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光纤作业及答案

第一次作业

1.公式推导：单位长度光纤中斜光线的光路长度和反射次数分别为

(1)S 斜=1/cos θ=S 斜 (2)斜η

=r cos a 2tan θ

=sr co 子η。

解：（1）如图1.2.2所示，设沿光纤的径向方向总长度为L ，则根据图中所示三角函数关系，得S=L/cos θ其中L=l 1 +l 2+…+l n (将光纤分割，在一小段上光路近似为直线)

S 1= l 1/cos θ,S 2 =l 2 /cos θ,…，S n = l n /cos θ 从而得S 总= S 1+ S 2+…+ S n =L /cos θ

于是，单位长度中光线路程为S 斜=1/cos θ=S 斜。

（2）在沿横向方向上，光线传播的平面与光轴平面有一角r ，则光线在

横向上传播的总距离为r

L cos tan θ

，从而总反射次数总η=r a L cos 2tan θ，

于是，单位长度中的光线总的全反射次数

斜η=r cos a 2tan θ

co 子η

2.推导光线方程： ()()

d d r n r n r d s d s ??

=?????

解：由在各向同性媒质中程函方程()()r n r =??,取光线的某一点的单位方向

矢量s l

()()r n l r s =??

()[]()()r n ds r d r ds d ?=???????=??? ()[]()???

???=ds dr r

n ds d r n l ds d s

从而

()()d d r n r n r d s d s ??

=?????

第二次作业

见课本公式 P22-P26

第三次作业

1.什么是光纤，其传输的基本原理？

答：光纤是光导纤维的简称。它是工作在光波波段的一种介质波导，通常是圆柱形。它把以光的形式出现的电磁能量利用全反射的原理约束在其界面内，并引导光波沿着光纤轴线的方向前进。

2.光纤的分类？

答：光纤有三种分类方式：按光纤的传输模式、折射率分布、材料进行分类。

按传输模式分为单模光纤和多模光纤；

按折射率分布分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤；

按材料分为石英光纤、多组分玻璃光纤、塑料光纤、液芯光纤和晶体光纤。

3.已知SI 光纤，n1=1.46，△=0.005，

（1）当波长分别为0.85um 、1.3um 和1.55um 时，要保证单模传输a 范围是多少？

解：由单模条件得V=a k 0)(2

221n n -?2.4048可得:

单模光纤尺寸为a =1.202λ0/[

（

)(2

221n n -）]

因为?=1-n

n 1

2=0.005而n 1=1.46，所以n 2=1.4527

当λ=0.85um 时，a 1 ?2.23;

当λ=1.3um 时,a 2 ?3.41

当λ=1.55um 时,a 3 ?4.07

（2）如果a=8um ，则要保证单模传输波长范围是多少？

解：λ> [πa （)(2

221n n -）]/1.202，将n 1=1.46，n 2=1.452

代入得λ>3.05um

4.全反射产生条件是什么？

答：当光线从光密介质进入光疏介质时即n1＞n2，入射角大于临界角时发生全反射。

5.下列条件中，横电磁模(TEM)是（ C ），横电模(TE)是（ B ），横磁模(TM)是（ A ），混杂模(HE 或EH)是（ D ）。 A. Ez ≠0,Hz ＝0; B. Ez ＝0, Hz ≠0; C. Ez ＝Hz ＝0; D. Ez ≠0, Hz ≠0。

6. 已知SI 光纤，n1=1.55，波长为0.85um ，光纤芯半径为5 um ，则要保证单模传输包层折射率应取范围是多少？

解：由单模条件V=a k 0)(2

221n n -?2.4048，可得 1.202λ>π

（)(2

221n n -）

代入数值的n 2>1.549，又n 2

所以1.549

7.设介质各向同性而且均匀，试证明射线是走直线的。

()()r n ds dr r n ds d ?=???

???

证明：由射线方程

常数12

20c ds dr ds r d =?= ()常数c r n =

∴射线是走直线的

8.已知一阶跃折射率光纤，n1=1.55，n2=1.46，a=2um ，求当波长为1.31um 时，可能传输的模式有那些？

解：V=a k 0)(2

221n n -

)(2

221n n -

代入数值的V=4.99

满足上述V 的Lp 模有：Lp01、Lp11、Lp21、 Lp02

矢量模有：HE11、HE21、TE01、TM01、EH11、HE31、HE12。

9．n 1==1.48，n 2=1.473，光纤长度L=0.3Km, ?=0.0047,求GI,SI 的模式色散？

解: ?= 1-n

n 1

2=48.1473

.148.1-=0.0047

SI:[L τ?]SI =C n

?=10

8348.1??0.0047=2.32?1011

-m s [τ

]SI =6.96ns

GI: [L τ?]GI =2?[L τ?]SI

=5.45?1014

-m

[τ?]GI =16.35ps

第四次作业:

2.1 试比较多模光纤和单模光纤色散产生的原因和大小。

答：光纤的色散有四种：(1)多模色散是由于各模式之间群速度不同而产生的色散。由于各模式以不同时刻到达光纤出射端而使脉冲展宽。计算分两种： SI: 12

11n n n c n L SI

=????????τ?

GI: SI

GRIN L c n L ??????=???

???τ???τ?222＝1

λλλσσσλλτ?λ

W eff W

D M d n d c L =-=???? ?

?≈??????'0

0－

（2）波导色散是由于某一传播模的群速度对于光的频率（或波长）不是常数，同时光源的谱线又有一定宽度。

(3)材料色散是由于光纤材料的折射率随入射光频率变化而产生的色散。

00202

0202

0λλλλσσσλλτ?λλλ???? ??-=-==-=???

? ??-≈??????d n d c M D D M d n d c L M M M

（4）偏振色散是由于光脉冲由同一波长光的同一模式运载，因不同的偏振态光的群速度不同导致的脉冲展宽。

多模光纤中色散主要是多模色散，材料色散和波导色散比较少，且有Δτm>Δτw 。

单模光纤中色散主要是波导色散、材料色散和偏振模色散。其总色散参数。总色散为

2)()(弥散

色散τ?τ?τ?+=Total 且也有Δτm>Δτw 。

2.2减少光纤中损耗的主要途径是什么？

答：光纤中的损耗主要有吸收损耗和散射损耗。其中吸收损耗是由制造光纤材料本身以及其中的过渡金属离子和OH-等杂质对光的吸收而产生的损耗。前者是由光纤材料本身的特性所决定的，称为本征吸收损耗，包括紫外吸收损耗和红外吸收损耗。后者称为杂质离子的吸收。减少其的方法是：光纤材料的化学提纯或是在工艺上进行改进，如避免使用氢氧焰加热。

散射损耗主要来源于光纤的制作缺陷和本征散射。其中主要是折射率起伏、分布不均匀，还有芯-涂层界面不理想，有气泡、条纹或结石。还有一类本征散射及其它的。主要有瑞利散射、布里渊散射和喇曼散射，所以改变这种损耗的方法即就是选用较好的光纤材料，并且制作工艺尽

