光纤试题总
一．单项选择题（每题1分,共20分）
1、在激光器中，光的放大是通过（Ａ）
Ａ．粒子数反转分布的激活物质来实现的Ｂ．光学谐振腔来实现的
Ｃ．泵浦光源来实现的Ｄ．外加直流来实现的
2、下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因?( B )
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
C．系统可能传输多种业务D．光接收机可能工作在不同系统中
3、光纤通信中光需要从光纤的主传输信道中取出一部分作为测试用时，需用（Ｂ）
Ａ．光衰减器Ｂ．光耦合器Ｃ．光隔离器Ｄ．光纤连接器
4、使用连接器进行光纤连接时，如果接头不连续时将会造成（D）
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形式返回发送端
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）
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
6、下列关于交叉连接设备与交换机的说法正确的是（A）
A．两者都能提供动态的通道连接B．两者输入输出都是单个用户话路
C．两者通道连接变动时间相同D．两者改变连接都由网管系统配置
7、目前EDFA采用的泵浦波长是( C )
A．0.85μm和1.3μm B．0.85μm和1.48μm
C．0.98μm和1.48μm D．0.98μm和1.55μm
8、下列不是WDM的主要优点是( D )
A．充分利用光纤的巨大资源B．同时传输多种不同类型的信号
C．高度的组网灵活性，可靠性D．采用数字同步技术不必进行玛型调整9、下列要实现OTDM解决的关键技术中不包括（ D ）
A．全光解复用技术B．光时钟提取技术
C．超短波脉冲光源D．匹配技术
10、掺饵光纤的激光特性（A）
Ａ．由掺铒元素决定Ｂ．有石英光纤决定
Ｃ．由泵浦光源决定Ｄ．由入射光的工作波长决定
11、下述有关光接收机灵敏度的表述不正确的是( A)
A．光接收机灵敏度描述了光接收机的最高误码率
B．光接收机灵敏度描述了最低接收平均光功率
C．光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收光子能量
D．光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收平均光子数
12、光发射机的消光比，一般要求小于或等于（B）
A．5％B．10％C．15％D．20％
13、在误码性能参数中，严重误码秒（SES）的误码率门限值为（D）
A．10-6B．10-5C．10-4D．10-3
14、日前采用的LD的结构种类属于（D）
A．F-P腔激光器（法布里—珀罗谐振腔）B．单异质结半导体激光器
C．同质结半导体激光器D．双异质结半导体激光器
15、二次群PCM端机输出端口的接口码速率和码型分别为（B）
A．2.048 Mb/s，HDB3B．8.448 Mb/s，HDB3
C．2.048 Mb/s，CMI D．8.448 Mb/s，CMI
16、数字光接收机的灵敏度Pr=100微瓦，则为（A ）dBm。
A．-10 B．10 C．-20 D．-30
17、WDH系统的单纤双向传输方式可实现（C ）通信。
A．单工B．双工C．全双工D．单工与双工
18、光孤子源主要有哪几种（A）
A．掺铒光纤孤子激光器、锁模半导体激光器
B．掺铒光纤孤子激光器、窄纤谱半导体激光器
C．锁模半导体激光器、锁模半导体激光器
D．掺铒光纤孤子激光器、信道频率激光器
19、前置放大器的三种类型中，属于双极型晶体管放大器的主要特点是（A ）。
A．输入阻抗低B．噪声小C．高频特性较差D．适用于低速率传输系统20、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
二、不定项选择题（每题2分,共20分）
1、光缆的基本型式有哪些（ABCD ）
A．层绞式B．骨架式C．中心束管式D．带状式
2、光缆有哪些特性（ABCD）
A．拉力特性B．压力特性C．弯曲特性D．温度特性
3、下列哪项是光纤的光学特性（BC ）
A．偏心度B．折射率分布C．模场直径D．带宽
4、模拟光纤传输系统目前使用的主要调制方式有（ABC ）
A．模拟基带直接光强调制B．模拟间接光强调制
C．频分复用光强调制D．方波频率调制
5、DFP激光器与FP激光器相比有（AB）的优点
A．单纵模激光器B．普线窄，动态普线好，线性好
C．普线宽D．纵横模数多
6、PIN光电二极管的主要特性是（BCD）
A．波长响应特性B．量子效率和光谱特性
C．响应时间和频率特性D．噪声
7、光接受机的噪声主要来源是（CD）
A．主放大器B．光发射器C．光检测器D．前置放大器
8、光有源器件包括（ABC ）
A．光源B．光放大器C．光检测器D．光开关
9、光开关可以分为（AB）
A．机械光开关B．固体光开关C．物理光开关D．电子光开关
10、通信网的发展方向是（ABC）
A．数字化B．综合化C．宽带化D．模拟化
1.目前光纤通信的长波长低损耗工作窗口是1.31 μm和1.55μm。
2.零色散位移光纤是指工作波长为1.55μm的单模光纤，在该波长上可以获得最低损耗和最小色散。
