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光纤通信原理参考答案

第一章习题

1-1 什么是光纤通信

光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。

1-2 光纤通信工作在什么区，其波长和频率是什么

目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤。它是工作在近红外区，波长为～μm，对应的频率为167～375THz。

1-3 BL积中B和L分别是什么含义

系统的通信容量用BL积表示，其含义是比特率—距离积表示，B为比特率，L为中继间距。

1-4 光纤通信的主要优点是什么

光纤通信之所以受到人们的极大重视，是因为和其他通信手段相比，具有无以伦比的优越性。主要有：

(1) 通信容量大

(2) 中继距离远

(3) 抗电磁干扰能力强，无串话

(4) 光纤细，光缆轻

(5) 资源丰富，节约有色金属和能源。

光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。因而经济效益非常显着。

1-5 试画出光纤通信系统组成的方框图。

一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。

1-5 试叙述光纤通信的现状和发展趋势。

略

第二章习题

2-1 有一频率为Hz 13

103?的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J ，持续时间是τ=10ns(1ns=10-9s)。此激光束的圆形截面半径为r=1cm 。求：

(1) 激光波长； (2) 平均能流密度； (3) 平均能量密度； (4) 辐射强度；

（1）m c

81010

3103-=??==νλ （2）2132

29/1018.3)

10(1010100

ms J S W S ?=???=?=

--πτ （3）s m J c S w 2

5813/1006.110

31018.3?=??== （4）2

/1018.3ms J S I ?==

2-2 以单色光照射到相距为0.2mm 的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m 。

（1）从第一级明纹到同侧旁第四级明纹间的距离为7.5mm ，求单色光的波长；（2）若入射光的波长为6×10-7m ，求相邻两明纹间的距离。（1）λδk D ax

±==

a D x λ=1 a

D x λ44= a

D x x λ

314=- m D

x x a 7141053)

(-?=-=

（2）m a

D x 3103-?==?λ

2-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。油的折射率为，玻璃的折射率为，若单色光的波长可由光源连续调节，并观察到500nm 与700nm 这两个波长的单色光在反射中消失，求油膜的厚度。

解：由于空气的折射率小于油的折射率，油的折射率小于玻璃的折射率，薄油膜的上、下两表面反射而形成相干光，由于两束光的路程不同而引起的光程差为2 n 2e ；由于薄油膜的上、下两表面反射光都发生位相突变而不引起额外的光程差。

所以总的光程差为 e n 22=δ

当反射光因干涉而减弱，则有 λδ)2/1(22-==k e n

由上式得2211)2/1()2/1(λλ-=-k k k 1 ，k 2=1，2，3… … 所以k 1 =4，k 2=3

把n 2=代入得到油膜的厚度为干涉加强的光波波长为：

2-4 、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9 略

2-9 一束线偏振光入射到偏振片上，光矢量方向与偏振化方向分别成30°角和60°角，问透过偏振片的光强之比是多少

解：利用马吕斯定律：α2

0cos I I =

1:360cos 30cos 2

221=?

?=I I 2-10一束光强为I0的自然光通过两块偏振化方向正交的偏振片M 与N 。如果在M 与N 之间平行地插入另一块偏振片C ，设C 与M 偏振化方向夹角为θ，试求：①透过偏振片N 后的光强为多少②定性画出光强随θ变化的函数曲线，并指出转动一周，通过的光强出现几次极大和极小值。

（1）θθθ2sin cos sin 2

41220==I I

（2）转动一周，通过的光强出现4次极大和极小值。

2-11 有一介质，吸收系数为1

32.0-=cm α，透射光强分别为入射光强的10%、50%及80%时，介质的厚度各多少

解：光束穿过厚度为z 的介质后强度为

z e I I α-=0

可得： 0

I I z α

= 当透射光强分别为入射光强的10%时，介质的厚度为7.196cm ；

当透射光强分别为入射光强的50%时，介质的厚度为2.166cm ；当透射光强分别为入射光强的10%时，介质的厚度为0.607cm ；

2-12 一个频率为14

106?Hz 的光源，其发射功率为10W ，它一秒内发射多少个光子解：

34141052.210

610626.610106,10?=???==?==-ννh P N Hz

W P

2-13 构成激光器的三个基本条件是什么

构成一个激光器需要如下三个要素如图所示：

（1）激光工作物质（2）激励

（3）光学谐振腔

2-14 He —Ne 激光器的中心频率14

01074.4?=ν Hz ，自发辐射谱线宽度为

8106?=?ν Hz ，若想获得单模输出，腔长应为多少

解：纵模个数N 为 m

N νν

??=

当单模输出时N=1，即8

106?=?m ν Hz

由nL

c q

q 2=ν得 =?=

n L m

ν24m

第三章习题

3-1 填空题

(1) 通信用的光纤绝大多数用材料制成。

折射率高的中心部分叫，折射率稍低的外层称为。

(2) 表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为，用表示。 (3) 在阶跃型光纤中，模是最低工作模式，是第一高阶模。 (4) 阶跃型光纤的单模传输条件是。

(5) 渐变型光纤中不同射线具有相同轴向速度的现象称为。

答案：（1）石英，纤芯，包层

（2）数值孔径，NA （3）LP 01，LP 11

（4）0＜V ＜

（5）光纤的自聚焦现象

3-2 什么是光纤的归一化频率写出表达式。

光纤的归一化频率V 是由U 和W 得出的一个重要参数，由光纤的结构和波长决定。

?=210a n k V

3-3什么是标量模用什么符号来表示。

利用标量近似解法得到的电磁场的结构形式称为标量模，用LPmn 来表示。

3-4 试分析阶跃型光纤和渐变型光纤的导光原理。

阶跃折射率光纤的导光原理比较简单，如图3-1-3所示。

图3-1-3 阶跃折射率光纤的导光原理

按照光的全反射理论，如果光线满足θ1大于临界角由式（3-1-3）确定的θC ，将会在纤芯与包层界面上发生全反射，当全反射的光线再次入射到纤芯与包层的分界面时，又会再次发生全反射而返回纤芯中传输形成导波。

