第一章 光纤通信概述
第一章光纤通信概述
1.1 光纤通信发展的历史和现状............................................................ 错误！未定义书签。
1.1.1 探索时期的光通信................................................................ 错误！未定义书签。
1.1.2 光信息传输介质的研究 (3)
1.1.3 光源的进展 (3)
1.1.4 光纤通信系统的发展 (4)
1.1.5 光纤通信的优点和应用 (5)
1.2 光纤的基本性质.............................................................................. 错误！未定义书签。
1.2.1 光纤的结构........................................................................... 错误！未定义书签。
1.2.2 光纤材料及制造工艺 (10)
1.2.3 光纤传输损耗 (13)
1.3 光纤通信主要关注问题................................................................... 错误！未定义书签。
1.3.1 通信系统包括的主要技术 (18)
1.3.2 光纤通信系统 (19)
1.3.3 光纤通信需要解决的问题 (20)
1.4 光纤特性测量方法（补充）............................................................ 错误！未定义书签。
1.4.1 损耗测量 (21)
1.4.2 带宽测量 (23)
1.4.3 色散测量 (25)
1.4.4 截止波长测量 (25)
第一章光纤传输概述
1.1光纤通信的发展历史和现状
1.1.1探索时期的光纤通信
两千多年前人类就开始了光通信。据记载公元前800年左右，人们就利用火来传递一些少量的简单信息。中国古代“烽火台”，欧洲人用“旗语”，来传递一些简单实现约定好的信号。公元前200年左右，古希腊的Polybios发明了一种传输系统，不仅可以传递一些固定信息，还可以传递字母。传输速率大约为每分钟大约8个字母。即系统的传输速率为每秒0.67字节，而现代通信系统的传输速率为每秒几个G字节。
直到1600年，第一台望远镜――目视光通信
1880年，美国人Bell发明了光电话――现代光通信的雏形
。。。沉寂了80年的光通信
1960年，美国人Maiman发明了红宝石激光器（激光的特点）
随后激光技术迅速发展，氦氖激光器、二氧化碳激光器相继问世。
大气光通信实验证明：空间光通信的通信能力和质量受气候影响严重。
思考如何采用其它的传输介质来解决光通信的媒介问题？
方法一：提出了透镜波导和反射镜波导的光波传输系统。（看个图）
光
稳定可靠和低损耗的传输介质，光通信陷入低潮。
1.1.2 光信息传输介质的研究1854年，英国的廷德
尔在英国皇家学会中的一次演讲中指出，光线能在
盛水的弯曲管道中反射而传输，并且用实验证实了。
1927年，英国的贝尔德首次利用这一原理制成了石
英纤维，进行图像传输。光的传输介质开始集中到
石英材料上，但此时的石英光纤的损耗非常大，所以一直没能让全世界的科学家看到太多的希望。1966年，英籍华人学者高锟（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）发表了一篇重要的论文，文中指出利用石英光纤进行光信息传输的可能性和技术途径。重要的贡献：指出目前石英光纤的巨大损耗并非石英本身固有的特性（当时石英光纤的损耗为1000dB/km），而是由于材料中存在的杂质导致的。可以通过改进生产工艺来实现满足光信息传输的低损耗介质。1970年，世界上第一根低损耗的石英光纤，美国康宁玻璃公司（Croning）的三名科研人员马瑞尔/卡普隆/凯克成功的研制出来损耗低至20dB光纤。此时光纤可以与同轴电缆通信竞争，从而使人们看到了光通信的未来美好的前景。随后石英光纤的制造工艺不断发展：1972年，4dB/km1978年，2.5dB/km1979年，0.2dB/km 接近理论极限
1.1.3 光源的进展1970年，美国贝尔实验室/日本电气公司（NEC）/前苏联先后突破了半导体激光器的低温或脉冲激励下工作的极限，研制了具有室温连续振荡工作的镓铝砷双异质结半导体激光器。此后又进一步将半导体激光器的寿命由几个小时延长至7000小时，到1977年，贝尔实验室的半导体激光器的使用寿命达到了10万小时，外推寿命可达到100万小时。此外，1976年，日本电报电话公司（NTT）又成功制作出长波长1.3微米的铟镓
砷磷激光器，1979年美国电报电话公司（AT&T）和日本电报电话公司成功研制了1.5微米的连续振荡半导体激光器。
光纤通信网络的发展：1976年，美国亚特兰大（）进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验，系统采用镓铝砷激光器作为光源，多模光纤作为传输介质，速率为44.7Mb/s，传输距离约10km。1976年，日本也进行了光通信的实验。此后就大规模的进行了光纤网络的建设。1988年，美/日/英/法发起了第一条横跨大西洋的海底光缆通信系统，全长6400km。
1.1.4 光纤通信系统的发展
第一代的光传输系统（1966-1976）:工作波长为0.85um，传输媒质采用多模光纤，GaAs 半导体激光器作为光源，80年代投入使用,其传输速率为45Mb/s，中继间距可达10km。70年代人们发现，如果光波系统波长在1.3um附近，由于损耗小于1dB/km,并且有最低的色散，中继距离将大大增加。于是，开始开发用于1.3um光纤通信系统的光源与探测器。