3.随着半导体激光器温度的上升，其输出功率会降低。
4.半导体激光器中光学谐振腔的作用是提供必要的光反馈以及进行频率选择。
5.雪崩光电二极管具有___雪崩__效应，使光电流在二极管的内部就获得了倍增。
6.目前研制的光放大器可分为 半导体光放大器 和光纤放大器两类。
7.EDFA 噪声系数的定义式为 放大器输入的信噪比/放大器的输入信噪比 。
8. EDFA 中光耦合器的主要作用是将 输入光信号 和 原泵浦光 混合起来。
9.眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响。
10.光和物质相互作用时，存在的三种基本跃迁过程是自发辐射、受激吸收 和 受激辐射 。
二、单项选择题 (每题1分，共10分)
1.为了使雪崩光电二极管正常工作，在其P －N 结上应加（D ）
A.高正向偏压
B.低正向偏压
C.低反向偏压
D.高反向偏压
2.不属于．．．
无源光器件的是（B ） A.光定向耦合器 B.半导体激光器
C.光纤连接器
D.光衰减器
3.阶跃型光纤中数值孔径的计算式为（C ） A.21n n - B.?2a C.?2n 1 D.21n n a -
4.EDFA 的泵浦光源的典型工作波长为（B ）
A.850 nm
B.980 nm
C.1310 nm
D.1550 nm
5.半导体激光二极管(LD)的一个缺点是（B ）
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.为了得到较高的信噪比，对光接收机中的前置放大器的要求是( D )
A ．高增益
B ．低噪声
C ．低增益、低噪声
D ．高增益、低噪声
7.不属于．．．
影响接收灵敏度的因素是（A ） A.光发送消光比 B.光电检测器的响应度
C.平均发送光功率
D.光接收噪声
8.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％
9.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会（C ）
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
10.光纤色散系数的单位为（C ）
A.ps/km
B.ps/nm
C.ps/nm ·km
D.nm/ps ·km
1) 为了得到较高的信噪比，对光接收机中的前置放大器的要求是__D____。
A. 高增益
B. 低噪声
C. 低增益、低噪声
D. 高增益、低噪声
2) 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___C___电流。
A. 自发辐射光，阈值
B. 自发辐射光，阀值
C. 激光，阈值
D. 激光，阀值
3) SDH 线路码型一律采用___D___。
A. HDB3码
B. AIM 码
C. NRZ 码
D. NRZ 码加扰码
4) 在SiO 2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___D___。
A. 0.85 μm B . 1.05 μm C . 1.27 μm D . 1.31 μm
5) 在阶跃型光纤中，导波的传输条件为___C___。
A. V ＞0
B. V ＞Vc
C. V ＞2.40483
D. V ＜Vc
6) DFA 光纤放大器作为光中继器使用时，其主要作用是___B___。
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___。
A. 40 dB左右
B. 30 dB左右
C. 20 dB左右
D. 10 dB左右
8) 对于2.048 Mb/s的数字信号，1 UI的抖动对应的时间为___C___。
A. 488 ns
B. 2048 ns
C. 488 μs
D. 2048 μs
9) 通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是___B___。
A. 光纤色散
B. 噪声
C. 光纤衰减
D. 光缆线路长度
10)在薄膜波导中，导波的基模是____A__。
A. TE0
B. TM0
C. TE1
D. TM1
1、光纤包层需要满足的基本要求是(A)
A.为了产生全反射，包层折射率必须比纤芯低
B.包层不能透光，防止光的泄漏
C.必须是塑料，使得光纤柔软
D.包层折射率必须比空气低
2、在激光器中，光的放大是通过（A）
Ａ．粒子数反转分布的激活物质来实现的Ｂ．光学谐振腔来实现的
Ｃ．泵浦光源来实现的Ｄ．外加直流来实现的
3、STM-64信号的码速率为( D )
A．155.520 Mb/s B．622.080 Mb/s
C．2 488.320 Mb/s D．9 953.280 Mb/s
4、以下哪个是掺铒光纤放大器的功率源( C )
A.通过光纤的电流
B.EDFA不需要功率源
C.在980nm或1480nm发光的泵浦激光器
D.从光信号中提取的功率
5、数字光接收机的灵敏度Pr=100微瓦，则为（A）dBm。
A．-10 B．10 C．-20 D．-30
6、为了使雪崩光电二极管能正常工作，需在其两端加上( B )
A.高正向电压
B.高反向电压
C.低反向电压
D.低正向电压