可能要好。

2.4试分析影响单模光纤散射的因素，如何减少单模光纤中的色散？答：单模光纤中的色散主要有三种：材料色散、波导色散和偏振色散。材料色散、波导色散是由于光脉冲由同一模式运载，因光源有线宽，而不同波长光的群速不同导致的脉冲展宽。两者又称为波长色散。偏振模色散是由于光脉冲由同一波长光的同一模式运载，因不同偏振态光的群速不同导致的脉冲展宽。

对于单模色散，减少其的方法主要有三种：

（1）设计在某一特定波长（或某一特定波段）色散为零的光纤。

（2）制作能维持光波偏振态的偏振保持光纤，一是人为地增加纤芯的椭圆度，二是人为地使光纤包层有非圆对称的应力施加区。（3）减少光源的线宽可减少其波长色散。

第五次作业：

3.1 试分析弯曲引起光纤损耗的机理及其计算主要困难所在。

答：弯曲引起的光纤损耗分为宏弯损耗和微弯损耗两类。光纤弯曲时在光纤中传输的导模将由于辐射而损耗光功率，对此难于从理论上进行较细致而准确的计算分析。主要原因是它和光纤实际结构、折射率分布等因素关系较密切，对于多模光纤还应考虑模式间的光功率耦合，情况更复杂。

3.2分析计算中光纤微弯损耗的主要困难何在？

答：对于多模光纤，当光纤为正弦状微弯时即

()()??

?≤≤'=为其他值z L z z k A z f d 0

0sin

式中k ’为微弯空间频率，A d 为微弯幅值，L 为微弯曲长度，从而得微

弯损耗()()()()??????+'+'+-'-'∝2/2/sin 2

/2/sin 4L k k L k k L k k L k k L A c c c c d α 式中a k c /2?=?=β。上述结果只适用于弱耦合情况。

对于单模光纤的微弯损耗

()

()∞+≈?

????=s s p s p s n k s n k A p

022

1020102

)(2)(8α

式中()2.3,/106799.919

=?=-p km dB A ， n 1为纤芯折射率s 0为模斑半径。

3.3光纤和光源耦合时主要应考虑哪些因素？为什么？

答：光纤和光源耦合时，为获取大耦合效率，应考虑两者特征参量相匹配的问题。

光纤的参数有：纤芯直径、数值孔径、截止波长（单模）、偏振特性；光源参数有：发光面积、发光的角分布、光谱特性（单色性）、输出光功率和偏振特性

常用的光源是半导体激光器和半导体发光二极管，半导体激光器的特点是发光面为窄长条，其远场图是一个细长的椭圆，这是光纤何其耦合的困难所在，半导体发光二极管为自发辐射产生的，发射方向性差但是均匀面发光，其发光性能类似于余弦发光体。

光纤和光源耦合有两种：直接耦合和加透镜耦合。直接耦合就是把端面已处理的光纤直接对向激光器的发光面，这事影响耦合效率的主要因素是：光源的发光面积和光纤纤心总面积的匹配以及光源发散角和光纤数值孔径角的匹配。利用透镜耦合可大大提高耦合效率，有五种情况：（1）端面球透镜耦合，其效果是增加光纤的孔径角（2）柱透镜耦合，利用柱透镜将光进行单方向会聚，使光斑接近圆形以提高效率，对位置的准确性要求较高（3）凸透镜的耦合，便于构成活动接头（4）圆锥形透镜耦合，此方法要求光纤的前端直径比光源的发光面大，以获最佳耦合效果（5）异性透镜耦合，透镜的一个端面为长条形，另一个端面为圆形，以便于光源进行耦合。

3.4 光纤和LD 或LED 耦合时主要困难是什么？试列举提高耦合效率的主要途径，你对此有何设想？答：光纤和LD 或LED 耦合时主要困难是发光面与发光角分布的匹配问题，以LD 为例：利用透镜耦合可大大提高耦合效率，一般有5种方法 (1) 端面球透镜耦合，此时增加光纤的孔径角，从而显著地增加θc ，提高耦合效率

(2) 柱透镜耦合，将LD 发光进行单方向会聚，使光斑接近圆形以提高耦合效率。

(3) 凸透镜耦合，其优点是便于构成活动接头，或是中间插分光片，偏振棱镜等光学元件 (4) 圆锥形透镜耦合，把光纤的前端用腐蚀的方法做成圆锥形式（或熔烧拉锥法）用此种方法耦合效率可高达92%.

(5) 异性透镜耦合，满足LD 发光面和圆形光纤的耦合要求制成的，从而提高耦合效率。

3.5光纤和光纤耦合时，主要考虑哪些因素？答：对于多模光纤和多模光纤的直接耦合，主要考虑两轴间的偏离距离，两光纤端面的间隙，两光轴之间的倾斜，光纤端面的不完整性，如端面倾斜，端面弯曲，以及光纤的种类不同，包括光纤芯径和折射率不同。

对于单模光纤直接耦合，主要考虑光纤的离轴和轴倾斜的距离两光纤端面的间隙和光纤的不同种类和光纤的不同种类。

3.6 试分析光纤通过透镜耦合时引起损耗的因素。

答：光纤和透镜耦合时主要考虑两者数值孔径的匹配以及透镜像差，自

聚焦透镜的系统球差()

2NA f n

πε=

，n o 为透镜轴上点的折射

率，球透镜的球差为()()3

221141NA f n n ??

????--=ε 棒状透镜的球差为()[]

()3

11NA f n n -=ε，对于三种透镜均有ξ∝f 和ξ∝NA 3

,当10n n ＞1.75时，3种透镜之ξ

/f(NA)3值均相近，而当10n n ＜1.75

时，棒状透镜像差最大，自聚焦透镜最小，而且n 越大，ε越小。

3.7 单模光纤和单模光纤连接时，比多模光纤和多模光纤直接连接的公差要低，为什么？试分析其物理原因。

答：对多模光纤其端面光功率分布视为均匀分布，而对单模光纤其端面光功率则视为高斯分布。

3.8计算单模光纤的耦合和计算多模光纤的耦合有何差别，为什么？答：计算多模光纤的耦合时，还考虑了光纤端面的不完整性，包括端面倾斜和端面弯曲，这是因为多模光纤和单模光纤两者发光端面光功率分布不同导致的。

3.9 试分析比较各类耦合方法的优缺点

答：对于直接耦合，途径单一，耦合效率低，但操作比较简单

加透镜耦合时可大大提高耦合效率，但工艺较为复杂，成本高

第六次作业

已知一多模光纤的NA=0.2，a=25um,f=3mm,n 0=1.55,求耦合效率。解：（1）若为自聚焦透镜则轴上点的像差为

π?

n 2

1 f (NA)3=16um ?

a 2ε

=0.32

耦合效率η0=a ?-21

.01=0028.9332.021.01=?- 16.05.0=?=?a s

最佳耦合效率时光纤的位置：

NA sa n z 01?==um 312

.055

.12516.0=?? （2）若为球透镜则um NA f n n 25)(]1)

1([4132

2≈--=ε ?

