 课程代码：0103226 一、课程的性质、地位和作用 1、课程性质 本课程是通信工程专业本科的一门专业选修课，通过本课程的学习，使学生系统地掌握光技术与光纤通信的基本原理和基本知识；了解光纤通信的基本技术和最新发展，为毕业后从事本专业和相关专业的工作打下良好的基础。 2、课程的地位 通过本课程的学习，让学生掌握光纤的传输理论；光缆结构及特点；无源光器件的原理及性能；光源和光检测器的工作原理及特性；光纤放大器的工作原理及结构；光纤通信系统的组成与性能指标。并将介绍代表当今高速大容量光纤通信技术主流的波分复用光纤通信技术，以及代表未来光纤通信技术发展方向的全光光纤通信技术。使学生对光纤通信这一在当今信息领域内高速发展并起着关键作用的技术有一较好的了解。为进一步深造或走向社会打下一个良好的基础。 3、课程的作用 通过本课程的学习，对光纤通信及光纤通信系统建立起比较完整的概念，并掌握光纤通信的基本原理和基本技术，为进一步学习相关专业课程及从事通信技术类工作奠定一定的基础。 本课程要求掌握光纤通信系统构成及特点，光纤通信的窗口波长，光纤分类及指标，光发射机的组成及对光源的要求，对光电检测器的要求；掌握光纤通信关键器件的原理及技术要求；熟悉光传输，中继放大技术；了解光纤通信中的新技术：光波分复用、光时分复用、光放大器及全光系统；初步掌握光通信网络的构成及组网技术。 本课程对培养学生综合应用以前所掌握的《通信原理》、《数字通信》等课程的基本知识等有良好的促进作用。 二、教学基本内容 （一）导论 1.1 光纤通信的产生和发展 1.2 光纤通信系统 1.3 光纤通信的应用和发展 （二）光纤与光缆 2.1 光纤光缆的结构和类型 2.2 光纤传输原理 2.2.1 射线光学理论分析法 2.2.2 波动光学理论分析法 2.2.3 单模传输条件 2.3 光纤传输特性 2.3.1 损耗特性 2.3.2 色散特性 2.3.3 非线性效应 2.3.4 随机双折射与偏振模色散 2.4 常用光纤类型

浅谈光纤通信的优缺点

电通信中常见的线路之间的串话现象也可忽略。（4）抗电磁干扰性能强光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路不受普通高、低频电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。无金属光缆特别适合与存在强电磁场干扰的高压电力线路周围和油田、煤矿等易燃易爆环境中使用。光纤（复合）架空地线（OPGW，Optical Fiber Overhead Ground Wire） 是光纤与电力输送系统的地线组合而成的通信光缆，已在电力系统的通信中发挥重要作用。（5）节省有色金属和原材料光纤的主要成分是二氧化硅（SiO2）,因此使用光纤可以节约大量的有色金属，我们知道生产电缆需要大量的铜和铅。比如，生产 1km 的死管同轴电缆需要500kg 钢和 1500kg 铅，这些有色金属在地球上的含量是极其有限的。而二氧化硅在地球上遍地都是，可以说，取之不尽用之不竭。所以，光纤通信技术的发展应用，既节约了大量的有色金属材料，也不会受到资源的限制。（6）体积小、重量轻目前常用的光纤的纤芯直径只有几个微米，加上包层以后光纤的直径是125μ m，比一根头发丝稍微粗一点。这样的光纤，500m 长也不过。为了保护光纤，同时使 它抗拉又抗弯，在制作光纤的时候，还在它的表面加上一层聚丙烯或者尼龙套层，加上这层套层以后，它的直径也不超过 2mm。在实际通信线路中使用的不是单根的光纤，而是把好多根光纤和抗拉的钢丝、塑料和填充材料等组合在一起，外面再套上层橡胶胶皮这就是通常所说的光缆。采用这种又细又轻的光缆，不管是运输还是铺设线路，都很 方便。另外，它还特别适合用在飞机和宇宙飞船上。 光纤通信的缺点