7、光纤的数值孔径与( C )有关。
A. 纤芯的直径
B. 包层的直径
C. 相对折射指数差
D. 光的工作波长
8、光缆的规格代号中用两位数字来表示光纤的损耗常数，比如02表示光纤的损耗系数不大于( B)
A.2 dB/Km
B.0.2 dB/Km
C.20dB/Km
D.无具体含义
9、光缆的规格代号中用一位数字来表示光纤的适用波长，比如3表示的波长是( C )
A.0.85μm
B.1.31μm
C.1.55μm
D.1.51μm
10、PIN光电二极管，因无雪崩倍增作用，因此其雪崩倍增因子为( C )。
A. G＞1
B. G＜1
C. G＝1
D. G＝0
11、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为( B )。
A. 均衡器
B. 判决器和时钟恢复电路
C. 放大器
D. 光电检测器
12、EDFA中将光信号和泵浦光混合起来送入掺铒光纤中的器件是( B)
A.光滤波器
B.光耦合器
C.光环形器
D.光隔离器
13、STM-1的帧结构中，AU指针区域的位置是在（D）
A．第4列，1～3行B．第4列，1～9行
C．1～3列，第4行D．1～9列，第4行
14、掺铒光纤放大器的工作波长所处范围是（ D ）
A．0.85 μm～0.87 μm B．1.31 μm～1.35 μm
C．1.45 μm～1.55 μm D．1.53 μm～1.56 μm
15、光缆的规格代号中用字母来表示附加导线的材料，如铜导线则附加字母是(D)
A．Cu B．L C．T D．没有字母
16、光时域反射仪（OTDR）是利用光在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成的精密仪表，它不可以用作（D）的测量。
A.光纤的长度
B.光纤的传输衰减
C.故障定位
D.光纤的色散系数
17、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
18、光隔离器的作用是( B )
A.调节光信号的功率大小
B.保证光信号只能正向传输
C.分离同向传输的各路光信号
D.将光纤中传输的监控信号隔离开
19、注入光纤的光功率为10mW，经过10Km的传输过后输出的光功率为1mW，则这段光纤的损耗系数为（B）
A．0.1dB/Km B．1dB/Km C．10 dB/Km D．100dB/Km
20、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
判断题。(每题1分,共10分)
1、NA表示光纤接受和传输光的能力，NA越大，光纤接收光的能力越强。（√）
2、采用雪崩光电二极管（APD）的要求是有较高的偏置电压和复杂的温度补偿电路。（√）
3、固体光开关的优点是插入损耗小,串扰小,适合各种光纤,技术成熟,缺点是开关速度慢。（×）
4、我国3次群和4次群光纤通信系统最常用的线路码型是HDB3码。（×）
5、将通信网的所有站点串联起来首尾相连，且没有任何点开放，就形成了线形拓扑网。（×）
6、帧结构是由段开销和有效信息载荷组成的。（×）
7、激光振荡的相位条件为谐振腔的长度为激光波长的整数倍。（×）
8、SDH环形网的一个突出优点是具有自愈能力。（√）
9、网孔形网络存在瓶颈问题和失效问题。（×）
10、段开销分为SOH和LOH，前者占前3行，后者占5—9行。（√）
填空题(每空0.5分,共30分)
1、根据传输方向上有无电场分量以及磁场分量，可将光电磁波传播形式分成三类：一为TEM波，二为TE波，三起TM波。
2、对于单模光纤来说，主要是材料色散和波导色散，而对于多模光纤来说，模式色散占主要地位。
3、光纤色散的测量方法有相移法、脉冲时延法、干涉法，光纤损耗的测量方法有插入法、后向测量法。
4、激光器输出光功率随温度而变化有两个原因：一个是激光器的阈值电流随温度升高而增大；另一个是外微分子量效率随温度升高而减小。
5、对LD的直接调制将导致激光器动态谱线增宽，限制光纤通信系统的传输速率和容量。
6、光纤通信系统中监控信号的传输途径有两个，一个是在光纤中传输，另一个是通过光缆中附加的金属导线传输）。
7、响应度和量子效率都是描述光电检测器光电转换能力的一种物理量。
8、在数字接收机中，设置均衡滤波网络的目的是消除码间干扰，减小误码率。
9、数字光接收机最主要的性能指标是灵敏度和动态范围。
10、APD 的雪崩放大效应具有随机性，由此产生的附加噪声称为倍增噪声。
11、半导体激光器中光学谐振腔的作用是提供必要的光反馈以及进行频率选择。
12、耦合器的结构有许多类型，其中比较实用的有光纤型、微器件型和波导型。
温度对激光器的输出光功率影响主要通过阈值电流和外微分量子效应。
13、数字光纤传输系统的两种传输体制为准同步数字系列（PDH ）和同步数字系列（SDH ）。PDH 有两种基础速率，一种是以1.544Mb/s 为第一级基础速率；另一种是以2.048Mb/s 为第一级基础速率。
14、隔离器主要用在激光器或光放大器的后面，功能避免反射光返回到该器件致使性能变坏。它的两个主要参数是插入损耗和隔离度。
15、SDH 传输系统每秒传送8000帧STM-16帧，则该系统的传送速率为2.488Gbit/s 。
16、STM-1可复用63个2M 信号3个34M 信号1个140M 信号