采用渐变型折射率光纤的目的是为了降低模间色散，其导光原理如图3-1-4所示。图中给出了梯度折射率光纤中三条不同路径的光线沿光纤传播的情况，与轴线夹角大的光线经过的路径要长一些，然而它的折射率的较小，光线速度沿轴向的传播速度较大；而沿着轴线传播的光线尽管路径最短，但传播速度却最慢。这样如果选择合适的折射率分布就有

可能使所有光线同时到达光纤输出端。这样人们很容易理解为什么采用梯度折射率光纤可以降低模间色散。

图3-1-4 渐变型折射率光纤的导光原理

3-5 什么是渐变型光纤的最佳折射指数分布写出平方律型折射指数分布光纤的折射指数表达式。

从渐变型光纤的导光原理可知：只要n(r)取得合适，那么不同模式的光线就会具有相同的轴向速度。即具有不同条件的子午射线，从同一地点出发，达到相同的终端。利用渐变型光纤n 随r 变化的特点，可以减小模式色散。这种现象称为光纤的自聚焦现象，相应的折射指数分布称为最佳折射指数分布。

折射指数选取平方律型分布形式

2/12])(21)[0()(a

n r n ?-= （3-3-1）

式中： )

0(2)

()0(2

22n a n n -=? n(0)——光纤轴线处（r=0）的折射率 a ——纤芯半径

3-6 什么是单模光纤的衰减系数写出表达式。

衰减常数α用单位长度光纤引起光功率衰减的分贝来表示，定义为

)

0()(lg 10P L P L -

=α 单位为dB/km 。

3-7什么是光纤的色散为什么说光纤的色散会限制系统的通信容量信号在光纤中是由不同的频率成分和不同模式成分携带的，这些不同的频率成分和模式成分有不同的传播速度，从而引起色散，也可以从波形在时间上展宽的角度去理解，即光脉冲在通过光纤传播期间，其波形在时间上发生了展宽，这种观象就称为色散。光纤色散是光纤通信的另一个重要特性，光纤的色散会使输入脉冲在传输过程中展宽，产生码间干扰，增加误码率，这样就限制了通信容量。因此制造优质的、色散小的光纤，对增加通信系统容量和加大传输距离是非常重要的。 3-8 色散的大小用什么来表示其单位是什么

对于单模光纤，色散的大小用时延差来表示，色散系数D 工程上单位采用ps/(nm ·km)。

3-9 阶跃型光纤纤芯折射率n 1=，包层折射率n 2=，在工作波长为μm 条件下，要保证单模传输，纤芯半径应如何选择。由?=210a n k V 可知

m n

n V n V a μπλπλ09.246

.148.114.3231.1405.22222

010=-???=

纤芯半径应小于μm

3-10阶跃型光纤纤芯折射率n 1=，包层折射率n 2=，试计算光纤的数值孔径解：由?=-=

212

221n n n NA 得

24.046.148.122=-=NA

3-11阶跃型光纤纤芯折射率为，包层折射率为，纤芯半径为2μm ，问当工作波长为μm 时，此光纤可传输的模式是什么

由?=210a n k V 可知： V=，所以只传输单基模LP01

第四章习题

4-1 填空题

(1) 根据半导体的能带理论，能够被电子占据的能带为、、，不能被子占据的状态为。 (2) 按照费米－狄拉克统计，本征半导体在热平衡状态下，电子在高能级的概率。

(3) 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，这时输出的光为，这个电流称为电流。

(4) 半导体材料只有波长为λ＜λC 的光入射时，才能使材料产生光子，所以λC 称为波长

(5) PIN 光电二极管，是在P 型材料和N 型材料之间加上一层，称为。答案：（1）满带价带导带禁带

（2）较小

（3）激光阈值（4）截止

（5）轻掺杂的N 型材料 I 层

4-2 试说明半导体激光器有哪些主要的工作特性

半导体激光器（LD ）是光纤通信最主要的光源，非常适合于高码速率长距离的光纤通信系统。光纤通信用的半导体激光器具有以下几个主要特点：

（1）光源应在光纤的三个低损耗窗口工作，即发光波长为μm 、μm 或μm 。（2）光源的谱线宽度较窄，Δλ=～。

（3）能提供足够的输出功率，可达到10mW 以上。（4）与光纤耦合效率高，30%～50%。

（5）能长时间连续工作，工作稳定，提供足够的输出光功率。

4-3 半导体激光器的温度变化对阈值电流有什么影响

温度对激光器阈值电流影响很大，阈值电流随温度升高而加大。所以为了使光纤通信系统稳定、可靠地工作，一般都要采用自动温度控制电路，来稳定激光器的阈值电流和输出光功率。

4-4 试画出发光二极管的特性曲线。

LED是无阈值器件，它随注入电流的增加，输出光功率近似的线性增加。通常使用使用光输出功率P与注入电流I的关系，即P-I曲线，来描述LED的输出光功率特性，如图4-2-5所示。

图4-2-5 LED的P-I特性曲线

4-5什么是半导体的光电效应

半导体材料的光电效应是指光照射到半导体的P-N结上，若光子能量足够大，则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，即光电子－空穴对，它们总起来称作光生载流子。

光生载流子在外加负偏压和内建电场的作用下，在外电路中出现光电流。从而在电阻R上有信号电压输出。这样，就实现了输出电压跟随输入光信号变化的光电转换作用。

4-6光电检测器的响应度和量子效率描述的是什么二者有什么联系

响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的物理量。但是，它们的分析角度不同。二者的关系为

4-7 试画出分布反馈半导体激光器的结构示意图。

分布反馈半导体激光器(DFB-LD)，它是在异质结激光器具有光放大作用的有源层附近，刻上波纹状的周期的光栅来构成的，如图4-3-4所示。

图4-3-4 分布反馈半导体激光器结构示意图

LD多模光谱和单模光谱的比较可以看出，单纵模LD中除了一个主模外，其它纵模都被抑制了，同时主模的谱线宽度非常窄，通常小于1nm，用于高速光纤通信系统是非常理想的。