2ε

=0.5

耦合效率η0=a ?-21.01=005.895

.021.01=?-

25.05.0=?=?a s 最佳耦合效率时光纤的位置：

um NA s a z

25.312

.025

.0252

=?=?=

（3）棒状透镜则

um n n NA f 33)

155.1(55.12.03)1()(223

2233

≈-??=-=ε

66.02

2533

2=?==?a a ε

耦

合效

率

η0=a ?-21.01=%14.8666.021.01=?- 33.05.0=?=?a s

最佳耦合效率时光纤的位置：um NA

s an z 9375.633

=?=

4.1试分析光纤耦合器的基本原理，制作光纤耦合器的关键技术及难点，可能解决的途径。

答：光纤耦合器是将光讯号从一条光纤中分至多条光纤中的元件，它可以分为两种：一种是与波长无关的光分路器（包含星型耦合器），另一种是与波长有关的波分复用器。它是一种实现光信号分路/合路的功能器件。

全光纤定向耦合器的制造工艺有三类：磨抛法、腐蚀法和熔锥法。磨抛法是把裸光纤按一定曲率固定在开槽的石英基片上，再进行光学研磨、抛光，以除去一部分包层，然后把两块这种磨好的裸光纤拼接在一起。利用两光纤之间的模场耦合以构成定向耦合器。其缺点是器件的热稳定性、机械稳定性。

腐蚀法是用化学方法把一段裸光纤包层腐蚀掉，再把两根已腐蚀后的光纤扭绞在一起，构成光纤耦合器。其缺点是工艺的一致性较差，且损耗大，热稳定性差。

熔锥法是把两根裸光纤靠在一起，在高温火焰中加热使之熔化，同时在光纤两端拉伸光纤，使光纤熔融区成为锥形过锻，从而构成耦合器。熔锥型单模光纤分路器件除应严格控制拉锥长度、熔区形状、锥体光滑度外，尚应注意：（1）光纤类型的选择；（2）光纤的安置；（3）封装工艺。

4．2试分析比较各种光纤偏振器的基本原理。要制作一个光纤偏振器主要难点何在？试分析比较现有的各种解决方法。

答：光纤偏振控制器利用弹光效应改变光纤中的双折射，以控制光纤中光波的偏振态。其工作原理：当改变光纤圈的角度时，便改变了光纤中双折射轴主平面方向，产生的效果与转动玻片的偏振轴方向一样。因此在光纤中加入这种光纤圈，并适当转动光纤圈的角度，就可以控制光纤中的双折射状态。

保偏光纤偏振器：利用高双折射光纤构成的。利用光纤包层中的消逝场，把高双折射光纤中的两偏振分量之一泄露出去（高损耗），使另一偏振分量在光纤中无损（实际上是低损）地传输，从而在光纤出射端获得单偏振光。

解决方法是：（1）用镀金属的办法吸收一个偏振分量，以构成光纤偏振器；（2）用双折射晶体片泄漏一个偏振分量，已构成光纤偏振器；（3）用异性光纤构成光纤偏振器。

4．3试分析比较各种光纤偏振控制器的基本原理。制作光纤偏振控制器的主要难点何在？试分析比较现有的各种解决方法。

答：光纤偏振控制器的工作原理：当改变光纤圈的角度时，便改变了光纤中双折射轴主平面的方向，产生的效果与转动波片的偏振轴方向一样，因此在光纤系统中加入这种光纤圈，并适当转动光纤圈的角度，就可控制光纤中双折射的状态。

4．4制作全光纤型光纤隔离器的主要困难是什么?试设想可能的解决途径？

答：主要困难是：一般低损耗光纤材料的Verdet系数都很小，因此要获得45度转角，就需要很长的光纤处于强磁场中。

解决方法是：利用高Verdet材料制成单晶光纤以够成光纤隔离器。

4.5详细说明偏振无关的光隔离器的构造原理。

答：光隔离器是利用磁光晶体的法拉第效应，根据光隔离器的偏振特性可将其分为偏振相关型和偏振无关型两种。对于偏振无关的光隔离器，以石英光纤构成的一个隔离器为例。如图4.6.1所示，隔离器磁场是由

4.6试分析比较各种光纤滤波器的基本原理及其优点。制作光纤滤波器的主要困难何在？试比较分析现有的各种解决方法。

答：基本原理：

Mach-Zehnder滤波器：由两个3dB光纤耦合器串联，构成一个有两输入端，两输出端的光纤Mach-Zehnder干涉仪。干涉仪的两臂长度不相等，相差为△L，其中光纤臂用热敏膜或压电陶瓷来调整，以改变△L。

Fabry-Perot滤波器：利用F-P干涉仪的谐振作用构成的滤波器。主要困难：M-Z的频率间隔要非常准确地控制在fc上，且随着焦道数的增加，所需M-Z光纤滤波器个数增加很多。F-P的自由谱区较小，腔长不能大于10um，插入损耗大。

解决途径：通过中间光纤波导段的长度来调整其自由光谱区。

a光纤波导腔FFPF

b空气隙腔FFPF

c改进型波导腔FFPF

4.7试分析光纤M-Z 干涉仪具有滤波和光交换功能的原理。

答：由耦合波理论，光纤滤波器中波的传输特性

因此，若有两个频率分别为f1和f2的光波从1端输入，而且f1和f2分别满足

f c

Lnf

T T s ??π???21

22sin 2cos 24123

1==?

??=?

? ??=→→

这说明，在满足传输特性下，从1端输入的频率不同的光波将被分开，其频率间隔为

从而实现滤波和光交换功能。

4.8试列举目前用于光纤激光器的主要光纤种类和腔结构形式。

答：用于光纤激光器的主要光纤有三类：（1）晶体光纤激光器（2）利用光纤的非线性光学效应制作的光纤激光器（3）掺杂光纤激光器。

光纤激光器谐振腔有三种结构：

(1)光纤环形谐振腔：把光纤耦合器的两臂连接起来构成光的循环传播回路，耦合器起到了腔镜的反馈作用。

(2)光纤环路反射器：是将两个环路进行串联构成的。

(3)Fax-Smith光纤谐振腔：由镀在光纤端面上的高反射镜和光纤定向耦合器组成的一种复合谐振腔。

4.9试分析比较光纤激光器和半导体激光器之优缺点及应用前景。

答：光纤激光器的主要优点是：（1）转换效率高，激光阈值低。光纤的几何形状具有很低的体积和表面积，再加上在单模状态下激光与泵浦可充分耦合。（2）器件体积小，灵活。(3)激光输出谱线多，单色性好，调谐范围宽。并且其性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗小。未来光纤激光器的发展趋势主要体现在以下三个方面：（1）光纤激光器本身性能的提高;如何提高转换效率和输出功率，优化光束质量，缩短增益光纤长度。（2）扩展新的激光波段, 拓宽激光器的可调谐范围压窄激光谱宽开发极高峰值的超短脉冲(ps和fs量级)高亮度激光器。（3）进行整机小型化、实用化、智能化的研究。

半导体激光器易与其他半导体器件集成，但性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。其波长范围宽，制作简单，成本低，易于大量生产。目前其主要应用领域是Gb局域网。在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导和跟踪、引燃引