17、渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的现象称为自聚焦现象。
18、数字光纤通信系统的抖动是指数字信号的有效瞬间与其理想时间位置的短时间偏离。19、光纤数字通信系统中，误码性能和抖动性能是系统传输性能的两个主要指标。
20、EDFA 中光耦合器的主要作用是将输入光信号和原泵浦光混合起来。
21、EDFA 噪声系数的定义式为放大器的输入信噪比/放大器的输出信噪比。
22、常用的SDH 设备有终端复用器、分插复用器和交叉连接设备等。
23、WDM 系统主要有五部分组成：光发射机，光中继放大器，光接收机，光监控信道，网络管理系统。
24、POH 中常用的多址技术有三种：频多址分（FDMA ），时多址分(TDMA)，码分多址(WDMA)。
25、电信网有两大功能群：传送功能群和控制功能群。
26、光纤通信的目标是提高速率和增大容量。
27、自愈环结构可分为两大类，分别是通道倒换环和复用段倒换环。
（1） 写出光在真空的速度c 、在介质中的速度v 、和折射率n 之间的关系：/v c n 。
（2） 光由折射率为n 1的光密媒质向折射率为n 2的光疏媒质传播时(n 1> n 2)，全反射临界角的正弦为sin θIC =
21/n n 。
（3） 光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85μm 、 1.31μm 和 1.55μm 。
（4） 在光纤通信中，中继距离受光纤 损耗 和 色散 的制约。
（5） 色散的常用单位是ps/(km.nm) ， G.652光纤的中文名称是标准单模光纤，它的0色散点在1.31微米附近。
（6） 光子的能量与其频率的关系为 :E P =hf 。原子中电子因受激辐射发生光跃迁时，这时感应光子与发射光子
是一模一样的，是指发射光子和感应光子不仅__频率_ _相同、相位相同，而且偏振和传输方向都相同。
（7） 光缆，是以一根或多根光纤或光纤束制成符合光学、机械和环境特性的结构，它由缆芯、护层和加强芯组
成。
（8） 光衰减器按其衰减量的变化方式不同分__固定衰减器和___ 可变 _衰减器两种。
（9） 光纤通信的光中继器主要是补偿衰减的光信号和对畸变失真信号进行整形等，它的类型主要有光电型光中
继器和全光型光中继器。
（10） 光电检测器的噪声主要包括暗电流噪声、量子噪声、热噪声和放大器噪声等。
（11） 光与物质作用时有受激吸收、 受激辐射 和 自发辐射 三个物理过程。
1、目前光纤通信所用光波的光波波长范围为:0.8～1.8μm ,属于电磁波谱中的近
红外区。
2、光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，它由纤芯、包层和涂覆层三部分组成。
3、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长：0.85μm ，1.31μm ，1.55μm ；最低损耗窗口的中心波长是在： 1.55μm 。
4、光纤的色散分为 材料色散波导色散和模式色散。
5、光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：自发辐射，受激吸收，受激辐射；产生激光的最主要过程是：受激辐射。
6、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转换为电信号电流。
2. 写出下列缩写的中文全称（共10题，每题1分）
1) GVD (群速度色散)
2) STS (同步转移信号)
3) ISDN (综合业务数字网)
4) AWG (阵列波导光栅)
5) OC (光载波)
6) WGA (波导光栅路由器)
7)GIOF (渐变折射率分布)
8)OTDM (光时分复用)
9)SCM (副载波复用)
10) DBR (分布布拉格反射)
名词解释(每题4分，共20分)
3.光孤子通信
光孤子通信是一种全光非线性通信方案，其基本原理是光纤折射率的非线性（自相位调制）效应导致对光脉冲的压缩可以与群速色散引起的光脉冲展宽相平衡，在一定条件（光纤的反常色散区及脉冲光功率密度足够大）下，光孤子能够长距离不变形地（在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变）在光纤中传输。
4.粒子数反转分布(高能级上的电子数多于低能级上电子数)
在热平衡状态下，粒子数按能态的分布遵循玻耳兹曼分布律：处于高能态的原子数N2总是远少于处于低能态的原子数N1（N1>> N2），并且能级间距越大，两能级上原子数的这种差别就越悬殊；要实现光放大过程，必须满足N2>>N1，而这种分布显然是违背玻耳兹曼分布规律的，将N2>>N1这种分布方式称为粒子数反转。
5.阈值
当受激发射使腔体得到的放大增益等于腔体损耗时
满足受激发射使腔体得到的增益= 腔体损耗
简答题(每题4分,共8分)
1、激光器谐振腔内激光振荡是如何产生的？（49页）
答：当激光器光学谐振腔中的工作物质在泵浦源的作用下变成增益物质后有了放大作用。被放大的光在谐振腔的两个互相平行的反射镜面间来回反射，进一步得到放大。但在这一过程中也要消耗一部分光能（腔内损耗和反射镜损耗）。当放大足以抵消损耗时，激光器就形成激光振荡
2、画出典型的数字光纤通信系统接收端机的原理框图?