第五章习题

5-1 试画出光纤附加损耗随温度变化曲线。

5-2 光缆的纤芯是如何构成的

根据不同用途和不同的使用环境，光缆的种类很多，但不论光缆的具体结构如何，都是由缆芯、加强元件和外护层所组成。

5-3色散位移光缆与常规光缆有何不同

常规光缆即G·652常规单模光缆。这种光缆光纤损耗在λ=μm附近时最小，但色散较大约为18ps/(nm·km)；在λ=μm损耗较小，约km色散几乎为零。可见常规光缆G·652在传输μm的光信号时是不利的。

色散位移光缆即是由色散位移光纤DSF构成的光缆。DSF是使单模光纤的材料色散和皮导色散相互补偿，在μm附近总色散为零。

5-4 光纤分路器及耦合器的作用是什么

在光纤通信系统或光纤测试中，经常要遇到需要从光纤的主传输信道中取出一部分光，作为监测、控制等使用，这就用到光纤分路器；也有时需要把两个不同方向来的光信号合起来送入一根光纤中传输，这就用光纤耦合器来完成。

5-5 光纤通信系统中为什么必须采用光隔离器

某些光器件，像LD及光放大器等对来自连接器、熔接点、滤波器等的反射光非常敏感，并导致性能恶化。因此需要用光隔离器来阻止反射光。

5-6 波分复用器的作用是什么，主要有哪几种类型

波分复用器把不同波长的光信号复合注入到一根光纤中，或者相反地把复合的多波长信号解复用，把不同波长的信号分离出来。

波分复用器的种类很多，有棱镜色散型、衍射光栅型及干涉滤光型等。

5-7 试画出边发射LED结构截面图(AlGaAs/GaAs ELED)。

5-8 半导体激光二极管按结构分类可分为哪几类按性能分类有哪些

LED 类型有：边发光二极管(ELED)、面发光二极管(SLED)和超辐射发光二级管(SLD)。

5-9 试画出DH LD 管芯示意图。

5-10 LD 发光的峰值波长为μm ，试求有源层材料的带隙Eg 为多少焦耳，多少eV J eV E g 20109153.594645.031

.123985

.1-?===

第六章习题

5-1 填空题

（1）实现光源调制的方法有两类：和。

（2）消光比定义为。

（3）LD与单模光纤的耦合效率可达。

LED与单模光纤的耦合效率可达。

（4）LED与多模光纤的耦合结构主要有、和。（5）在光接收机中，与光电检测器相连的放大器称为，它是的放大器。

（6）信号电平超过判决门限电平，则判为码。低于判决门限电平，则判为码。（7）工程上光接收机的灵敏度常用表示，单位是。

答案：（1）直接调制间接调制；

（2）消光比定义为：EXT=全“0”码时的平均光功率/全“1”码时的平均光功率；

（3）较高30%-50% 较低1%

（4）球透镜柱透镜GRIN透镜

（5）前置放大器低噪声、高增益；

（6）“1”“0”

（7）光功率的相对值dBm

6-2 面发光LED的输出为朗伯分布I(θ)=I0cosθ，试计算耦合效率η。

略

6-3 试画出LD数字信号的直接调制原理图。

6-4 什么是频率啁啾

调制脉冲的前沿升高(蓝

移)，后沿下降(红移)，使输出频

谱加宽，这种动态线宽加宽效应

称为啁啾

6-5 目前可以使用的外调制方

式有几种，分别是什么为什么采

用外调制方式

有三种：电光调制声光调

制磁光调制

对光源进行内调制的优点

是电路简单容易实现。但是，若

在高码速下采用这种调制方法时，将使光源的性能变坏，如使光源的动态谱线增宽，造成在传输时色散增加，从而使在光纤中所传脉冲波形展宽，结果限制了光纤的传输容量。采用外调制方式可以克服上述缺点。

6-6 试画出光接收机组成方框图。

直接检测数字光纤通信接收机一般由三个部分组成，即光接收机的前端、线性通道和数据恢复三个部分，如图5-3-1所示。

图5-3-1 直接检测数字光纤通信接收机框图

6-7 为什么在光接收机线性通道中要加入均衡滤波器

均衡器的作用是对主放大器输出的失真的数字脉冲信号进行整形，使之成为最有利于判决、码间干扰最小的波形。通常将输出波形均衡成具有升余弦频谱函数特性，此时码间干扰最小，最有利于判决。

6-8 数字光纤通信系统中，按照“1”码时码元周期T 的大小可分哪两种码型它们的占空比分别是什么

按照“1”码时码元周期T 的大小，分为归零码(RZ 码)与非归零码(NRZ 码)两种，见图5-4-1。显然，RZ 码的占空比为，而NRZ 码的占空比为1。

图5-4-1 数字光纤通信系统中的码元

6-9 什么是量子噪声

量子噪声是与光信号有关，出现这种噪声的原因可以这样解释：光信息的传播是由大量的光量子传播来进行的，这些大量的光量子其相位都是随机的，因此光电检测器在某个时刻实际接收到的光子数，是在一个统计平均值附近浮动，因而产生了噪声。

6-10 某光接收机接收的光功率为μW ，光波长为μm ，求所对应的每秒钟接收的光子数。解：

3461051.110

310626.6101.0/?=????====--hc P hc P h P n λλν

6-11 某光纤通信系统光发送端机输出光功率为，接收端机灵敏度为μW ，若用dBm 表示分别是多少

(提示lg2≈

解：dBm P T 32lg 105.0lg 1010

105.0lg 101

3-===?=--- dBm P R 37)10lg 2(lg 10)102lg(1010

102.0lg 10443

-=+=?=?=----

6-12 一数字光纤接收端机，在保证给定误码率指标条件下，最大允许输入光功率为，灵敏度为μW ，求其动态范围。解：

dBm P 1010101.0lg 1033

max

-=?=--

dBm P 4010

101.0lg 103

max

-=?=-- 所以动态范围D 为30dB

第七章习题

7-1 填空题

(1) 利用光纤传输监控信号有两种方式分别是、。 (2) mBnB 又称，它是。 (3) 光纤通信系统的长期平均误码率定义为，反映突发性误码，用、两个性能指标来评价。 (4) 在数字光纤通信系统中，抖动会。