第二代光纤通信系统（1976-1986）：第二代光传输系统,工作在1310nm,使用工作波长为1.3um，传输媒质采用单模光纤，以InGaAsP半导体激光器作为光源，色散最小，比特率可高达1.7Gb/s,中继间距超过20km。但是，光纤通信系统的中继距离受限于光纤在。数据率可达1.7Gb/s。第二代光纤通信系统传输的中继距离受限于光纤的损耗，而理论研究发现光纤的最小的损耗是在0.5dB/km）,而光纤的最小损耗在1.55um附近，人们开始研究第三代光纤通信系统。
第三代光传输系统（1986-1996）:工作在1550nm, 使用单模光纤，以InGaAsP半导体激光器为光源，光纤在损耗最低(可达0.2dB/km)，其传输速率为4Gb/s,第三代1.55um 波长处有高的色散，由于当时采用的是多纵模InGaAsP半导体激光器，使光纤通信系统的实用受到色散的限制。后来设计的在1.55um附近具有最小色散的色散位移光纤（DSF）与
采用单纵模半导体激光器解决了这个问题。1996年，这两项技术单发展使无中继距离为90km的通信系统数据率达到2.5Gb/s。经过精心设计激光器和光接收机数据率已达到
10Gb/s，并在一些国家得到重点发展。
第四代光纤通信系统的标志是引入光放大器（1996-2003）。特别是工作在1.55um附近的掺铒光纤放大器增加了波分复用（WDM）系统的中继距离。在这样的系统中，光纤的损耗由间隔为60－100km的光放大器补偿。掺铒光纤放大器的应用使WDM系统得到广泛应用。目前，正在开展研究的光纤通信新技术，例如：超大容量的波分复用光纤通信系统和超常距离的光孤子通信系统，宽带光放大器等国内外光纤通信发展的现状：多模――单模
0.85――1.3、1.55
几十M b/s――几十G b/s
长途干线――用户接入网
单一类型信息传输――多业务传输
1.1.5 光纤通信的优点和应用
光通信与电通信的通信容量，通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。
通信技术的发展历史实际上就是不
断提高载波频率和增加传输容量的历史，
因此，开拓频率更高的光波应用，就成为
通信技术发展的必然。
光纤通信用的近红外光（波长为
1um）的频率（约300THz）比微波（波长为0.1m-1mm）的频率（3-300GHz）高3个数量级以上。
光纤通信用的近红外光（波长为0.7-1.7um）频带宽度约为200THz，在常用的1.31和1.55微米两个波长窗口也在20THz以上。而目前使用的带宽只有20GHz。
微波波段有线传输线路是由金属导体制成的同轴电缆和波导管。同轴电缆的损耗随信号频率的平方根而增大，要减小损耗，必须增大结构尺寸，但要保持单模传输，又不允许增大结构尺寸。
波导管具有比同轴电流更低的损耗，但随着工作频率的提高，要减小波导结构的尺寸并保持单模传输，损耗依然要增大。
优点：
1．容许频带很宽，传输容量增大
光纤能提供的带宽大于100GHz，但目前单波长光纤通信系统的传输速率一般为2.5G b/s和10G b/s，采用外调制技术，传输速率可以达到40G b/s，波分复用（WDM）和光时分复用（TDM）更是极大增大传输容量。
2．损耗很小，中继距离很长且误码率很小
石英光纤在1.31和1.55波长，传输只有0.5和0.2dB/km。而且这样的损耗特性是在几百GHz的宽频带的范围内基本不变。相比较同轴电缆中的损耗更多的与频率相关，比如：一种典型的传输电视信号的同轴电缆，50MHz对应的损耗为20dB/Km，200MHz对应的损耗是50dB/km，500MHz对应的损耗是100dB/km。
因此传输容量大，误码率低，传输距离长，使光纤通信系统不仅适合长途干线网而且适合接入网的使用。
3．重量轻、体积小、寿命更长
光纤重量很轻，直径很小。降低成本，体积小。这一点对于飞机、导弹等军事领域用处巨大。一般光纤的预计使用寿命为20－30年，而传统的电缆的使用寿命为12到15年，主要原因是玻璃不会象金属那样容易腐蚀。
4．抗电磁干扰性能好、对温度、腐蚀性液体或气体的耐抗性更强
光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信系统不受各种电磁干扰和闪电雷击的损坏。且非常适合强电磁干扰的高压电力周围和油田、煤矿等易燃易爆环境中使用。
5．泄漏下，保密性能好
光纤中泄漏非常小，即使在弯曲地段也无法窃听。
6．节约金属材料，有利于资源合理利用
制造同轴电缆和波导管的铜、铝、铅等金属材料，在地球上的含量有限，而制造光纤的石英材料基本上是地球上取之不尽的材料。
1.2光纤的基本性质
1.2.1光纤的结构
光纤是什么呢？
一、光纤定义：光纤是工作在光频范围的介质波导，通常为圆柱形的。光纤可以约束光波形式的电磁能量使之位于波导内部和表面，并引导电磁波沿光纤轴传播的介质光波导。光纤的结构由纤芯、包层、缓冲覆盖层组成，
提示：石英光纤只是光纤的一种类型，还有其它各种圆柱或其它机理的光波导介质。如：卤化物光纤（几十微米红外），光子晶体光纤（结构特殊，导光机理不同）电磁场理论――－由麦克斯韦方程组导出的波动方程
几何光学――射线方程（波数非常大，波长趋近于0时
全反射的机理
二、光纤的基本结构：
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，损耗也比包层
更低，光能量主要在纤芯中传输。
光纤可以是硅、塑料或者其它材料制作。硅光
纤的包层往往是纯硅，纤芯是掺杂了不同物质的纯
硅；塑料光纤可能是玻璃芯和塑料包层，或者塑料芯和塑料包层。
塑料光纤的优点是：比玻璃光纤弹性好，适合用于建筑物室内布置，但缺点是损耗特性不如石英光纤。它能传输50－200米距离上6Mbit/s 的数据。此外塑料光纤的机械操作，如夹紧、缠绕等也比玻璃光纤容易，玻璃光纤容易受损，但它的工作温度不如玻璃光纤。
玻璃光纤的抗张强度非常高，光纤与同样粗细的不锈钢金属丝具有相同的强度，与铜线相比光纤与两倍粗的铜线具有同样的强度。但这与光纤的制造工艺有关，即石英材料的纯度。
普通光纤结构如图所示：