爆、自动控制、检测仪器等方面也有广泛应用。

4.10构成一个实用的光纤激光器或光纤放大器，要用到那些光纤器件，那些特种光纤？画出光纤激光器或光纤放大器的结构简图，给出器件和光纤的主要指标。

答：掺饵光纤放大器的构成：

构成一个掺饵光纤放大器需要用到的光纤器件有：波分复用器、光隔离器，用到的特种光纤是掺饵光纤。

对泵浦光源的要求是大功率和长寿命。波长为1.48μm的InGaAsP 多量子阱（MQW）激光器输出光功率在100mW，泵浦光转换成信号光效率在6 dB/mW以上，且噪声低，是未来发展方向。

波分复用器把泵浦光和信号光耦合在一起。对其要求是插入损耗小，熔拉双锥光纤耦合型和干涉滤波型最适用。

光隔离器置于两端防止光反射。对它的要求是插入损耗小，反射损耗大。

光纤通信阶段作业

光纤通信阶段作业道小题，共100.0分）一、单项选择题（共20 1310nm1.目前光纤通信的长波长低损耗工作窗口是 A 和 nm 。 A. 1550 B. 1480 C. 980 D. 1510 光纤通信的三个低损耗窗口是1310nm、2. 850nm、___C_______μm。 A. 1560 B. 1550 C. 1.55 D. 1.51 3. 渐变型光纤是指_____B______是渐变的。

A. 纤芯和包层的折射率 B. 纤芯的折射率 C. 包层的折射率 D. 模式数量 4. 当光纤纤芯的折射率与包层的折射率 C 时，称为弱导波光纤。 A. 差2倍 B. 相差很大 C. 差别极小 D. 相等 5.在阶跃型光纤中，导波的特性参数有 D 。 A. B. C. D. 6.阶跃型光纤中的主模是 B ，其截止时归一化频率为。 A. B. C. D. 。在子午面上的光射线在一个周期内和该平面中心轴交叉两次，这种射线被称为B 7. A. 反射线 B. 子午线 C. 斜射线 D. 折射线阶跃型光纤中数值孔径的计算式为8. 。____C________________

A. B. C. D. 因素的影响。___________和9. 渐变型光纤子午线的轨迹方程受纤芯的折射率分布、___A________ A. 光线入射点处的折射率、光线入射点处的轴向角 B. 光线入射点处的折射率、光线入射点处的半径光线入射点处的轴向角、光线入射点处的NC. 0光线入射点处的轴向角、纤芯和包层发生全反射的入射角 D. 的折射指数分布光纤为多模渐变型光纤的最佳折射指数分布形式。 A 10. 渐变指数A. 2 ∞B. 1 C. 3 D. 渐变型光纤的最佳折射指数分布是指11. 型折射指数分布。___D_______ A. 立方线 B. 常数C. D. 平方光纤可以消除光纤中由于色散的存在使得光脉冲信号发生的展宽和畸____D_______12. 利用一段变。 A. 色散位移单模光纤非零色散光纤B. 色散平台光纤C. D. 色散补偿光纤色散位移单模光纤是将零色散点从13. ______B_____移到___________处的光纤。 A. 1.55μm、1.31μm B. 1.31μm、1.55μm C. 1.3μm、1.31μm D. 0.85μm、1.55μm 14. 从时延差公式可见，多模阶跃型光纤的时延差与____成正比，多模渐变型光纤的时延差与____成正比，因此， ____D_______光纤的色散较小。 2、Δ、阶跃型Δ A. 2、阶跃型、ΔΔB.

光纤通信作业

第8章第3节作业 1、系统在什么条件下受损耗限制？此时决定的因素是什么？答：当光纤带宽与信号速率之比足够大时，传输距离主要受到光纤损耗的限制。即当系统的工作频宽远小于光纤带宽，当码速较低(B<100Mb／s)时，光纤色散对灵敏度的影响较小时。限制决定于下列因素： (dBm)； (1)发送端耦合入光纤的平均功率P T (2)光接收机的接收灵敏度Pmin (dBm)； (dB)。 (3)光纤线路的总损耗 T 2、系统在什么条件下受色散限制？此时决定的因素是什么？答：当系统的损耗足够小，传输码速高时，传输距离主要受光纤色散等的限制。即在光纤损耗较低，码速较高时，对传输距离的限制往往主要来自色散造成的系统上升时间的限制，这种系统称为色散限制系统。 3、从传输带宽角度看，NRZ和RZ码，哪一个占用带宽宽？参数是多少？答： NRZ码所需的传输带宽仅为RZ码的一半。即RZ码占用传输带宽宽。 NRZ码：B（bit/s）＝Bc（Hz） RZ码：B（bit/s）＝2Bc（Hz） Bc（Hz）＝1/2 B（bit/s） 4、有一长距离单模光纤传输系统，工作波长1300 nm，其他参数如下： LD光源平均入纤功率 0 dBm 光缆损耗 0.4 dB／km 熔接头损耗 0.1 dB／km 活动连接器损耗 1dB／个 APD接收机灵敏度： B=35 Mb／s时(BER=10-9) - 55 dBm B=500 Mb／s时(BER=10-9) - 44 dBm 系统富余度 9 dB 试计算损耗限制传输距离。解：（a）当B=35Mb/s时（b）当B=500Mb/s时

5、有一条1.3 m光波系统，设计工作码速为lGb／s，拟采用单模光纤，中继距离5Okm。发送机和接收机上升时间分别为0.25ns和O.35ns，光源谱宽3nm，光纤平均色散在工作波长上为2ps／(nm·km)：计算RZ和NRZ码时的系统上升时间预算。解：

光纤通信期末考试试卷(含答案)

2、光在光纤中传输是利用光的（折射）原理。 5、光纤通信系统中最常用的光检测器有：（ PIN光电二极管）、（雪崩光电二极管）。 6、要使物质能对光进行放大，必须使物质中的( 受激辐射 )强于( 受激吸收 )，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 7、在多模光纤中，纤芯的半径越( 大 )，可传输的导波模数量就越多。 9、（波导色散）是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 11、PDH的缺陷之一：在复用信号的帧结构中，由于( 开销比特 )的数量很少，不能提供足够的运行、管理和维护功能，因而不能满足现代通信网对监控和网管的要求。 12、光接收机的主要指标有光接收机的动态范围和（灵敏度）。 13、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的（阈值条件）。 14、光纤的（色散）是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 15、误码性能是光纤数字通信系统质量的重要指标之一，产生误码的主要原因是传输系统的脉冲抖动和（噪声）。二、选择题：（每小题2分，共20分。1-7:单选题，8-10：多选题） 4、CCITT于（）年接受了SONET概念，并重新命名为SDH。 A、1985 B、1970 C、1988 D、1990 6、掺铒光纤放大器（EDFA）的工作波长为（）nm波段。 A、1310 B、1550 C、1510 D、850 7、发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（）。 A、受激吸收 B、自发辐射 C、受激辐射 D、自发吸收 9、要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手：一是控制（ B ）；

光纤通信技术习题及答案12

光纤通信概论一、单项选择题 1、光纤通信指的就是: A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式; B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的: A 近红外区 B 可见光区 C 远红外区 D 近紫外区 3 目前光纤通信所用光波的波长范围就是: A 0、4～2、0 B 0、4～1、8 C 0、4～1、5 D 0、8～1、6 4 目前光纤通信所用光波的波长有三个,它们就是: A 0、85、1、20、1、80 ; B 0、80、1、51、1、80 ; C 0、85、1、31、1、55 ; D 0、80、1、20、1、70。 6 下面说法正确的就是: A 光纤的传输频带极宽,通信容量很大;