(5) SDH 网有一套标准化的信息等级结构，称为。 (6)根据ITU-T 的建议，码速率分别为：

STM-1= Mb/s ；STM-16= Mb/s ；

(7) SDH 帧结构中的管理单元指针的位置在。 (8) 二次群的码速率为s ，1UT 的时间为。答案：（1）频分复用传输方式时分复用方式

（2）分组码它是把输入信码流中每m 比特码分为一组，然后变换为n 比特(n ＞m)输出

（3）误码率(BER)定义为传送错误的码元数占传送的总码元数的百分比有严重误码秒(SES) 误码秒(ES) （4）引起误码率的增加（5）同步传输模块（6）s ， s

（7）第四行，1N-9N 列

（8）μs

7-2 试画出IM-DD光纤通信系统结构框图。

点对点IM-DD数字光纤通信系统结构。

图6-1-1 点对点IM-DD数字光纤通信系统结构

7-3选择线路码型应满足的主要要求是什么

选择线路码型应满足下面要求：

(1) 码流中“1”及“0”码的出现是随机的，可能会出现长串的连“1”或连“0”，这时定时信息将会消失，使接收机定时信息提取产生困难；

(2) 简单的单极性码流中有直流成分，且当码流中“0”与“1”作随机变化时直流成分也作随机变化，从而引起数字信号的基线漂移，给判决和再生带来困难。

(3) 不可能在不中断业务的条件下检测线路的BER。

7-4 什么是插入码，插入码的类型有几种

插入比特码是将信码流中每m比特划为一组，然后在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出，根据插入码的类型分为：mB1P码，mB1C码，mB1H码。

7-5 产生抖动的主要原因有哪些

抖动产生的原因主要有：

①由于噪声引起的抖动。例如，在逻辑电路中，当输入信号阶跃时，由于信号叠加了噪声，输入信号提前超过了逻辑电路的门限电平，使跃变信号提前发生，从而引起了抖动。

②时钟恢复电路产生的抖动。在时钟恢复电路中有谐振放大器，如果谐振回路元件老化，初始调谐不准等因素可引起谐振频率的变化。这样，这种输出信号经时钟恢复电路限幅整形恢复为时钟信号时就会出现抖动。

③其他原因引起的抖动。引起抖动还有其他原因，如数字系统的复接、分接过程，光缆的老化等。

7-6 什么是分组码经过分组编码，线路上的速率提高了多少

分组码常用mBnB表示，它是把输入信码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比

特(n ＞m)输出。分组码有1B2B ，2B3B ，3B4B ，5B6B ，5B7B ，6B8B 等。

线路上的速率提高了线路上的速率提高了线路上的速率提高了线路上的速率提高了线路上的速率提高了（n-m ）/m

7-7 有一个光纤通信系统，其码速率为s ，平均发送光功率P T 的最大值0dBm ，活动连接器A CT 和A CR 为，设备富余度M E 为3dB ，光纤衰减系数A f 取值1550nm 取km ，平均熔接接头损耗A S /L f 为km ，线路富余度M C 为km 。接收机灵敏度P R 为，试估算最大中继距离。解：

km M L A A M P A A P P L C

f s f E d CR CT R T 16.8506.005.02.03

14.02)2.31(0/=++--?---=++-----=

7-8 光纤色散对系统性能参数有什么影响，比较重要的有哪三类。

光纤色散会使系统性能参数恶化，比较重要的有三类：码间干扰、模分配噪声、啁啾声。

7-9 LAN 的拓扑结构主要有几种，试画出它们的拓扑图。

7-10 试画出SDH 帧结构图。

整个帧结构可以分为三个主要区域：

(1) 段开销(SOH)区域

(2) 信号净负荷区域

(3) 管理单元指针区域

7-11 画图说明我国的SDH复用结构。

7-12 什么是数字交叉连接器(DXC)

DXC设备是一种集复用、自动化配线、保护/恢复、监控和网管等功能为一体的传输设备。

第八章习题

8-1 填空题

(1)EDFA对工作波长为的光波有放大作用。

(2)ITU-T建议文件确定WDM系统的绝对参考频率规范为。

(3)可调光滤波器的作用是。

(4)EDFA有三种基本结构形式分别为。

(5)EDFA具体应用形式有四种：、、、。

答案：

(1)1530-1560nm (2)

(3)波长可调的光滤波器作用是在接收端于接收器前从多信道复用的光信号中选择出一定波长的信号，以供接收机进行接收。

(4) 同向泵浦结构，反向泵浦结构和双向泵浦结构 (5)线路放大功率放大前置放大 LAN 放大

8-2 多信道复用技术中，从光信号复用技术来考虑主要包括哪些，从光波复用技术来考虑包括哪些

多信道复用技术中，从光信号复用技术来考虑主要有光时分复用技术、光码分复用技术、副载波复用技术、波分复用技术和空分复用技术。

从光波复用技术来考虑包括光转发技术、可调光滤波技术、光放大技术、光波分复用技术等。

8-3 试画出WDM 的双纤单向和单纤双向传输方式的示意图。

8-4 光转发器的作用是什么

WDM 光的发射是采用光转发器技术，开放式WDM 系统在发送端采用OTU 将非标准的波长转换为标准波长。

8-5 掺铒光纤放大器的主要优点是什么

EDFA 具有如下优点：

(1)工作波长处在～μm 范围，与光纤最小损耗窗口一致；

(2)对掺铒光纤进行激励的泵浦功率低，仅需要几十毫瓦，而拉曼放大器需～1W 的泵浦源进行激励；

(3)增益高、噪声低、输出功率大。它的增益可达40dB ，噪声系数可低至3～4dB ，输出功率可达14～20dBm ；

(4)连接损耗低，因为它是光纤型放大器，因此与光纤连接比较容易，连接损耗可低至。

8-6 试从EDFA 的工作能级图，简述EDFA 的工作原理。

如图8-2-2所示，EDFA 的工作能级在2/134I 和2/154I 之间，2/134

I 能级分离成一个能带，铒粒子先跃迁到该能带的顶部，并迅速以非辐射跃迁的形式由泵浦态变至亚稳态(即2/134

I 能

级)，在该能级上，粒子有较长的存活时间，由于源源不断地进行泵浦，粒子数不断增加，从而实现了粒子数反转。当具有1 550nm波长的光信号通过这段掺铒光纤时，亚稳态的粒子以受激辐射的形式跃迁到基态，并产生出和入射光信号中的光子一模一样的光子，从而大大增加了信号光中的光子数量，即实现了信号光在掺铒光纤的传输过程中不断被放大的功能，掺铒光纤放大器也由此得名。发出的光的波长为1520~1570nm，即EDFA对1520~1570nm 的光信号有放大作用。