一般而言，折射率突变型光纤的纤芯和包
层的折射率之差，单模光纤一般为0.3％
-0.6％，多模光纤为1％-2％。
三、石英光纤类型：
光纤类型简单划分可分别按照模式和折射
率分布来划分这两种：
模式：单模光纤和多模光纤
折射率分布：突变型光纤和渐变型光纤（阶跃折射率分布和渐变折射率分布）
突变型多模光纤
（Step-Index Fiber, SIF）
纤芯：50-80微米，光纤以
折线形状沿纤芯中心轴线方向
传播，特点是信号畸变大。渐
变型多模光纤（Graded-Index
Fiber, GIF）
纤芯：50微米，光纤以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。
单模光纤（Single-Mode Fiber, SMF）
折射率分布和突变型光纤相似，纤芯直径为8-10微米，光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。光纤中只传播一个模式，信号畸变很小。
特种光纤类型：折射率分布复杂或者掺杂了更多材料成份具有特殊功能的光纤
双包层光纤，折射率分布像W形，又称为W型光纤。这种光纤有两个包层，内包层外直径2a’与纤芯直径2a的比值为a’/a≤2，适当选取纤芯、外包层和内包层的折射率n1/n2/n3，调整a值，可以得到在1.3-1.6微米之间色散变化很小的色散平坦光纤（Dispersion-Flattened Fiber, DFF），或把零色散波长移到1.55微米的色散位移光纤（Dispersion-Shifted Fiber, DSF）。
三角芯光纤，其折射率分布呈三角形，这是一种改进的色散位移光纤。这种光纤在1.55微米有微量色散，有效面积较大，适合于密集波分复用和孤子传输的长距离系统使用，康宁公司称为它为长距离系统光纤，这是一种非零色散光纤。这种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。
椭圆芯光纤，纤芯折射率分布呈椭圆形。这种光纤具有双折射特性，即两个正交偏振模的传输常数不同，因此能保持光的传输偏振状态，因而又称为双折射光纤或偏振保持光纤。
1.2.2 光纤材料及制造工艺
材料：高纯度的玻璃材料。（可达6个9，即99.9999％）
石英材料的影响：
纯度比较高的石英玻璃――抗拉强度高，熔融温度高
普通的多组分玻璃（碱金属氧化物和硼、铝等氧化物）――－抗拉强度低，熔融温度低光纤制作过程：石英玻璃预制棒――高温拉制――外层涂覆高分子材料
1）光纤预制棒的制作：管内化学气相沉积（MCVD）和管外化学气相沉积。
管内化学气相沉积（MCVD）
MCVD方法：氟利昂（CF2Cl2），六氟化硫（SF6），四氟化二碳（C2F4）等低折射率材料作为掺杂的试剂。把石英反应管夹在加热床上，1400－1600度的高温加热，通入超纯氧气和氩气作为载气通过SiCl4和掺杂试剂，就进入石英管反应。
反应形成粉尘状氧化物，沉积在高温区气流下游的管内壁上。当氢氧火焰的经过这一区域就会在管内壁上形成一层玻璃层，这就是内包层。
同样选择其它掺杂的气体通过高纯氧气进入反应，形成其它成份的玻璃层，最后一般还需将反应管中留下的小孔，可以加大火焰或降低火焰左右移动的速度，并保持石英反应管的
旋转状态，使石英管外壁的温度达到1800度，就可以使石英玻璃管收缩，最后形成一个实心的预制棒。
采用微波腔体加热就是等离子体激活化学气相沉积（PCVD）。
管外化学气相沉积：气相轴向沉积（VAD）和棒外气相沉积法（OVPD）
VAD方法：将SiCl4/GeCl4/SiHCl3
等气态送入氢氧火焰喷灯，使之反应生成
石英玻璃微粒粉尘。粉尘被吹附在种子石
英棒的下端，并沉积下来，这样就沿轴向生长出由玻璃粉尘组成的多空粉尘预制棒。这种多空粉尘预制棒被加热烧结处理，形成透明的光纤预制棒。
VAD的特点：
速度快；可进行脱水处理，适于制造低损耗光纤
OVPD的沉积顺序与MCVD法相反，它是先沉积芯层，后沉积包层。如芯棒是一根合成的高纯石英玻璃时，则只需沉积包层材料。最后的工艺是把沉积的疏松的管棒材放入烧结炉中进行脱水处理，烧结成透明的预制棒。该方法的优点如下：
能生产出大型的预制棒；
不需要高质量的石英管做套管；
棒芯中杂质含量极低；
几何尺寸精度高；
能大规模生产，成本低；
2）光纤的拉制工艺
预制棒由送料机构以一定的速度均匀的送往管状加热炉中，预制棒尖端热到一定温度时，棒体尖端的粘度变低，靠自身重量逐渐下垂变细而成纤维。
3）光纤的涂覆和套塑工艺
加强抗拉和抗弯能力，这是由于制造工艺不完善，强度下降。
预制棒的制造中存在杂质和气泡，拉丝过程中，环境中存在的灰尘和水分的污染。
涂覆材料：硅酮树脂和丙烯酸脂类材料。
一般硅酮树脂涂覆两层：
第一层为折射率稍大的变性硅酮树脂，厚度为30-150微米；
第二层为普通的硅酮树脂，涂层较厚。两次涂覆以后厚度约为0.8-0.9mm。
丙烯酸脂采用的是紫外固化，固化速度快，拉丝速度快，外径在200-500微米。
经这么处理以后，光纤的拉伸强度可以从100g提高到5Kg左右。
涂覆以后还需要进行套塑来保护光纤的涂覆层进一步加强光纤的机械强度。套塑分紧套和松套。紧套是在涂覆层的外面紧紧套一层尼龙或聚乙烯等塑料。光纤与套塑层之间不能自由活动。松套是在涂覆的光纤上包上塑料套管，光纤可以自由活动。
4）光纤成缆――光缆
光缆：缆芯和护套，有时护套外加铠装。
缆芯：由被覆光纤和加强件构成，加强件一般由钢丝或者非金属材料（芳纶纤维Kevlar）做成。
层绞式：工艺成熟，应用广泛；
骨架式：抗侧压性能好
中心束管式：加强件能同时保护护套，减轻光缆的重量；
带状式：高密度光缆，应用于接入网。
光缆类型：室内光缆、架空光缆、埋地光缆和管道光缆等。
光缆特性：
1．拉力特性：一般要求大于1Km光缆的重量，多数光缆的100-400kg范围。
2．压力特性：多数光缆的最大侧压力在100-400kg/10cm。
3．弯曲特性：实用弯曲半径一般20-50mm，光缆最小弯曲半径为200-500mm。