B 光纤的尺寸很小,所以通信容量不大; C 为了提高光纤的通信容量,应加大光纤的尺寸; D 由于光纤的芯径很细,所以无中继传输距离短。二、简述题 1、什么就是光纤通信？ 2、光纤的主要作用就是什么？ 3、与电缆或微波等电通信方式相比,光纤通信有何优点？ 4、光纤通信所用光波的波长范围就是多少？ 5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别就是多少？光纤传输特性测量一、单项选择题 1 光纤的损耗与色散属于: A 光纤的结构特性; B 光纤的传输特性; C 光纤的光学特性; D 光纤的模式特性。 2 光纤的衰减指的就是: A 由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少; B 由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少; C光信号沿光纤传输时,光功率的损耗; D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。

光纤通信作业及答案

《光纤通信》作业 2—1 均匀光纤芯与包层的折射率分别为：，，试计算： ⑴光纤层与包层的相对折射率差△为多少 ⑵光纤的数值孔径NA为多少 ⑶在1m长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差为多少解： ⑴ 纤芯和包层的相对折射率差 ⑵ ⑶ 2—10 一阶跃折射率光纤的相对折射率差，，当波长分别为μm、μm、μm时，要实现单模传输，纤芯半径a应小于多少解：单模传输条件为： → 当时，当时，当时， 3—1 设激光器激活物质的高能级和低能级的能量各为和，频率为f，相应能级上的粒子密度各为和。试计算：

⑴当，时， ⑵当，时， ⑶当，若。环境温度(按玻尔兹曼分布规律计算) 解： ⑴ 其中，，，，代入数据，得 ⑵ ，其中，，，，，代入数据，得 ⑶ →→ 其中，，，，，代入数据，得 3—10 一个半导体激光器发射波长为μm，谐振腔具有“箱式”结构，腔长，宽，厚，介质的折射率。假设谐振腔周围的壁能完全地反射光，则谐振腔模式满足

m，s，q是整数，为1，2，3，…，它们分别表示各个方向上的模数，求： ⑴谐振腔允许的纵模模数； ⑵设，，计算纵模的波长间隔。解： ⑴ 已知则纵模模数其中，，，，为定值当q取得最大值时，m、s均取最小值1 此时，计算得 ∴，且q为整数谐振腔允许的纵模模数为910 ⑵ 由第⑴问，得当，时，当时，；当时， 4—11 在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素答：数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有：

①能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。这样就可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰，有利于提高光接收机的灵敏度。 ②能给光接收机提供足够的定时信息。因而应尽可能减少连“1”码和连“0”码的数目，使“1”码和“0”码的分布均匀，保证定时信息丰富。 ③能提供一定的冗余度，用于平衡码流、误码监测和公务通信。但对高速光纤通信系统，应尽量减小冗余度，以免占用过大的带宽。

光纤系统作业参考答案

第一章作业 1、光纤通信与电通信有什么不同？在光纤通信中起主导作用的部件是什么？光纤通信，就是用光作为信息的载体、以光纤作为传输介质的一种通信方式。起主导作用的是激光器和光纤。 2、常规的光纤的三个的低损耗窗口是在哪个波段？其损耗值各为多少？ 850nm 3db/km ；1310nm 0.4db/km；1550nm 0.2db/km 3、光纤通信有哪些优点？（1）频带宽，通信容量大（2）损耗低，中继距离长（3）抗电磁干扰（4）无窜音干扰，保密性好（5）光纤线径细，重量轻，柔软（6）光纤原材料丰富，用光纤可节约金属材料（7）耐腐蚀，抗辐射，能源消耗小 4、PDH和SDH各表示什么？其速率等级标准是什么？ PDH表示准同步数字序列，即在低端基群采用同步，高次群复用采用异步，SDH表示同步数字序列 PDH速率标准 SDH速率等级标准：STM-1：155.520Mbit/s STM-4：622.080 Mbit/s STM-16：2.5 Gbit/s STM-64：10 Gbit/s 5、图示光纤通信系统，解释系统基本结构。光纤通信系统由光发送机、光纤光缆与光接收机等基本单元组成。系统中包含一些互连与光信号处理部件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器等。在长距离系统中还设置有中继器(混合或全光)。第2章1节布置的作业 1、光纤的主要材料是什么？光纤由哪几部分构成？各起什么作用？ SiO2；芯区、包层、图层；芯区：提高折射率，光传输通道；包层：降低折射率，将光信号封闭在纤芯内，并保护纤芯；图层：提高机械强度和柔软性

2、光纤中的纤芯折射率与包层折射率的关系？单模光纤和多模光纤中两者的纤芯直径一般分别为多少？纤芯折射率较高，包层折射率较小单模光纤纤芯直径：2a=8μm～12μm，包层直径：2b=125μm；多模光纤纤芯直径：2a=50μm，包层直径：2b=125μm。 3、根据芯、包折射率分布及模式传播情况，指出有哪些典型形式光纤？折射率在纤芯与包层介面突变的光纤称为阶跃光纤；折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤；根据模式传播情况不同分为多模光纤和单模光纤 4、什么是全反射？它的条件是什么？指光从光密介质入射到光疏介质是，全部被反射会原介质的现象条件：光从光密介质入射至光疏介质；入射角大于或等于临界角（=arcsin（n2/n1））在光纤端面：要求入射角θ < θo 全；在芯包界面：要求入射角θ1 > θC芯包界面全反射 5、数值孔径NA的物理意义？表达式是什么？反映光纤对光信号的集光能力，定义入射临界角的正弦为数值孔径N A ，N A越大，对光信号的接受能力越强 N A=sin= 6、什么是光纤的自聚焦？产生在何种类型光纤里？如果折射率分部合适，就用可能使以不同角度入射的全部光线以同样的轴向速度在光纤中传播，同时到达光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期L，这种现象称为自聚焦。出现在渐变光纤里。当折射率分布按平方率分布（即双曲正割变化），可形成自聚焦特性。 7、阶跃光纤的纤芯和包层折射率分别为n1＝1.46和n2＝1.45，试计算： (a)相对芯包折射率差△； (b)若该光纤的端面外为空气，计算允许的最大入射角θ0及数值孔径NA； (c)若该光纤浸于水中，n0=1.33，计算θ0及NA的大小。解：（a）（b）由得=9.8°N A=sin=0.17 （c）同上 8、有一SI型多模光纤的芯径（纤芯直径）为50 μm，芯包折射率分别为nl=1.465和n2=1.46。计算与光纤轴线夹角最大的那条子午射线，在1m的传输距离上共要反射多少次? 解：=85.3°反射一次的轴向距离L=2*a/2*tan=2*50/2*tan85.3°=604μm 反射次数=（1*106）/604=1656 第2章2节布置的作业 1、导模的传播常数应满足什么条件？ k2<β