第九章习题

9-1 简述相干光纤通信的原理。

相干光通信系统工作原理均可以用图10-1-1来加以说明。

图10-1-1 光相干检测原理图

图10-1-1中的光信号是以调幅、调频或调相的方式被调制(设调制频率为ωS)到光载波上的，当该信号传输到接收端时，首先与频率为ωL本振光信号进行相干混合，然后由光电检测器进行检测，这样获得了中频频率为ωIF=ωS-ωL的输出电信号，因为ωIF≠0，故称该检测为外差检测，那么当输出信号的频率ωIF=0(即ωS=ωL)时，则称之为零差检测，此时在接收端可以直接产生基带信号。

9-2 相干光纤通信的优点有哪些

与直接检测相比，相干光通信有如下优点：

(1) 接收灵敏度高。相干检测的极限灵敏度与直接检测相当，但它可通过提高本振功率来有效抑制热噪声，使接收灵敏度得到很大提高。

(2) 频率选择性好。外差接收时中频落在微波波段，可采用非常窄的带通滤波器，使光载波间隔窄至约1GHz，从而实现比波分复用更密集的频分复用（FDM）传输。相比之下，光滤波器的带宽及选择性要差得多，因此WDM复用的信道要少得多。

(3) 不但可利用信号的强度信息，还能充分利用信号的位相信息，并可采用多种调制解调方式，具有很大灵活性及选择余地。

(4) 相干接收技术可以抑制级联光放大器中产生的严重噪声累积，故可采用多级光放大

器级联来延长中继距离。

9-3 什么是光纤的非线性效应

光场很强，则光纤的特征参数将随光场呈非线性变化。

光纤出现非线性的原因，可以这样说，当一束单色作用在介质上时，光的电场强度矢量将使介质中的原子或分子发生位移，或振动，从而出现了电偶极子。这些电偶极子将辐射电磁波。这种感生出来的电场与原来的入射光波电场叠加，形成一个总的电场。

9-4 什么是光孤子光孤子是利用什么效应产生的

光孤子的产生原因是光纤的非线性效应。

如果光场很强，则光纤的特征参数将随光场呈非线性变化。光纤群速度色散(GVD) 会使光脉冲展宽，而自相位调制则使波形中较高频率分量不断累积，使波形变陡，即光纤的非线性特性使光脉冲变窄。光纤群速度色散(GVD) 和自相位调制(SPM)达到平衡，则使光脉冲在传播中保持形状不变，即形成所谓的“光孤子”，使“光孤子”在光纤中长距离传输即实现了超大容量超长距离传输的光孤子通信系统。

9-5 光交换技术的三种基本形式是什么

空分光交换、时分光交换和波分光交换

9-6 什么是复合光交换

光信号同时采用上述两种或三种交换方式称为复合光交换。

光纤通信课后习题参考答案邓大鹏

光纤通信课后习题答案第一章习题参考答案 1、第一根光纤是什么时候出现的？其损耗是多少？答：第一根光纤大约是1950年出现的。传输损耗高达1000dB/km 左右。 2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。 3、光纤通信有哪些优缺点？答：光纤通信具有容量大，损耗低、中继距离长，抗电磁干扰能力强，保密性能好，体积小、重量轻，节省有色金属和原材料等优点；但它也有抗拉强度低，连接困难，怕水等缺点。第二章光纤和光缆 1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。 2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤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将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T 关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤（渐变型多模光纤）、G .652光纤（常规单模光纤）、G .653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。（2）阶跃型光纤的折射率分布 () 2 1 ?? ?≥<=a r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121? ????≥

《光纤通信技术》模拟试题

《光纤通信技术》模拟试题一、填空（共10题，每题3分） 1、均匀光纤的导光原理为全反射原理，它的数值孔径表示了光纤收集光线的能力。 2、单模光纤的色散包括材料色散和波导色散。 3、线极化波是指波的电场矢量空间取向不变，即合成矢量的端点的轨迹为一直线的波，以 LP 表示。 4、在弱波导光纤中，光射线几乎与光纤轴线平行，因此，弱波导光纤中的和分布是一种近似的TEM 波。 5、在研究光和物质相互作用时,爱因斯坦指出存在三种不同的基本过程: 自发辐射、受激吸收、受激辐射。 6、谐振腔的谐振条件是2 11ln 21r r L G +==内αα。 7、光纤通信系统所使用的光源与光纤色散相互作用，给系统引进了的干扰和噪声主要有三种，即码间干扰、模分配噪声、啁啾声。 8、发送机的消光比是全“0”码时的平均输出光功率与全“1”码时的输出光功率之比. 9、判决器和时钟恢复电路和起来构成码形成电路。 10、STM-N 帧结构分为三个区域：段开销区、净负荷区和管理单元指针。 11、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于4 2 V 。 12、当物质中处于高能级上的粒子数大于处于低能级上的粒子数时，则物质处于粒子数反转状态。 13、光电检测器是利用材料的光电效应来实现光电转换的。 14、传输网主要由传输设备和网络节点构成的。 15、在SDH 帧结构中，段开销是用于传送网络运行、管理和维护的附加字节。三、画图题（共1题，每题10分） 1、画出采用直接调制的数字光纤通信光发射端机的方框图。见教材P 100 四、问答题：（共1题，每题15分） 1、什么是模分配噪声？它是如何产生的五、计算题：（共3题。共35分） 1、.已知阶跃光纤的n 1=1.62，n 2=1.52, 试计算：相对折射率Δ （2）数值孔径 (1）22 221222162 .1252.162.12?-=-=?n n n (2)56.006.0262.121=??=?=n NA 2、计算STM-1帧结构中段开销SOH 的容量(速率)。