4．温度特性：主要取决于光缆材料的选择及结构的设计，一般为-40~40度，高温地区为-5~60度。
1.2.3 光纤传输损耗
传输距离L后的光强度为：
P T≈P0e-αL
其中a 是衰减常数。在通信中习惯用单位dB/km 来表示光纤的衰减，单位之间的换算关系为：αα343.4)lg(100=-=P P L T
dB 损耗机理：吸收损耗、散射损耗和其它损耗。
1)材料吸收损耗：
二氧化硅材料的固有吸收和杂质引起的吸收。
杂质离子，吸收光能产生振动，以热的形式散发。
过渡金属：铜、铁、钴、锰等离子的吸收带在0.5-1.6微米，要求损耗小于1 dB/Km ，要求含量小于10-9。
氢氧根负离子的基波吸收峰在1.39微米，二次谐波吸收峰在1.24微米，三次谐波吸收峰在0.95微米。
要求：杂质过渡金属离子在10-9，含氢化合物的杂质在10-9。
石英材料本身固有的吸收在紫外和红外波段，紫外吸收（电子跃迁）的波长在0.39微米以下，红外吸收（分子振动）的波长范围在1.8(7)微米。熔融石英的非晶体结构，使两个吸收带都拖尾至可见光区。在0.8到1.6微米，石英材料的本征吸收都小于0.1dB/Km 。在光通信波长范围1.3到1.6微米石英材料本征吸收小于0.03dB/Km 。
2）光纤的散射损耗
光在光纤内传播过程遇到不均匀或不连续造成的散射衰减。材料中主要是瑞利散射，其具有：4λαC
=，常数C 依芯结构不同，在0.7-0.9 dB/Km ˙um 。在短波方向更严重。
损耗曲线中1.55微米处的0.12-0.16 dB/Km 主要由瑞利散射引起的。
材料散射：材料固有的不均匀性造成的散射和材料制造缺陷造成的散射。
光波导结构的不完善引起的散射衰减，如：几何尺寸的变化导致光在某些位置会辐射出，另一方面光纤纤芯和包层界面的不平滑性导致光的泄漏。
3）其它损耗：米氏散射损耗、辐射损耗。
米氏散射损耗是由于实际光纤在包层和纤芯的分界面存在缺陷，芯径发生漂移，使光纤产生附加损耗。在大于光波长尺度上出现折射率的非均匀性而引起的损耗。主要通过控制芯径漂移来减小它。
应用中的弯曲衰减（成缆、现场铺设及光缆接头等场合）、微弯衰减（光纤局部弯曲，常发生在套塑、成缆及光纤周围温度发生变化的场合）和接头衰减。
主要包括宏观弯曲和微观弯曲：
宏观弯曲是曲率半径比光纤直径大的多的弯曲；其损耗正比于：)(),exp(2
221n n a R R R R
c c －＝为弯曲半径， ，普通单模光纤Rc 在0.2-0.4mm 。如果R>5mm,损耗将小于0.01dB/Km ，可以忽略。
微弯损耗是光纤成缆时光纤表面与非光滑表面接触受压而产生的随机性弯曲。很严重时可达到100dB/Km 。减小它的方法是选择单模光纤，使能量主要集中在纤芯中和在光纤表面加上护套。
4）光纤损耗谱实例：
表是三种光纤实际损耗谱图：SIF （多模突变型）、GIF （渐变型）和SMF （单模）光纤，其损耗依次减小。
5）光纤的标准和应用
制定光纤标准的国际组织主要有ITU-T （国际电信联盟－电信标准化机构），原由CCITT
（国际电报电话咨询委员会）和IEC（国际电工委员会）组成。
光纤特性标准
从上表可看出：
G.651：多模渐变型光纤，初期用于中小容量，中短距离的通信系统。
G.652：常规单模光纤，第一代单模光纤，1.31微米色散为零，世界上90％已经铺设的
光纤线路采用，缺点是1.31微米处的损耗不是最小，且在1.31微米光纤放大器使用之前，实现的长距离通信，需要采用光－电－光的中继方式。
G.653：色散位移光纤，第二代单模光纤，特点1.55微米处的色散为零，损耗也最小。适合长距离通信，也是首先采用EDFA 为中继的长距离大容量通信系统。
G.654：1.55微米损耗最小的单模光纤，其特点是色散在1.31微米处为零，1.55微米处色散为17-20ps/nm km ，只是为了增大传输距离。
G.655：非零色散光纤，一种改进的色散位移光纤。为了解决在WDM 通信系统中四波混频的非线性问题。
1.2.4 光纤的色散
光是一种电磁波，当光与光纤这种电介质相遇会发生相互作用，介质的响应与光波的频率有关，这种特性称为色散。表现为光纤的折射率对频率的依赖关系。
更为通俗的理解色散为：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。
色散的起源与介质通过束缚电子的振荡吸收电磁辐射的特征谐振频率有关。
当远离介质谐振频率时，介质的折射率可近视表示为：
∑=-+=m
j j j j B n 122221)(ωωωω w j 是谐振频率，B j 是j 阶谐振强度。
光纤材料的色散特性将使其中光信号的不同频率成份有不同的传输速率，最终导致这些频率成份之间存在相对时间延迟，造成信号畸变，将导致通信系统的性能下降。
1.2.5 光纤的非线性效应
在高强度电磁场作用下，任何电介质对光的响应都会变成非线性。介质非线性响应的起因与其束缚电子的非谐振运动有关。在强电磁场作用下的这种束缚电子的非谐振运动表现在电偶极子的极化强度对电场的非线性。
极化强度P 的非线性可表示为：...)()3()2()1(0＋＋：EEE EE E P χχχε+?=
一般来说，高阶极化系数都比较小，理论研究表明，相邻的两极化系数之间的比值是个非常小的量。所以非线性效应可以忽略不计。但在光纤通信中，由于光纤芯径中很小，纤芯中的强度很小，但是光纤的衰减很小，非线性作用的持续时间很长，这就使得光纤的非线性效应不可忽略。
许多重要光学现象来自二阶和三阶极化率，如：二阶电极化率对应二次谐波的产生及混频运转等非线性效应；三阶电极化率对应着三次谐波、克尔效应、双光子吸收、拉曼散射、布里渊散射、自相位调制及四波混频等。
二阶非线性效应和三阶非线性效应不会在同一个介质中产生。二阶和三阶电极化率与介质的结构有关。二阶电极化率只会在某些结构非反演对称的介质中出现，而三阶电极化率则出现在中心对称的介质中。而石英是中心对称结构，所以只有三阶非线性效应产生。
1.3光纤通信主要关注的问题