光纤通信技术试题及答案2

试题2 《光纤通信技术》综合测试（二）一、填空题 1、为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须纤芯的折射率。 2、光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，它由、和三部分组成。 3、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长是：，，；最低损耗窗口的中心波长是在：。 4、光纤的色散分为色散色散色散和色散。 5、光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：，，；产生激光的最主要过程是：。 6、光源的作用是将变换为；光检测器的作用是将转换为。二、单项选择题 1 光纤通信指的是：[ ] A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式； D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。

2 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：[ ] A V>2.405 B V<2.405 C V>3.832 D V<3.832 3 使用连接器进行光纤连接时，如果接续点不连续，将会造成：[ ] A 光功率无法传输； B 光功率的菲涅耳反射； C 光功率的散射损耗； D 光功率的一部分散射损耗，或以反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光的放大是通过：[ ] A 光学谐振腔来实现； B 泵浦光源来实现； C 粒子数反转分布的激活物质来实现； D 外加直流来实现。 5 掺铒光纤的激光特性：[ ] A 主要由起主介质作用的石英光纤决定； B 主要由掺铒元素决定； C 主要由泵浦光源决定； D 主要由入射光的工作波长决定 6 下面说法正确的是：[ ] A 多模光纤指的是传输多路信号； B 多模光纤可传输多种模式； C 多模光纤指的是芯径较粗的光纤； D 多模光纤只能传输高次模。 7 下面哪一种光纤是色散位移单模光纤？[ ] A 光纤； B 光纤； C 光纤；

光纤作业及答案

第一次作业 1.公式推导：单位长度光纤中斜光线的光路长度和反射次数分别为 (1)S 斜=1/cos θ=S 斜 (2)斜η =r cos a 2tan θ =sr co 子η。解：（1）如图1.2.2所示，设沿光纤的径向方向总长度为L ，则根据图中所示三角函数关系，得S=L/cos θ其中L=l 1 +l 2+…+l n (将光纤分割，在一小段上光路近似为直线) S 1= l 1/cos θ,S 2 =l 2 /cos θ,…，S n = l n /cos θ 从而得S 总= S 1 + S 2+…+ S n =L /cos θ 于是，单位长度中光线路程为S 斜=1/cos θ=S 斜。（2）在沿横向方向上，光线传播的平面与光轴平面有一角r ，则光线在横向上传播的总距离为r L cos tan θ ，从而总反射次数总η=r a L cos 2tan θ，于是，单位长度中的光线总的全反射次数斜η=r cos a 2tan θ = sr co 子η 2.推导光线方程： ()() d d r n r n r d s d s ?? =????? 解：由在各向同性媒质中程函方程()()r n r =??,取光线的某一点的单位方向矢量s l ()()r n l r s =?? ()[]()()r n ds r d r ds d ?=???????=??? ()[]()??? ???=ds dr r n ds d r n l ds d s 从而

()()d d r n r n r d s d s ?? =????? 第二次作业见课本公式 P22-P26 第三次作业 1.什么是光纤，其传输的基本原理？答：光纤是光导纤维的简称。它是工作在光波波段的一种介质波导，通常是圆柱形。它把以光的形式出现的电磁能量利用全反射的原理约束在其界面内，并引导光波沿着光纤轴线的方向前进。 2.光纤的分类？答：光纤有三种分类方式：按光纤的传输模式、折射率分布、材料进行分类。按传输模式分为单模光纤和多模光纤；按折射率分布分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤；按材料分为石英光纤、多组分玻璃光纤、塑料光纤、液芯光纤和晶体光纤。 3.已知SI 光纤，n1=1.46，△=0.005，（1）当波长分别为0.85um 、1.3um 和1.55um 时，要保证单模传输a 范围是多少？解：由单模条件得V=a k 0)(2 221n n -?2.4048可得: 单模光纤尺寸为a =1.202λ0/[ π （ )(2 221n n -）] 因为?=1-n n 1 2=0.005而n 1=1.46，所以n 2=1.4527

光纤通信技术试题1及答案

一、填空题（20分) 1、目前光纤通信所用光波得光波波长范围为:0、８～1、8μm,属于电磁波谱中得近红外区。 2、光纤得典型结构就是多层同轴圆柱体，它由、与三部分组成. 3、光纤通信中常用得三个低损耗窗口得中心波长就是: , ，；最低损耗窗口得中心波长就是在: 。 4、光纤得色散分为色散色散与色散。 5、光与物质得粒子体系得相互作用主要有三个过程就是：，，；产生激光得最主要过程就是: 。６、光源得作用就是将变换为；光检测器得作用就是将转换为. 二、单项选择题(15分） 1光纤通信指得就是：［Ｂ] A以电波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介得通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介得通信方式。 2 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：［Ｂ］ -－－-A—V>2、40５——--—－B－V〈２、405-——－－-C- V＞3、832————－D- Ｖ〈3、832 3 使用连接器进行光纤连接时,如果接续点不连续，将会造成:[Ｃ］ A 光功率无法传输； B 光功率得菲涅耳反射; Ｃ光功率得散射损耗； D 光功率得一部分散射损耗，或以反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光得放大就是通过：［Ｃ] A 光学谐振腔来实现; B 泵浦光源来实现； C粒子数反转分布得激活物质来实现; D 外加直流来实现. ５掺铒光纤得激光特性：［B] A主要由起主介质作用得石英光纤决定; B 主要由掺铒元素决定; C 主要由泵浦光源决定; D 主要由入射光得工作波长决定. 三、（15分)如图所示,用射线理论分析子午光线在阶跃光纤中得传输原理.

《光纤通信》第5章作业答案

第5章光放大器一、填空题 1．损耗和色散是影响光纤通信最大中继距离的两个重要因素，为保证长途光纤信号传输质量的可靠性，必须要在线路的适当位置设立中继站，传统的中继器采用的是形式的中继器。答案：光电混合 2．研究最早而推广最慢的光放大器为，目前已投入市场的光放大器是。答案：半导体光放大器，EDFA 3．常见的非线性效应光放大器有和两种。答案：受激拉曼光放大器，受激布里渊光放大器 4．常选EDFA泵浦激光的波长为nm和nm。答案：980，1480 5．EDFA的输入信噪声比与输出信噪比叫。答案：噪声系数。 6．掺铒光纤激光器的结构包括三部分，分别为：、和。答案：增益介质，光学谐振腔，泵浦源。 7．光纤激光器的工作条件是增益介质。答案：粒子数反转。 8．成对出现的光栅是光栅，把光栅烧入掺杂光纤中的光栅是光栅。答案：分布布拉格，分布反馈。 9光纤激光器用在和未来的系统中。答案：DWDM，相干光通信二、选择题 1．EDFA属于再生器。（）A．1R B．2R C．3R D．光电混合答案：A 2．光载波为1550nm，光放大器的泵浦激光波长为，才是共振泵浦。（）A．980nm B．1480nm C．1310nm C．1400nm 答案：B 3．如何使SOA实现粒子数反转？（）A．光泵浦B．反向偏置电压C．正向偏置电压D．不加电压答案：C 4．当强泵浦激光注入时，可利用在中发生的交叉增益调制、交叉相位调制和四波混频来制成波长变换器。（）A．SBA B．EDFA C．EPFA D．SOA 答案：D 5．提高DBR光纤光栅激光器的吸收效率，可用下列哪种方法？（）A．Er-Yb共掺杂光纤B．采用主振荡器—功率放大器一体化 C．有源反馈技术D．采用共振泵浦答案：A 6．EDFA的工作波长正好落在（）范围。（）A．0.8~1.0μm B．1.5~1.53μm C．1.53~1.56μm D．1.56~1.58μm 答案：C