2013年10月光纤通信原理试题

全国2013年10月高等教育自学考试光纤通信原理试题课程代码：02338 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.随着温度的逐步升高，LD 的阈值电流（） A.逐渐降低 B.逐渐增大 C.不变 D.先降低后增大 2.在下列因素中，不属于．．．影响接收机灵敏度的因素是（） A.光发射机的消光比 B.光电检测器响应度 C.光纤衰减 D.光电检测器噪声 3.速率为f b 的NRZ 码经4B1H 码型变换后，线路码的速率是（） A.b f B. b f 5 6 C.b f 54 D.b f 4 5 4.在STM-1信号的帧结构中，AU 指针区域的位置是在（） A.1～9列，第4行 B.1～9列，1～9行 C.1～3列，第4行 D.1～3列，1～9行 5.EDFA 中将光信号和泵浦光混合后送入掺铒光纤中的器件是（） A.光滤波器 B.光隔离器 C.光耦合器 D.光连接器 6.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是（） A.0.85μm ，1.20μm ，1.55μm B.0.85μm ，1.31μm ，1.55μm C.0.85μm ，1.20μm ，1.31μm D.1.05μm ，1.20μm ，1.31μm 7.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 8.薄膜波导中，导波的特征方程为（） A.2k 0d-2Φ12-2Φ13=2m π B.2k 1d-Φ12-Φ13=2m π C.2k 1z d-2Φ12-2Φ13=2m π D.2k 1x d-2Φ12-2Φ13=2m π 9.在下列特性参数中，不属于．．．单模光纤的特性参数是（） A.数值孔径 B.截止波长 C.衰减 D.折射率分布 10.在阶跃型弱导波光纤中导波的基模为（） A.LP 00 B.LP 11 C.LP 01 D.LP 12 二、填空题(本大题共15小题，每小题1分，共15分) 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。

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；

光纤通信模拟试题 J

光纤通信模拟试题1 一、选择题 1. 目前光纤通信中所使用的光波的波长区域是( ) A. 红外区 B. 远红外区 C. 紫外区 D. 近红外区 2. 表示光纤色散程度的物理量是( ) A. 时延 B. 频带带宽 C. 时延差 D. 相位差 3. 在外来光子的激发下，低能级E1上的电子吸收了光子的能量hf(=E2-E1)而跃迁到高能级 E2的过程称为( ) A. 自发辐射 B. 受激辐射 C. 受激吸收 D. 康普顿效应 4. EDFA中，光滤波器的主要作用是( ) A. 使泵浦光和信号光耦合 B. 滤除光放大器的输出噪声 C. 提高光放大增益 D. 使信号再生 5. 目前，掺铒光纤放大器的噪声系数可低达( ) A. -3 dB～0 dB B. 0 dB～3 dB C.4 dB～5 dB D. 10 dB～15 dB 二、填空题11. 利用光波作为载频的通信方式称为___________________。 12. 通常根据传播方向上有无电场分量或磁场分量，可将光(电磁波)的传播形态分成TE波， TEM波和___________________三类。 15. 按照射线理论，阶跃型光纤中光射线主要有___________________和斜射线两类。 16. 渐变型光纤中，子午射线的自聚焦是指光纤中不同的射线具有___________________的现象。 17. 光纤是一种介质光波导,具有把光封闭在其中进行传播的导波结构。它是由直径大约只有 ___________________的细玻璃丝构成。 18. 处于粒子数反转分布状态的工作物质称为___________________。 19. 激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的___________________。 20. 随着激光器温度的上升，其输出光功率会___________________。 21. EDFA的输出饱和功率是指___________________时所对应的输出功率。 22. EDFA作为发射机功率放大器使用的主要作用是___________________。 23. 在光纤通信系统中，利用光纤来传输监控信号时，通常可采用频分复用和____________ _______两种传输方式。 24. 对光隔离器的主要要求是：插入损耗低和___________________。 25. 光纤通信系统中(武汉自考)常用的线路码型有：mBnB码、插入比特码和_____________ ______等。 26. STM-1帧结构中，管理单元指针的位置在___________________列中的第4行。 27. 虚容器是SDH中最重要的一种信息结构，它由容器输出的信息净负荷和_________来组成。 28. STM-1信号中，一帧中包含的字节数为___________________。 29. 由光电检测器引入的噪声主要有量子噪声、___________________和雪崩管倍增噪声等三种。 30. 在保证系统误码率指标的要求下，测得接收机的最低输入光功率为0.1 μW，最大允许输入光功率为0.1 mW，则该接收机的动态范围为___________________dB。三、名词解释题

吉大19年9月《光纤通信原理》作业考核试题1答案

吉大19年9月《光纤通信原理》作业考核试题-0001 试卷总分:100 得分:0 一、单选题(共17 道试题,共68 分) 1.下列哪一个不是SDH网的特点( )。 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正确答案:D 2.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正确答案:B 3.在误码性能参数中，严重误码秒（SES）的误码率门限值为( )。 A.10-6 B.10-5 C.10-4 D.10-3 正确答案:D 4.在光纤通信中，光接收机再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成（），它由判决电路和时钟恢复电路组成。 A..模拟信号 B.数字信号 C.电子信号 D.光子信号正确答案:B 5.在系统光发射机的调制器前附加一个扰码器的作用是( )。 A.保证传输的透明度 B.控制长串“1”和“0”的出现 C.进行在线无码监测 D.解决基线漂移正确答案:A

6.为保证多模光纤的测试结果准确，应考虑在测试前对该光纤进行( )。 A.扰模 B.包层模消除 C.滤模 D.裹模正确答案:A 7.阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界面上（）而使能量集中在芯子之中传输。 A.半反射 B.全反射 C.全折射 D.半折射正确答案:B 8.光纤的制造工艺中，哪个环节对光纤的质量最关键？( )。 A.提纯 B.熔炼 C.拉丝 D.套塑正确答案:B 9.光纤的损耗测试方法中，哪一种是基本参考测试法。（）。 A.背向散射法 B.插入损耗法 C.OTDR D.切断法正确答案:D 10.不属于半导体激光器特性参数的是（） A.输出光功率 B.阈值电流 C.转换效率 D.消光比光发射机的正确答案:D 11.下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因?( ) A.光纤的损耗可能发生变化 B.光源的输出功率可能发生变化