1.3.1 通信系统包括的主要技术
通信的目的是要解决位于不同地理位置上的用户之间的信息传递，由于每个用户都可能与许多用户建立通信联系，要实现这些用户之间的通信。
通信网可以由很多种方法组建，一种是在固定的用户之间建立固定通信系统网络，而现代通信网的传输网部分对所有用户共享的，在接入网部分有一定的独占性，采用这种方式可以大大降低信息传输设备的成本。
现代通信网主要由三大类设备组成。第一类设备是用户终端设备，它承担用户信息的转换、发送和接收；第二类设备为传输设备、承担信息的传输任务；第三类设备是转接交换设备，它完成接入交换节点的信息的汇集、转接连续和分配。
通信技术包括传输技术、组网技术、网络管理技术、网络监控技术及网络工程建设和维
护技术等多方面技术。
传输技术包括光传输、微波传输及铜缆传输技术，用于点对点的信息传输；
组网技术包括网络技术、通信协议、信息交换及相关信息分配等技术，用于连接传输设备，通过选路将信息送到接收点；
网络管理技术主要用于对网络的性能、故障、网络配置、网络安全及网络所支持的各种业务进行管理，以保障通信网的高效运行；
网路监控技术用于收集各种警告信息，将其储存、综合及告知网路管理者，并执行网络管理者下达的各种控制命令；
网络工程建设和维护技术包括各种通信设备的施工安装及通信设施的日常维护技术，用于保证通信网的正常运行。
1.3.2 光纤通信系统
基本光纤通信系统的结构框图：
点对点WDM系统：
通信系统类型：数字通信系统和模拟通信系统
数字通信系统：系统采用参数去职离散的信号代表信息，强调的是信号和信息之间的一一对应关系；
模拟通信系统：采用参数取值连续的信号代表信息，强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。
数字通信系统的优点：
（1）抗干扰能力强，传输质量好。
（2）可以用再生中继，传输距离长。
（3）适合各种业务的传输，灵活性大。
（4）容易实现高强度的保密通信。
（5）数字通信系统采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠性，有利于降低成本。
1.3.3 光纤通信需要解决的问题
（1）光纤线路问题：光纤的设计与制造问题；光信号的放大问题；光信号码形的控制问
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? ????≥
(参考资料)光通信导论-作业1-4章(修改后)
光通信导论 第一章 1、某甲从南开车向北，到十字路口，他看见了红灯；某乙从东到西到这个路口，她看见的是绿灯，故甲获得a比特的信息，乙同样获得a比特的信息。于是信号灯输出的是2a比特的信息。这种看法对吗？为什么？ 答：不对。该情况下（假定同一时刻）两个子事件（南北为红灯，东西为绿灯）不相互独立，且两个子事件反应的是的同一信息，所以不能相加；同时，由于信息的共享性，才使得甲和乙分别能够接收到a比特的信息，从而知道信号灯输出信息为a比特。 或者答：信息量是以事物所处的状态出发的，它既是客观的，又是不依赖于接收者的。在该情况下，信号灯南北红灯，东西绿灯正是它特定的一个状态，这时这个状态的信息量是客观的，不会因为接受者的多少就有加减；至于甲和乙能同时分别获得a比特信息，是因为信息的共享性，而当前状态的信息正好有a比特。 （两种答案综合答最好，当然如果有人要分同时与不同时两种情况更好） 2、测不准原理和信息论之间的关系？ 答：测不准原理又名不确定性原理，该原理表明：一个微观粒子的某些物理量（如位置和动量，或方位角与动量矩，还有时间和能量等），不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。测量一对共轭量的误差的乘积必然大于常数h/2π（h 是普朗克常数）是海森伯在1927年首先提出的，它反映了微观粒子运动的基本规律，是物理学中又一条重要原理。信息论中所说的信息是从事物的可能性转换为现实性的体现，也就是说如果一个事物在事前可能发生很多的状态，而事后确定了一个状态，那么排除的确定性就越大，所处的状态包含的信息量也就越大，所以说，信息论主要研究的是一个物体所带信息从可能性到现实性的过程。 3、请对信息的基本特征发表一点看法。什么是信息的共享性？解释并举例说明。 答：信息的基本特征主要有三个，第一个是共享性，第二个特征是信息可以被传递，即信息的可传递性，第三个特征是信息的控制作用。信息的共享性即信息可以从一个承载体传递到另一个承载体，但传递过程不会使原有承载体信息减少，例如，一本书里面承载了大量的星系，某人阅读之后，他获得了很多信息。但原书中的信息仍然存在，另一个人再阅读，照样可以获得大量的信息。 4、信息量的单位“比特”和“波特”之间有确定关系吗？请说明。 答：对于通信系统来说，信息流是以单位时间内传送的信息量的多少来描述的，称为信息速率，它的单位是比特/秒，因此又常常称为比特率。而波特的定义是单位时间内传递的符号数（符号速率）。比特和波特并不是同一个概念，如果每个符号包含一比特的信息，那么波特率和比特率在数值上相等。如果每个符号包含了多于1比特的信息，例如十进制的符号，那么波特率就会小于比特；反之，为了确保每个比特的信息都能正确传送，往往采用冗余编码，例如1B2B编码，这样每个符号包含的信息量就少于1比特，这时波特率就会高于比特率。 5、画出通信系统模型框图。广义的信道噪声包括那些？请列举出4种以上的噪声。 答：注意：信息系统的基本模型和通信系统的基本模型不是同一概念：故图应类似
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。
光纤通信原理复习要点提示