12、试画出光接收机的方框组成，并说明各部分的作用。
答：
直接功率检测方式原理组成
光电检测器的主要作用是将接收的光信号变换成包括基本调制信号分量的电信号；前置放大器的主要作用是低噪声接收；功率放大器（又称为主放大器）主要作用是信号幅度放大到适合再生的电信号；均衡滤波器作用是低通滤波和将信号波形变换成无码间干扰的信号波形；再生器的作用是将接收的信号恢复成标准数字信号；AGC电路主要作用是稳定光接收机输出的信号幅度；高压变换器是为APD提供合适的电压（同时通过调整平均倍增因子大小，来进一步稳定光接收机的输出信号幅度）。
3、APD和PIN在性能上的主要区别有：
（1）APD具有雪崩增益，灵敏度高，有利于延长系统传输距离。（1分）
（2）APD的响应时间短。（1分）
（3）APD的雪崩效应会产生过剩噪声，因此要适当控制雪崩增益。（1分）
APD要求较高的工作电压和复杂的温度补偿电路，成本较高。
13、光接收机有哪些主要指标？它们的定义是什么？
答：光纤通信系统主要包括光接收机灵敏度和光接收机动态范围两个指标。
所谓光接收机灵敏度，是指在一定误码率或信噪比（有时还要加上信号波形失真量）条件下光接收机需要接收
的最小平均光功率。而光接收机动态范围，是指在一定误码率或信噪比（有时还要加上信号波形失真量）条件下光接收机允许的光信号平均光功率的变化范围。
14、出现在光电检测器上的噪声有哪些？哪些是属于光电检测器本身产生的噪声？
答：光电检测器上的噪声包括光检测噪声（有可能与信号强度相关的噪声）、暗电流噪声及背景辐射噪声。光检测噪声和暗电流噪声属于光电检测器本身产生的噪声。
15、为什么经过噪声处理后，光接收机的放大器通道可以看成线性通道？
答：在噪声分析中，光接收机放大器的噪声已经归类到前置放大器。所以光接收机的放大器通道可以看成线性通道。
1、什么是光纤色散？光纤色散主要有几种类型？其对光纤通信系统有何影响？
由于光纤中传输的信号包含不同的频率成分或各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真、脉冲展宽的物理现象称为色散。(2分)
光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。(2分)从机理上说，光纤色散分为材料色散、波导色散和模式色散。前两种色散由于信号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起。(2分)
2、什么是直接调制？什么是间接调制？各有何特点？
答：直接调制是用电信号直接调制光源器件的偏置电流，使光源发出的光功率随信号而变化。光源直接调制的优点是简单、经济、容易实现，但调制速率受载流子寿命及高速率下的性能退化的限制。光纤通信中光源多采用直接调制方式。(3分)
间接调制一般是基于电光、磁光、声光效应，让光源输出的连续光载波通过光调制器，电信号通过调制器实现对光载波的调制。间接调制方式需要调制器，结构复杂，但可获得优良的调制性能，特别适合高速率光通信系统。(3分)
1. 什么是半导体材料的光电效应？
答：当光照射到半导体的P-N 结上是，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，即产生光生截流子，这种现象称为半导体材料的光电效应。
2.波分复用的主要特点有哪些？
答：波分复用技术的主要特点有：可以充分利用光纤的巨大带宽潜力，使一根光纤上的传输容量比单波长传输增加几十至上万倍。在大容量长途传输时可以节约大量的光纤。波分复用通道对传输信号是完全透明的，可同时提供多种协议业务，不受限制地提供端到端业务。可扩展性好。降低器件的超高速要求。
2.激光器谐振腔内激光振荡是如何产生的？
3.什么是正色散，什么是负色散，并阐述色散补偿技术的原理。
短波长的光（紫光/ 高频）比长波长的光（红光/ 低频）传播速度快叫正色散
短波长的光（紫光/ 高频）比长波长的光（红光/ 低频）传播速度慢叫负色散
4.光纤通信系统对光发射机有哪些要求？
（1）偏置电流和调制电流大小的选择：足够的光脉冲幅度，减小光源负担，避开可能发生自脉动的区域
（2）激光器的调制电路：快的开关速度，保持良好的电流脉冲波形
（3）激光器的控制电路：温度变化和器件老化对激光器的影响，自动温度控制电路（ATC ），自动光功率控制电路（APC ）。
5.光纤通信系统的总脉冲上升时间由哪些上升时间构成?