全国高等教育自学考试光纤通信原理试题历年试卷

全国2007年1月高等教育自学考试光纤通信原理试题历年试卷全国2007年1月高等教育自学考试光纤通信原理试题.doc 试卷内容预览网站收集有1万多套自考试卷，答案已超过2000多套。我相信没有其他网站能比此处更全、更方便的了。全国2007年1月高等教育自学考试光纤通信原理试题课程代码：02338 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．目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是( ) A．0.85 μm,1.27 μm,1.31 μm B．0.85 μm,1.27 μm,1.55 μm C．0.85 μm,1.31 μm,1.55 μm D．1.05 μm,1.31 μm,1.27 μm 2．在薄膜波导中，导波的基模是( ) A．TE0B．TM0 C．TE1D．TM1

3．在SiO2单模光纤中，材料色散与波导色散互相抵消，总色散等于零时的光波长是( ) A．0.85 μmB．1.05 μm C．1.27 μmD．1.31 μm 4．在阶跃型光纤中，导波的传输条件为( ) A．V＞0B．V＞Vc C．V＞2.40483D．V＜Vc 5．半导体激光二极管(LD)的一个缺点是( ) A．光谱较宽B．温度特性较差 C．与光纤的耦合效率较低D．平均发光功率较小6．EDFA光纤放大器作为光中继器使用时，其主要作用是( ) A．使信号放大并再生B．使信号再生 C．使信号放大D．降低信号的噪声 7．目前，掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达( ) A．40 dB左右B．30 dB左右 C．20 dB左右D．10 dB左右 8．STM-16信号的码速率为( ) A．155.520 Mb/sB．622.080 Mb/s C．2 488.320 Mb/sD．9 953.280 Mb/s 9．对于2.048 Mb/s的数字信号，1 UI的抖动对应的时间为( )

《光纤通信技术》试题.doc

2014-2015年度《光纤通信技术》期末考试试题 1 .用图示的方法介绍现代数字光纤通信系统构成，并简述各主要部分的功能？（10分） 1、答：X 光发送机 0 ?---------------------------- □----------------------------- □ （1）光发送机功能：将数字或者模拟电信号加载到光波上，并耦合进光纤中进行传输（2）光放大器功能：补偿光信号在通路中的传输衰减，增大系统的传输距离（3）光接收机功能：将光信号转换回电信号，恢复光载波所携带的原信号 2 .用图示的方法介绍光发射机的构成，并简要说明各部分的功能？简单阐述直接调制和外调制的区别？（10分） 3.请用图示的方法简述光纤的构成，比较单模与多模光纤的区另 U?光纤数值孔径是衡量光纤什么的特性物理量？对于光纤

输入信号光掺钳光纤光隔离器. + 八光隔离器光滤波器！ Z\ 输出 !信号光通信系统而言，是否光纤数值孔径越大越好？（10分） 4.由于光纤本身导致通信系统性能下降的因素有哪些？如何克服？（10分） 5.用图示的方法说明掺钥光纤放大器EDFA的工作原理和构成, 各部分的作用是什么？掺钳光纤放大器级联后增益不平坦情况恶化，列举两种解决方法？（10分） 1.掺钳光纤放大器主要由一段掺钳光纤，泵浦光源，光隔离器，光耦合器构成5'。采用掺银单模光纤作为增益物质，在泵浦光激发下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大；2'泵浦光和信号光一起由光耦合器注入光纤：2'光隔离器的作用是只允许光单向传输，用于隔离反馈光信号，提高性能。2，滤波器均衡技术：采用透射谱与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器使增益平坦° 2' 增益钳制技术:监测放大器的输入光功率，根据其大小调整泵浦源功率,从而实现增益钳制，是目前最成熟的方法° 2 6 .请简要阐述波分复用技术的工作原理，并用图示的方法说明？（10 分） 7.简述受激布里渊散射与受激拉曼散射的概念？它们有什么区另U? （io分） 8.请说出五种你所了解的无源光器件的名称，并简述其用途？光耦合器

光纤通信原理试题讲解学习

1.决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和传输带宽 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 2.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是( A ) A.n1≈n2 B.n1=n2 C.n1>>n2 D.n1<

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.

光纤通信课后答案

第一章基本理论 1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么答：当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，即0＜V＜时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。 2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响答：在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离；光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。 3、光纤中有哪几种色散解释其含义。答：（1）模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。（2）材料色散：由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。（3）波导色散：统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。 5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响答：光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。 6、单模光纤有哪几类答：单模光纤分为四类：非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。 12、光缆由哪几部分组成答：加强件、缆芯、外护层。 *、光纤优点：巨大带宽（200THz）、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。*、光纤损耗：光纤对光波产生的衰减作用。引起光纤损耗的因素：本征损耗、制造损耗、附加损耗。 *、光纤色散：由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。引起光纤色散的因素：光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。色散种类：模式色散（同波长不同模式）、材料色散（折射率）、波导色散（同模式，相位常数）。 *、单模光纤：指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。

10月光纤通信原理自考试题

2009年10月光纤通信原理自考试题全国2009年10月光纤通信原理自考试题一、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.随着温度的逐步升高，LD的阈值电流（） A.逐渐降低 B.逐渐增大 C.不变 D.先降低后增大 2.在下列因素中，不属于影响接收机灵敏度的因素是（） A.光发射机的消光比 B.光电检测器响应度 C.光纤衰减 D.光电检测器噪声 3.在STM-1信号的帧结构中，AU指针区域的位置是在（） A.1～9列，第4行 B.1～9列，1～9行 C.1～3列，第4行 D.1～3列，1～9行 4.EDFA中将光信号和泵浦光混合后送入掺铒光纤中的器件是（） A.光滤波器 B.光隔离器 C.光耦合器 D.光连接器 5.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是（） A.0.85μm，1.20μm，1.55μm B.0.85μm，1.31μm，1.55μm C.0.85μm，1.20μm，1.31μm D.1.05μm，1.20μm，1.31μm