光纤通信原理复习要点提示 （2010年12月） 第一章光纤通信概述 本章主要掌握要点提示：①光纤通信的定义②组成。并了解其优点、发展史和发展趋势1．近代通信技术分为电通信和光通信两类。目前广泛使用的光通信方式是利用光纤传输光波信号。 2．光纤通信的容量通常用BL积来表示，其中B表示为比特率，L为：中继距离。3．画图：画出光纤通信系统的组成结构图，并简述系统中各部分的主要作用。 第二章光的性质 本章主要掌握要点提示：①光的吸收，色散n=f（λ）和散射；②激光 1．要产生激光，须选择传播方向和频率一定的某一光信号优先放大，而将其他方向和频率的光信号加以抑制。为了获得单色性、方向性都很好的激光，需要加入一个光学谐振腔。 2．电磁波是一种横波，横波指质点的振动方向与传播方向垂直的机械波。 3．色散是指介质的折射率n随光波波长λ而变化的现象。介质的折射率n是随着波长λ的增加而减小的称为正常色散。 4．激光形成的条件有：能实现粒子束反转的物质；泵浦和光学谐振腔。5．激光的模式有两种：纵模和横模，其是激光腔内与腔轴垂直的横截面内的稳定光场分布。6．当光通过不均匀介质时，会偏离原来的方向而向四周传播，这种现象称为光的： C 。 A. 吸收 B. 色散 C. 散射 D. 辐射 7．光与物质的作用实质上就是光与原子的相互作用，下列D 不属于光与原子的相互作用。 A. 受激吸收 B. 受激辐射 C . 自发辐射 D. 散射8．激光是通过 A 产生的。 A. 受激辐射 B. 自发辐射 C. 热辐射 D. 电流 第三章光纤 本章主要掌握要点提示：①光纤的结构，类型和各自的导光原理；②基膜LP01的概念，阶跃型光纤只传输基膜的条件；第一高阶模是指哪种标量模；③光纤的损耗特性，色散特性，传输带宽；④单模光纤 1．光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，自内向外为：纤芯，包层和涂覆层。纤芯折射 n的高纯度二氧化硅。 率通常是折射率为 1 2．对于渐变型光纤，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。这种现象称为光纤的自聚焦。 3．光在光纤中传输时的衰减量可用光纤的损耗系数来表示，其单位为：dB/km 。 μ。 4．光纤通信中，石英光纤的三个低损耗窗口为： A m A. 0.85; 1.31; 1.55 B. 0.85; 1.27; 1.55
光纤通信概论考试题及答案
光纤通信概论考试题及答案
光通信概论总复习 1、原子的三种基本跃迁过程是：（ 1、 2、4 ） （1）自发辐射； （2）受激辐射； （3）自发接受； （4）受激吸收。 2、光纤型光放大器可分为：（ 1、2、3 ） （1）光纤拉曼放大器 （2）掺铒光纤放大器 （3）光纤布里渊放大器 （4）半导体光放大器 3、下面说法正确的是：（ 3 ） （1）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率； （2）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率； （3）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率； （4）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂覆层的折射率。 4、光纤的单模传输条件是归一化频率满足：（ 1 ） （1）V<2.405 ； （2）V>2.405 ； （3）V<3.832 ； （4）V>3.832 。 5、 STM-4一帧的传输速率是（ 1 ）。 （1）9×270×8×8000； （2）9×270×8×8000×4； （3）9×270×8； （4）9×270×8×4。 6、光纤通信主要应用的3个波长是：（1、2、3、4） （1）850nm； （2）1310nm； （3）1550nm； （4）上述全部 7、下面说法正确的是：（1、3 ） （1） F-P激光器的谱线宽度大于DFB激光器的线宽； （2）DFB激光器的线宽大于LED的线宽； （3）白炽灯的线宽大于DFB激光器的线宽； （4）LED的线宽小于DBR激光器的线宽。 8、下面说法正确的是：（1 ） （1）损耗对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤放大器克服； （2）当损耗限制比色散限制距离短时，称这种光纤通信系统为色散限制系统； （3）色散对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤放大器克服； （4）色散对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤非线性克服。
光纤通信重要知识点总结
光纤通信重要知识点总结 第一章 1.任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠地实现最大可能的信息传输容量和传输距离。通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。 2.光纤：由绝缘的石英（SiO2）材料制成的，通过提高材料纯度和改进制造工艺，可以在宽波长范围内获得很小的损耗。 3.光纤通信系统的基本组成:以光纤为传输媒介、光波为载波的通信系统，主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。光纤通信系统既可传输数字信号也可传输模拟信号。输入到光发射机的带有信息的电信号，通过调制转换为光信号。光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转换为电信号。系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。光发送机一般由驱动电路、光源和调制器构成，如果是直接强度调制，可以省去调制器。 光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。它一般由光电检测器和解调器组成。光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介，将光信号由一处送到另一处。