光纤通信大作业

DWDM技术的现状与发展摘要;随着公用通信网及国际互联网的飞速发展,人们对宽带通信提出了前所未有的要求,一些原有的通信技术,如时分复用(TDM)和波分复用(WDM)等已不能满足宽带通信的要求。在这种情况下,密集波分复用(DWDM)作为一种新兴的通信技术即应运而生。本文介绍了DWDM 技术出现的历史背景，分析了DWDM的基本原理，然后对DWDM的技术特点进行阐述，再介绍了DWDM的关键技术，研究DWDM在未来的发展趋势。密集型光波复用（DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing）是能组合一组光波长用一根光纤进行传送。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。更确切地说，该技术是在一根指定的光纤中，多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距，以便利用可以达到的传输性能。这样，在给定的信息传输容量下，就可以减少所需要的光纤的总数量。一、应用背景传统的光纤通信技术用一根光纤只传播一种波长的光信号，这无疑是对光纤容量的一种浪费。而 DWDM 系统是在现有的光纤骨干网上通过提高带宽，利用光纤丰富的带宽来进行不同波长光的传输，大大提高了光纤的负载能力。作为一种区别于传统光纤的激光技术，它通过利用单个光纤载波的紧密光谱间距，以达到在一根指定光纤中多路复用的目的，这样就可以更好的控制信号在传播过程中的色散和信号衰减，实现在一定数量光纤下传递信息容量最大化。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。这项技术的产生是对原先光钎数据传输技术的缺点的改进。原先光钎数据传输技术主要有两种：空分复用（SDM）和时分复用（TDM）。空分复用（SDM）是靠增加光纤数量的方式线性增加传输的容量，传输设备也线性增加。如果没有足够的光纤数量，通过重新敷设光缆来扩容，工程费用将会成倍增长。而且，这种方式并没有充分利用光纤的传输带宽，造成光纤带宽资源的浪费。作为通信网络的建设，不

光纤通信技术试题及答案doc

一、填空题（40分，每空1分） 1、光纤通信是光纤为传输媒质。以光波为载波的通信方式。 2、无源器件主要有光纤连接器、波分复用器、光调制器、光隔离器、光耦合器和光衰减器、光开关等。 3、单模光纤纤芯直径一般为 8~10um ，多模光纤纤芯直径为 50~80 um ，光纤包层直径一般为 125 um 。 4、光缆结构包括缆芯、铠装和护套。常用光缆有层绞式、骨架式、中心管式、带状式等结构。 5、光纤主要的传输特性是损耗和色散。 7、在光纤通信系统中，对光源的调制可分外调制和内调制两类。 8、掺铒光纤放大器应用方式有中继放大器、前置放大器和后置放大器。 10、EDFA的泵浦结构方式有：a. 同向泵浦；b. ___反向泵浦____结构；c.双向泵浦结构。 11、SDH的主要复用步骤是映射、定位和复用。 12、光中继器实现方式有光-电-光形式中继放大器和光放大器两种 1、为增大光接收机的接收动态范围，应采用（ B ）电路。 A．ATC B．AGC C．APC D．ADC 2、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是( A ) A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0” C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大 4、在光纤通信系统中，EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度( A ) A.作前置放大器使用 B.作后置放大器使用 C.作功率放大器使用 D.作光中继器使用 5、STM－4每秒可传输的帧数是( D ) A.1000 B.2000 C.4000 D.8000

6、STM-N一帧的字节数是( C )。 A.2709 B.274N9 C.270N9 D.261N9 7、在光纤通信系统中，当需要保证在传输信道光的单向传输时，采用( B )。 A.光衰减器 B.光隔离器 C.光耦合器 D.光纤连接器 8、决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和色散 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 9、下列哪一个不是SDH网的特点( D ) A.具有全世界统一的接口标准 B.大量运用软件进行系统配置的管理 C.复用映射结构灵活 D.指针调整技术降低了设备复杂性 10、将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是（ B ） A.折射 B.在包层折射边界上的全内反射 C.纤芯—包层界面上的全内反射 D.光纤塑料涂覆层的反射三、简答题（20分） 1、简述掺铒光纤放大器（EDFA）工作原理。（9分） 1、在掺铒光纤（EDF）中，铒离子有三个能级：基态E1、亚稳态E2和激发态E3。当泵浦光的光子能级等于E3和E1的能量差时，铒离子吸收泵浦光的光能从基态跃迁到激发态，但激发态不稳定，电子很快返回到E2，若输入的信号光的光子能量等于E 2和E1之间能量差，则电子从E2跃迁到E1，产生受激辐射光，故光信号被放大。 2、光纤通信有哪些优点？（6分） 2、①传输衰减小，传输距离长。 ②频带宽，通信容量大。 ③抗电磁干扰，传输质量好。 ④体积小、重量轻、便于施工。 ⑤原材料丰富，节约有色金属，有利于环保 ⑥易碎不易接续。 3、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？（5分） 3、当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小，这种现象即称为光纤的损耗。损耗一般用损耗系数α表示。（dB/km）（3分）损耗产生的主要原因是光纤材料的吸收、散射作用和光纤在使用过程中由于连接、弯曲而导致附加光功率损失。（2分）

《光纤通信》第3章作业答案

第3章习题及答案一．填空 1．对于二能级原子系统，要实现光信号的放大，原子的能级分布必须满足高能级粒子数大于低能级粒子数，即粒子数反转分布条件。 2．一个电路振荡器，必须包括放大部分、振荡回路和反馈系统。而激光振荡器也必须具备完成以上功能的部件，故它也包括三个部分：能够产生激光的工作物质，能够使工作物质处于粒子数反转分布的，能够完成频率选择及反馈作用的。答案：工作物质，泵浦源，光学谐振腔 3．半导体光放大器的粒子数反转可通过对PN 节加偏压来实现。PN 结加上这种偏压后，空间电荷区变窄，于是N 区的电子向P 区扩散，P 区的空穴向N 区扩散，使得P 区和N 区的少数载流子增加。当偏压足够大时，增加的少数载流子会引起粒子数反转。答案：正向。 4．对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，表明振荡产生了激光，把这个电流值叫，用th I 表示。当th I I <时，激光器发出的是，因此光谱很宽，宽度常达到几百埃；当th I I >时，激光器发出的是，光谱突然变得很窄，谱线中心强度急剧增加，表面发出的是激光。答案：阈值电流，荧光，激光。 5．影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径。发散角越大，耦合效率越；数值孔径越大，耦合效率越。答案：低，高。 6．激光和光纤的耦合方式有直接耦合和透镜耦合。当发光面积大于纤芯截面积时，用；当发光面积小于纤芯截面积时，用。答案：透镜耦合，直接耦合。（课本上有误） 7．半导体激光器其光学谐振腔的谐振条件或驻波条件是。答案：2g L q λ=（或2nL q λ=）。 8．判断单模激光器的一个重要参数是，即最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。答案：边模抑制比。二．判断题 1．电子服从费米能级分布，即在热平衡条件下，占据能级低的概率大，占据能级高的概率小。（）正确 2．自发辐射的光子方向是随机的，发出非相干光，且不需要外来光场的激励。（）正确 3．LED 与单模光纤的耦合效率低于LD 与单模光纤的耦合效率，边发光比面发光LED 耦合效率低。（）错误，边LED 比面LED 耦合效率高 4．光检测器要产生光电流，入射光波长必须大于截止波长，所以长波长检测器能用于短波长检测。（）错误。应该小于。 5．设计工作于1.55 μm 的光检测器同样能用作1.3 μm 的光检测器，且在长波长灵敏些。（）正确。因为在一定波长工作的光检测器能工作于更短的波长。三．选择题 1．对于半导体激光器的结构，下列说法错误的是（） A ．F-P 激光器是多模，DF B 和DBR 激光器是单模激光器