6.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 7.薄膜波导中，导波的特征方程为（） A.2k0d-2Φ12-2Φ13=2mπ B.2k1d-Φ12-Φ13=2mπ C.2k1zd-2Φ12-2Φ13=2mπ D.2k1xd-2Φ12-2Φ13=2mπ 8.在下列特性参数中，不属于单模光纤的特性参数是（） A.数值孔径 B.截止波长 C.衰减 D.折射率分布 9.在阶跃型弱导波光纤中导波的基模为（） A.LP00 B.LP11 C.LP01 D.LP12 二、填空题(本大题共15小题，每小题1分，共15分)请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 10.光发射机主要由输入电路和________两大部分组成。 11.半导体激光器中光学谐振腔的作用是提供必要的________以及进行频率选择。 12.雪崩光电二极管具有________效应，使光电流在管子内部即获得了倍增。 13.光接收机中判决器和________合起来构成脉冲再生电路。 14.在光纤通信系统中，利用光纤来传输监控信号时，通常可

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 错误！未找到引用源。 /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__错误！未找到引用源。______。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

光纤通信技术知识点简要(考试必备)

光纤通信. 1.光纤结构光纤是由中心的纤芯和外围的包层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。 2.光纤主要有三种基本类型: 突变型多模光纤,渐变型多模光纤, 单模光纤. 相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直径都很大，可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤 3.光纤主要用途：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。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。三角芯光纤有效面积较大，有利于提高输入光纤的光功率，增加传输距离。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.分析光纤传输原理的常用方法：几何光学法.麦克斯韦波动方程法 5.几何光学法分析问题的两个出发点: 〓数值孔径〓时间延迟. 通过分析光束在光纤中传播的空间分布和时间分布. 几何光学法分析问题的两个角度: 〓突变型多模光纤〓渐变型多模光纤. 6.产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散，损耗和色散是光纤最重要的传输特性：损耗限制系统的传输距离, 色散则限制系统的传输容量. 7.色散是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应. 色散的种类：模式色散、材料色散、波导色散. 8. 波导色散纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时可能有一部分光进入包层之内，在包层内传输一定距离后又可能回到纤芯中继续传输。进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关，即相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。有一定谱宽的光脉冲入射光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。具体来说，入射光的波长越长，进入包层中的光强比例就越大，这部分光走过的距离就越长。这种色散是由光纤中的光波导引起的，由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散。 9. 偏振模色散：实际光纤不可避免地存在一定缺陷，如纤芯椭圆度和内部残余应力，使两个偏振模的传输常数不同，这样产生的时间延迟差称为偏振模色散或双折射色散。 10. 损耗的机理包括吸收损耗和散射损耗两部分。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不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。瑞利散射损耗是光纤的固有损耗，它决定着光纤损耗的最低理论极限。 11.光线的损耗：（1）吸收损耗： a.本征吸收损耗：紫外吸收损耗，红外吸收损耗b.杂质吸收损耗c.原子缺陷吸收损耗（2）散射损耗 a线性散射损耗：瑞利散射，光纤结构不完善引起的散射损耗（3）弯曲损耗 a.宏弯：曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲 b.微弯：微米级的高频弯曲，微弯的原因：光纤的生产过程中的带来的不均；使用过程中由于光纤各个部分热胀冷缩的不同；导致的后果：造成能量辐射损耗. 与宏弯的情况相同，模场直径大的模式容易发生微弯损耗 12. 柔性光纤的优点：1. 对光的约束增强 2. 在任意波段均可实现单模传输：调节空气孔径之间的距离 3. 可以实现光纤色散的灵活设计 4. 减少光纤中的非线性效应5. 抗侧压性能增强 13. 光纤的制作要求（1）透明（2）能将其拉制成沿长度方向均匀分布的具有纤芯-包层结构的细小纤维；（3）能经受住所需要的工作环境。光纤是将透明材料拉伸为细丝制成的。 14. 光纤预制棒简称光棒，是一种在横截面上有一定折射率分布和芯/包比的的透明的石英玻璃棒。根据折射率的不同光棒可从结构上分为芯层和包层两个部分，其芯层的折射率较高，是由高纯SiO2材料掺杂折射率较高的高纯GeO2材料构成的，包层由高纯SiO2材料构成。制作方法: 外部气相沉积法；气相轴相沉积法；改进的化学气相沉积法；等离子化学气相沉积法。 15. 光缆基本要求：保护光纤固有机械强度的方法，通常是采用塑料被覆和应力筛选。光纤从高温拉制出来后，要立即用软塑料进行一次被覆和应力筛选，除去

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）

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光纤通信原理参考答案第一章习题 1-1什么是光纤通信？光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。 1-2光纤通信工作在什么区，其波长和频率是什么？目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为Si02的光纤。它是工作在近红外区，波长为0. 8?1. 8 5,对应的频率为167?375THZ。 1- 3 BL积中B利L分别是什么含义？系统的通信容量用BL积表示，其含义是比特率一距离积表示，B为比特率，L为中继间距。1-4光纤通信的主要优点是什么？光纤通信之所以受到人们的极大重视，是因为和其他通信手段相比，具有无以伦比的优越性。主要有： (1)通信容量大 (2)中继距离远 (3)抗电磁干扰能力强，无串话 (4)光纤细，光缆轻 (5)资源丰富，节约有色金属和能源。光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。因而经济效益非常显著。 1-5试画出光纤通信系统组成的方框图。一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。发端收端 1-5试叙述光纤通信的现状和发展趋势。略

第二章习题 2-1有一频率为3xio,3//z的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J,持续时间是丁=10ns(lns=10-9s)。此激光束的圆形截面半径为r=lcm° 求： (1)激光波长； (2)平均能流密度； (3)平均能量密度； (4)辐射强度； (2)S =—=----------- 厂瓯------ =3.18X10I3J//??52 zA5 10x10 一9x〃x(10—2)2 S、- S 3.18X1O13 1 12 (3)w = — = ------- ；— = 1.06x 10 J1 s c 3xlO8 (4)/ = f = 3.18x10”//* 2- 2 以单色光照射到相距为0. 2mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为" (1)从第一级明纹到同侧旁第四级明纹间的距离为7. 5mm,求单色光的波长； (2)若入射光的波长为6X10-7m,求相邻两明纹间的距离。 (1)S = — =士姐 D DA A DA Xj =—— x4 =4 —— a a %4 f [ =3 —— a a(x4 -Xj) 7 / = ------- ---- -- = 5x10 m 3D F) J (2)Ax = ------ = 3x10 "m