光纤通信系统的总上升时间r T 由光发射机tr T 、光纤f T 和光接收机rec T 三个部分组成。
6.简述掺杂光纤放大器的放大原理。
答：在泵浦源的作用下，掺杂光纤中的工作物质粒子由低能级跃迁到高能级，得到了粒子数反转分布，从而具有光放大作用。当工作频带范围内的信号光输入时，信号光就会得到放大，这就是掺杂光纤放大器的基本工作原理。只是掺杂光纤放大器细长的纤形结构使得有源区能量密度很高，光与物质的作用区很长，有利于降低对泵浦源功率的要求。
计算题(共12分)
1、已知阶跃折射率光纤中n1=1.52，n2=1.49。
a ．光纤浸没在水中(n0=1.33)，求光从水中入射到光纤输入端面的光纤最大接收角；
b ．光纤放置在空气中，求数值孔径。（5分）
解：
a.见图，由折射定律可得
n 0sinα=n 1sinβ （1）
n 1sin(90°-β)=n 2sin γ （2）
要使光波能在光纤中传输，右图中的A 点必须满足全反射条件。因此，当γ=90°时，式(2)变为 cosβ=n n 21
(3) 由式(1)和式(3)联立可得 sinα=n n n 12220- (4)
将题中已知参量代入式(4)，得到 sinα=152149133022622
...
.-≈ ∴α≈13.06°
即光从水中入射到光纤输入端面的光纤最大
接收角为13.06°。
b.光纤放置在空气中，则n 0=1 NA=n n 122222152
149030-=-≈...
2、 若一个565Mbit/s 单模光缆传输系统，其系统总体要求如下：
光纤通信系统光纤损耗为0.4dB/km ，光纤接头损耗为0.1dB/km ，光源的入纤功率为-2.5dbm ，接收机灵敏度为-37dbm ，线路码型5B6B ，传输速率为677990kbit/s,光源采用MLM －LD ，光源谱宽为2nm ，光纤的色散系数为2.5ps/(km nm)，ε光通道功率参数取0.115。设计中取光功率代价为1db,光连接器衰减为1db ，光纤富余度为0.1db/km,设备富余度为5.5db 。
试求：系统的最大中继距离。（7分）
解：衰减的影响
L a =(P T -P R -2A c -P p -Me)/(A f +As+Mc)=(-2.5+37-2-1-5.5)/(0.4+0.1+0.1)=43.3(km)
色散的影响
L D =(ε×106)/(B×Δλ×D)=(0.115×106)/(677.99×2×2.5)=33.9km
由上述计算可以看出,中继段距离只能小于33.9km,对于大于33.9km 的线段,可采取加接转站的方法解决。
3、设140Mb/s 的数字光纤通信系统，工作波长1300 nm ，其他参数如下：
发射光功率为-3dBm ，接收机的灵敏度为-38 dBm （BER=10-9），系统余量为4 dB ，连接器损耗为0.5 dB /个，平
均接头损耗为0.05 dB/km ，光纤损耗为0.4 dB/km ，试计算损耗限制传输距离。
3 S P dBm =-，38 R P dBm =-，0.
4 /f dB km α=，0.0
5 /s dB km α=， (2 分)
0.5 c dB α=/个 , 4 M dB =
由2S R c f s P P L
M L ααα-=+++(2 分) 得2S R c f s
P P M L ααα---=+()33820.540.40.05----?-=+66.7 km = 6. 芯子折射指数n 1=1.5,长度未知的弱导波光纤，传输光脉冲的重复频率为f=8MHz,经过该光缆后，信号延迟半个脉冲周期，估计该光缆的长度。（10分）
m n TC L C
Ln T 5.125.1163005.11082103210812121081
T 8MHz f 681166
=?=????==∴=??=?== （4分）
8. (20分) 某阶跃型光纤的纤芯折射率n 1 =1.50，相对折射率差=0.01，试求：
1）该光纤的包层折射率n 2 = ?
2）该光纤的数值孔径NA = ?