中继器分为电中继器和光中继器（光放大器）两种，其主要作用就是延长光信号的传输距离。为提高传输质量，通常把模拟基带信号转换为频率调制、脉冲频率调制或脉冲宽度调制信号，最后把这种已调信号输入光发射机。还可以采用频分复用技术，用来自不同信息源的视频模拟基带信号（或数字基带信号）分别调制指定的不同频率的射频电波，然后把多个这种带有信息的RF信号组合成多路宽带信号，最后输入光发射机，由光载波进行传输。在这个过程中，受调制的RF电波称为副载波，这种采用频分复用的多路电视传输技术，称为副载波复用技术。目前大都采用强度调制与直接检波方式。又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。 数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。发送端的电端机把信息进行模数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件LD，则LD就会发出携带信息的光波，即当数字信号为“1”时，光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发送一个“空号”。光波经低衰耗光纤传输后到达接收端。在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数模转换，恢复成原来的信息。这样就完成了一次通信的全过程。 4.光纤通信的优点:1通信容量大,一根仅头发丝粗细的光纤可同时传输1000亿个话路2中继距 离长,光纤具有极低的衰耗系数，配以适当的光发送与光接收设备，可使其中继距离达数百千米以上,因此光纤通信特别适用于长途一、二级干线通信。3.保密性能好4.适应能力强5.体积小、重量轻、便于施工维护6.原材料资源丰富，节约有色金属和能源，潜在价格低廉,制造石英光纤的原材料是二氧化硅（砂子），而砂子在自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的 5.光发射机:功能是把输入的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、驱动器和调制器组成。光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本上取决于光源的特性，对光源的要求是输出光功率足够大，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。 6.实现光源调制的方法:直接调制和外调制。直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。这种方案技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。外调制是把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调
第一章 光纤通信概述
第一章光纤通信概述 1.1 光纤通信发展的历史和现状............................................................ 错误！未定义书签。 1.1.1 探索时期的光通信................................................................ 错误！未定义书签。 1.1.2 光信息传输介质的研究 (3) 1.1.3 光源的进展 (3) 1.1.4 光纤通信系统的发展 (4) 1.1.5 光纤通信的优点和应用 (5) 1.2 光纤的基本性质.............................................................................. 错误！未定义书签。 1.2.1 光纤的结构........................................................................... 错误！未定义书签。 1.2.2 光纤材料及制造工艺 (10) 1.2.3 光纤传输损耗 (13) 1.3 光纤通信主要关注问题................................................................... 错误！未定义书签。 1.3.1 通信系统包括的主要技术 (18) 1.3.2 光纤通信系统 (19) 1.3.3 光纤通信需要解决的问题 (20) 1.4 光纤特性测量方法（补充）............................................................ 错误！未定义书签。 1.4.1 损耗测量 (21) 1.4.2 带宽测量 (23) 1.4.3 色散测量 (25) 1.4.4 截止波长测量 (25) 第一章光纤传输概述 1.1光纤通信的发展历史和现状
光纤通信原理 第一章 题库
第一章光纤通信概述 选择题 1、第四代光纤系统采用光放大器增加中继距离和采用( C )增加比特率为特征。 A.频分复用 B.时分复用 C.波分复用 D.码分多址 2、第一代光纤通信系统在20世纪70年代末投入商业应用，第一代光纤通信系统的光源的波长为( A ) A.0.85μm B.1.3μm C.1.55μm D.2μm 3、提高光纤通信最大传输量的方法是( B ) A.减少传输码速率，提高传输的光波的数量 B.提高传输码速率，提高传输的光波的数量 C.提高传输码速率，减少传输的光波的数量 D.减少传输码速率，减少传输的光波的数量 4、所谓全波光纤是设法消除( D )附近的水吸收峰，使光纤的可用频谱大大扩展，用来满足城域网面临复杂多变的业务环境。 A.1550nm B.1565nm C.1365nm D.1385nm 5、光纤通信的应用主要体现在( A ) ①光纤在公用电信网间作为传输线 ②满足不同网络层面的应用 ③光纤宽带综合业务数字网及光纤用户线 ④作为危险环境下的通信线 ⑤应用于专网 A．①②③④⑤ B．①②③ C．③④⑤ D．②③④⑤ 6、光纤通信指的是( B ) A.以电波作为载波，以光纤为传输媒介的通信方式 B.以光波作为载波，以光纤为传输媒介的通信方式 C.以光波作为载波，以电缆为传输媒介的通信方式 D.以激光作为载波，以导线为传输媒介的通信方式