事物都是一分为二的，光纤通信也存在以下缺点：（1）抗拉强度低光纤的理论抗拉强度大于钢的抗拉强度。但是，由于光纤在生产过程中表面存在或产生微裂痕，光纤受拉时应力全都加于此，从而使光纤的实际抗拉强度非常低，这就是 裸光纤很容易折断的原因。（2）光纤连接困难要使光纤的连接损耗小，两根光纤的纤芯必须严格对准。由于光纤的纤芯很细，加之石英的熔点很高，因此连接很困难，需要有昂贵的专门工具。（3）光纤怕水水进入光缆后主要会产生三个方面的问题：①水进入光纤后，会增加光纤的 OH-吸收损耗，使信道总损耗增大，甚至使通信中断；②水进入光缆后，会造成光缆中的金属构件氧化，使金属构件腐蚀，导致光缆强度降低；③进入光缆中的水遇冷后，水结冰体积增大有可能压坏光纤。为了保持光纤的特性不致劣化，在光纤和光缆的结构设计、生产、运输、施工、维护中应采取针对性的防水措施 浅谈光纤通信的优缺点 。应当指出，随着研究的深入和技术的发展，光纤通信的这些缺点都已被克服了，介绍这些缺点，是要求我们在实际应用时尽量避免这些问题的产生。 结论 光纤通信技术作为信息技术的重要支撑品太，在未来信息社会中将起到重要作用。虽然经历了全球光通信的“冬天”但今后光通信市场仍然将呈现上升趋势。从现代通信的发展趋势来看，光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的

光纤通信新技术

第七章光纤通信新技术 （4学时） 一、教学目的及要求： 使学生熟悉现代社会中普遍采用的光纤通信新技术，了解与以前技术的异同，重点掌握光纤放大器和光波分复用技术。 二、教学重点及难点： 本章重点：光放大器的类型及其特点、2、掺铒光纤放大器的工作原波分复用原理。 本章难点：光纤放大器的工作原理。 三、教学手段： 板书与多媒体课件演示相结合 四、教学方法： 课堂讲解、提问 五、作业： 课外作业： 7-4 7-5 7-6 7-8 7-9 六、参考资料： 《光纤通信》刘增基第七章。 《光纤通信》杨祥林第七章 七、教学内容与教学设计：

浦光功率］为88%

(a) 光纤放大器构成原理图； (b) 实用光纤放大器 外形图及其构成方框图 波长为980 nm的泵浦光转换效率更高，达10 dB/mW，而且噪声较低，是未来发展的方向。 7.1.3掺铒光纤放大器的优点和应用 EDFA有许多优点， EDFA (1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600 nm)；其主体是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小，可达0.1 dB (2) 增益高，约为30～40 dB; 饱和输出光功率大，约为10～15 dBm; 增益特性与光偏振状态无 (3) 噪声指数小，一般为4～7 dB; 用于多信道传输时，隔离度大，无串扰，适用于波分复用系 (4) 频带宽，在1550 nm窗口，频带宽度为20～

7.2 光波分复用技术 随着人类社会信息时代的到来，对通信的需求呈现加速增长的趋势。发展迅速的各种新型业务(特别是高速数据和视频业务)对通信网的带宽(或容量)提出了更高的要求。为了适应通信网传输容量的不断增长和满足网络交互性、灵活性的要求，产生了各种复用技术。 在光纤通信系统中除了大家熟知的时分复用(TDM)技术外，还出现了其他的复用技术，例如光时分复用(OTDM)、光波分复用(WDM)、光频分复用(OFDM)以及副载波复用(SCM)技术。本节主要讲述WDM技术。 7.2.1 1. WDM的概念 光波分复用(WDM：Wavelength Division Multiplexing)技术是在一根光纤中同时传输多个