已知：n 1 =1.50，=0.01，
根据
(1)
(2)
(2)
由（1）式，可知
2n 12= n 12- n 22
n
22= n 12（1-2） n 2= n 1
将n 1、代入上式，可得： n 2==1.50=1.50=1.500.98995=1.48491
将n 1、代入（2）式，可得：NA = n 1=1.50=1.500.14142=0.21213
1、均匀光纤，若
n1=1.50，m μλ30.
10
=，试计算： （1）若?=0.0025，为了保证单模传输，其芯半径应取多大？
（2）若取a=5m μ，为了保证单模传输，?应取多大？
解：（1）由单模传输条件：
2.405V =，推导出：a ≤m μλ30.10=，211 1.496n n n =-?=代入，a=1.815m μ （2）当a=5m μ 2.4052a
λπ?得?121n n n -≤=0.0016. 3、一阶跃折射率光纤的相对折射率差10.005, 1.5n ?==，当波长分别为0.85,1.31,1.55m m m μμμ时，要实现单模传输，纤芯半径a
应小于多少？
解：由单模传输条件： 2.405V =a ≤0.15n ≈= 0.851.311.55m m
m m m m
λμμλμμλμμ=≤=≤=≤当时,a 2.164当时,a 3.345当时,a 3.975
5、假设一阶跃折射率光纤，其参数a ＝6μm， Δ＝0.002，n1＝1.5，当光波长λ分别为1.55μm、1.3μm 和0.85μm 时，求光纤中可以传输哪些导模？
02 2.307 2.405a V n πλ<
所以，光纤中导模只有HE11模；
????-21?02.01-98.0????202.0?
2 2.75a V n πλ==
因为2.405 02 4.21a V n πλ== 因为3.832 2. 一阶跃折射率光纤，其纤芯半径a=25μm，折射率n1=1.5，相对折射率差Δ=1%，长度L=1km 。求： （1）光纤的NA ； （2）子午光纤的最大时延差； （3）若将光纤的包层和涂敷去掉，求裸光纤的NA 和最大时延差。 解：（1 ）0.212NA n =≈ （2）max 150n L ns c τ?≈?= （3）依题，有n1=1.50，n2=1.0 ，所以0.5NA =max 261() 1.25102L NA s n c τ-?≈=? 4、已知某光纤参数： 4.0,0.003,a um =?=纤芯折射率n1=1.48。试问此光纤能否传输波长 1.31um λ=的TE01和TM01的模？如要使TE01、TM01模能够传输，光波长应做怎样的调整？ 解：01V k n = 12 2.2V n πλ = 而TE01和EM01模的归一化截止频率Vc=2.405，显然V<2.405，故不能传输波长为1.31um 的TE01和TM01模。 对于TE01和TM01模，其截止波长为 1 2 1.20c c n um V πλ== 即入射光波长应小于1,20um 时，才能传播。 例2：已知Si-PIN 光电二极管的耗尽区宽度为40um ，InGaAs-PIN 光电二极管的耗尽区宽度为4um ，两者的光生载流子漂移速度为105m/s ，结电容为1pF ，负载电阻为100Ω。求：这两种光电二极管的带宽各是多少？解： 5 Si-PIN 光电二极管具有直径为0.4mm 的光敏面，当波长700nm 的红光以强度0.1mW/cm2入射时，产生56. 6 nA 的光电流。求该光电二极管的响应度和量子效率。 解：因入射光强I= 0.1mW/cm2，所以入射光功率为 响应度： 量子效率： 6PIN 光电二极管的分布电容是5pF ，由电子-空穴渡越时间限制的上升时间是2ns ，计算3dB 带宽和不会显著增加上升时间的最大负载电阻。 解：由光生电子-空穴对渡越时间限制的3dB 带宽是 为了不使RC 上升时间显著影响系统的上升时间，由负载电阻决定的RC 上升时间应小于渡越时间的四分之一， 所以有 因此，允许的最大负载电阻RL 是46Ω 。 7InGaAs APD 没有倍增时（G=1），波长1.55μm 处的量子效率为60%，当反向偏置时的倍增系数是12，假如入射功率为20 nW ，光生电流是多少？当倍增系数是12时，响应度又是多少？ 解：由量子效率决定的响应度为 假设没有倍增时的光电流是Ip0，入射光功率Pin 时，根据响应度的定义可以得到初生光生电流 当有倍增时的光电流： 倍增时的响应度： 8均匀光纤纤芯与包层的折射率分别为n 1=1.5,n c =1.485试计算： （1） 光纤纤芯与包层的相对折射率差△为多少？ （2） 光纤的数值孔径NA 为多少？ （3） 如果去掉光纤的包层和涂敷层，求裸光纤的△和NA 分别为多少？ （4） 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 1、 ① n1 =1.51 ② NA=0.22 ③250ns ④0;882 2、 ① 174、0896Mb/s ② 120 ③ 1088kb/s 3、 －30dBm 、20dB 4、 52km. 6．在均匀光纤中，为什么单模光纤的芯径和相对折射率差Δ比多模光纤小？ 答：光纤单模传输的条件是光纤的归一化频率V 要小于次低阶模的归一化截止频率Vc ， 即： Vc V <；当 Vc V >时，光纤进行多模传输。 