《光纤通信》课后习题及答案

1．光纤通信的优缺点各是什么？答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。 2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN和APD。然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继

器等组成。光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。 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 1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？解：根据题意，求得在5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。根据题意，求得在 1.55μm的光载波下，数字通信系统的比特率为1.935Gb/s，则能传输30241935路64kb/s的音频信道。 4．SDH体制有什么优点？答：（1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的准同步数字体制（PDH）完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性；（2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方

南邮光纤通信系统第4章1节作业

第四章1节作业 1、光纤通信系统用的光检测器是怎样偏置外加工作电压的？答：反向偏置。足够大的反向偏置电压，目的是使本征区中的载流子完全耗尽，形成高电场耗尽区。使入射到检测器上的光子能量高速度、高效率转换成光生电子。APD 管加上更高反向电压，可以形成雪崩倍增增益。 2、比较PIN 光电检测器与APD 光电检测器，各自有那些特点？答：（1）PIN 光电二极管没有倍增，使用简单，工作偏压低(5-10V)，不需要任何控制。在较大光功率注入下，PIN 接收机噪声性能要比APD 接收机噪声性能（信噪比降低G x 倍）优越。（2）APD 具有很高的内部倍增因子（通过合理设计，可以使APD 工作在最佳倍增状态），这样接收灵敏度比PIN 光检测器高。但由于APD 需要较高的工作偏压（200V ）以及其倍增特性受温度的影响较严重因此使用起来也比较复杂，需要AGC 电路对APD 的工作偏压进行精细控制，在要求较高的数字光接收机中，还必须对APD 采取温度补偿措施。在较小光功率注入下，APD 接收机噪声性能（信噪比提高G 2 倍）要比PIN 接收机噪声性能优越。 3、光电检测器转换能力的物理量有哪些？写出其表达式。答：量子效率η和响应度R 0 0000//(/) 1.24P P P I e I hc P hf P e I e R A W P hc m ηλ ληληλμ=====注意：以为单位 4、现有1011个光子／秒，光子能量为1.28×10-19J ，入射到一个理想的光电二极管上，计算： (a)入射光波长； (b)输出光电流大小； (c)若这是一个APD ，其G=18，计算光电流。解：

光纤通信作业

第一章 1. 光纤通信有哪些优点容许频带很宽，传输容量很大；损耗很小，中继距离很长且误码率很小；重量轻，体积小；抗电磁干扰性能好；泄露小，保密性能好；节约金属材料，有利于资源合理使用。 2. 光纤通信系统有哪几部分组成？简述各部分作用。信息源：把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号。电发射机：把基带信号转换为适合信道传输的信号，这个转换如果需要调制，则其输出信号称为已调信号。光发射机：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：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。光接收机：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。电接收机：功能和电发射机的功能相反，它把接收的电信号转换为基带信号。信息宿：恢复用户信息。第二章 1均匀光纤芯与包层的折射率分别为:45.1,50.121 ==n n 试计算：（1）光纤芯与包层的相对折射率差△=？（2）光纤的数值孔径NA=? （3）在1米长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差?max =?τ 解：()121n n n -=? NA= ?≈-212 221n n n ()?≈= =?c L n NA c n L c n L c 12121max 22θτ 2.目前光纤通信为什么采用以下三个工作波长 ?55.1,31.1,85.0321m m m μλμλμλ=== 损耗：在1.31，1.55存在低损耗窗口色散：随波长增加，色散减小，带宽增加所以采用1.31,1.55,0.85 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。（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 处的色散很小，故目前长距离光纤通信一般都工作在1 . 55μm. 4.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。由于不同成分的光时间延迟不同而产生的。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） . 5.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。第三章 1.设激光器的高能级和低能级的能量各为 12E E 和,频率为f ，相应能级上的粒子密度 12N N 和。计算 (1)当f=3000MHZ,T=300K 时，?12=N N (2)当?300,112===N N K T m 时，μλ (3)当，若.10,112==N N m μλ环境温度 T=？ ??? ? ???????-?? ? ??----====-30010381.110300010628.61111 2 216341 2e e e N N h f E E KT hf KT E E （2）6104.2124 .1?== =λ g E hf

光纤通信原理试题__参考答案

光纤通信原理试题＿1 参考答案一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1. 光纤通信指的是（ B ） A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式； D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2.已知某Si-PIN 光电二极管的响应度R 0＝0.5 A/W ，一个光子的能量为2.24×10－19 J ，电子电荷量为1.6×10－19 C ，则该光电二极管的量子效率为（） A.40％ B.50％ C.60％ D.70％ R 0=e /hf 3.STM-4一帧中总的列数为（） A.261 B.270 C.261×4 D.270×4 4.在薄膜波导中，要形成导波就要求平面波的入射角θ1满足（） A.θc13<θ1<θc12 B.θ1=0° C.θ1<θc13<θc12 D.θc12<θ1<90° 5.光纤色散系数的单位为（） A.ps/km B.ps/nm C.ps/nm.km ? D.nm/ps?km 6.目前掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达（） A.20 dB B.30 dB C.40 dB D.60 dB 7.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会（） A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大后逐渐减少 8.在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为（） A.LP00 值为0 B.LP01 C.LP11为第一高次模 D.LP12 9.在薄膜波导中，导波的截止条件为（） A.λ0≥λC B.λ0<λC C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 10.EDFA 在作光中继器使用时，其主要作用是（） A.使光信号放大并再生 ? B.使光信号再生 C.使光信号放大 D.使光信号的噪声降低二、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分）请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.根据传输方向上有无电场分量或磁场分量，可将光（电磁波）的传播形式分为三类：一为_TEM_波；二为TE 波；三为TM 波。 2.对称薄膜波导是指敷层和衬底的_折射率相同_的薄膜波导。 3.光学谐振腔的谐振条件的表示式为________。q L c n 2=λ 4.渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的这种现象称为_自聚焦_现象。 5.利用_光_并在光纤中传输的通信方式称为光纤通信。 6.在PIN 光电二极管中，P 型材料和N 型材料之间加一层轻掺杂的N 型材料，称为本征层（I ）层。 7. 光源的作用是将电信号电流变换为光信号功率；光检测器的作用是将光信号功

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