而 ?=?=2221010a n a n k V λπ 。 因此，单模光纤的芯径a 和相对折射率差Δ比多模光纤小。 7．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n 1=1.50，n 2=1.45，光纤的长度L=10Km 。试求： （1）光纤的相对折射率差Δ； （2）数值孔径NA ； （3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的NA 和相对折射率差Δ。 解：（1）%3.31.5245.11.5 2n n -n 2 222122 21=?-=?＝ （2） 0.39 0.03321.521=??=?=n NA （3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则相当于包层的折射率n 2=1，则 %1.281.5 211.5 2n n -n 2222122 21=?-=?＝ 1.12 0.28121.521=??=?=n NA 而 sin 0φ=NA 最大为1，所以说只要光纤端面的入射角在90O 以内，就可以在光纤中形成全反射。 8．已知阶跃型光纤，纤芯折射率n 1=1.50，相对折射率差Δ=0.5%，工作波长λ0=1.31μm ，试求： （1）保证光纤单模传输时，光纤的纤芯半径a 应为多大？ （2）若a =5μm ，保证光纤单模传输时，n 2应如何选择？ 解：（1）因为是阶跃型光纤，所以归一化截止频率Vc ＝2.405； ()m m n a a n V μπμπλλπ34.3231.1%5.0250.1405.222405 .2 405.2220110=???=??<∴ （2）若a =5μm ，保证光纤单模传输时， 4967 .1%22.0215.121n n 0.22% 2n n -n %22.02231.1550.1405.222405.2 405 .222122122 212201 10=?-?=?->? 解：因为：抛物线型渐变多模光纤，α＝ 2 所以： 3.4 2 21405.2 21405.2=+?=+?=αVc ()4.36.87%522550.185.022210>=????=?=m m a o n V μμπλπ 所以该抛物线型渐变多模光纤为多模传输，可传输的模式数为： 191826.87222 222 2=?+=?+=V N αα 5．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n 1=1.50，n 2=1.45，光纤的长度L=10km 。试求： （1）子午光线的最大时延差； （2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求子午光线的最大时延差。 解：（1） 1sin 2111 1???? ??-=- =n n C Ln n C L n C L c M θτ () s 1.72145.150.110350.1105μ=??? ??-??=km km （2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则n 2=1.0 1sin 2111 1???? ??-=-=n n C Ln n C L n C L c M θτ () s 5210.150.110350.1105μ=?? ? ??-??=km km 1.一光纤通信系统的光纤损耗为0.35 dB/km ，光发射机的平均发送光功率为-1 dBm ，全程光纤平均接头损耗为0.05 dB/km 。设计要求系统富裕度为6 dB ，无中继传输距离为70 km 。 求：（1）满足上述要求，光接收机灵敏度至少应取多少？ （2）若要求系统允许的最大接收功率为－10 dBm ，则光接收机的动态范围至少应取多少？ 2.已知多模阶跃型光纤，纤芯折射率为 n 1=1.5，光纤芯经 2a=50μm ，相对 折射率差 =0.01，求：（1）光纤数值孔径 NA.和收光角；（2）归一化频 率 V 和导模总数 N ？（λ=1.3μm ）；（3）当 =0.001 时，光纤芯经 2a 为 多大时光纤可单模工作？ 解： (1) NA = n 0 sin θc =n (2?)1/ 2= 0.21 2.12arcsin ≈=n NA c θ （2）6.25)2(/22/11≈???=n a V λπ 3282 2 ≈=V N （3）m n v a μπλ43.7) 2(22/11≈????< （4） 3. 已知阶跃型光纤的纤芯折射率 n1=1.5，相对折射率差 =0.001，芯半径 a=5μm ，试求 LP02、LP11 和 LP12 模的截止波长各为多少？ λc = 2πan 2? V c 对于Lp 11：V c =3.832,λc =0.55m μ 对于Lp 02： V c =501356,λc =0.41m μ 对于Lp 12：V c =6.3802,λc =0.33m μ 9. 已知多模光纤长 10km ，输入光脉冲宽度为 1ns ，近似为高斯型脉冲，经过测量输出光脉冲宽度为 1.2ns ，计算光纤的传输带宽。 663.012.1222122=-=-=?T T T z 665.0663 .0441.0441.0d 3GH f B ==?Γ=