7、1966年英籍学者（ A ）在Proc.IE上发表了《用于光频的光纤表明波导》,该文从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性。 A.高锟 B.贝尔 C.伦琴 D.赫兹 8、光纤通信经历了从小容量到大容量、从短距离到长距离、从旧体制PDH到新体制（ C ）的迅猛发展。 A．SDC B．DSH C．SDH D．FDH 9、光纤通信所使用的波段为( A ) A.0.8um-2.0um ； B.0.01um-0.39um ； C.0.39um-0.79um ； D.100um-1000um 。 10、下面关于“光纤通信的优势”说法不正确的是（ B ） A.损耗低，传输容量大； B.资源丰富，成本低廉； C.通信质量高； D.抗电磁，抗雷击，抗雨水，保密性好。 填空题 1、光接收机的作用是(把光信号转化为相应的电信号)。 2、简单的光纤数字通信是由(电发射机)、(光发射机)、(光接收机)、(电接收机)、(由光纤构成的光缆)等组成。 3、光纤通信是利用（光导纤维）为传输介质，以（光）为载波的通信方式。 4、通信光纤工作在(近红外区)，波长为(0.8～1.8μm)，对应的频率为(167～375THz)。 5、目前使用的通信光纤大多数采用的基础材料为(SiO2)的光纤。 6、光-电-光中继器由（光检测器）、（电信号放大器）、（判决再生电路）、驱动器、光源等组成。 7、2007年8月，中国电信发布（光进铜退）发展战略，在16个省全面开展了FTTX工程建设。 8、光纤通信系统基本组成部分有（光纤）、（光端机）和（光中继器）。 9、光纤的三个工作波长分别为（0.85um）、（1.31um）和（1.55um）。G652的波长为（1.31u）。G655的光纤波长为（1.55um）。 10、构成全光网络的必要条件是（OFSAN的建设）、（干线传输网）、（交换网） 11、光纤通信网主要分为三个层次，分别是（长途干线网）、（城域网）、（局域网） 12、为了补偿光纤的损耗并消除信号失真与噪声的影响，光缆经过一定距离需加装（光中继器） 13、光纤通信是利用（光导纤维传输光波信号）的通信方式。 14、采用（外调制技术）、（色散补偿技术）、（放大自发辐射技术）等技术可以使码速率达到40Gb/s。 15、近代光通讯的雏形可以追溯到（1880年）年bell发明光电话。 简答题 1、什么是光纤通信? 答：光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
光纤通信原理参考答案
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SiO 2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。 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 5138 10103103-=??==νλ （2）213229/1018.3) 10(1010100ms J S W S ?=???=?=--πτ （3）s m J c S w 25813 /1006.110 31018.3?=??== （4）213/1018.3ms 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 λ314=- m D x x a 7141053)(-?=-= λ （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
《光纤通信》课后习题答案.
第一章 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
光纤通信复习重点
光纤通信复习重点 题型：填空、选择、判断（30’）、问答（40’）、计算（30’） 第一章概论 1.2.2 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）泄露小，保密性能好 6）节约金属材料，有利于资源合理使用 1.3 光纤通信系统的基本组成 作用： 1）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 2）电发射机：把信息源传递过来的模拟信号转换成数字信号（PCM） 3）光发射机：把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术吧光信号最大限度地注入光纤线 路。
4）光纤线路：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的失真和衰减传输到光接收机。 5）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，并经其后的电接收机放大和处理后恢复成基带电信号。光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成，光检测器是光接收机的核心。光接收机最重要的特性参数数灵敏度； 6）电接收机：把接收的电信号转换为基带信号，最后由信息宿恢复用户信息； 说明：光发射机之前和光接收机之后的电信号段，光纤通信所用的技术和设备和电缆通信相同，不同的只是由光发射机、光纤线路和光接收机所组成的基本光纤传输系统代替了电缆传输； 注：计算题3个，全来自第二第三章的课后习题 第二章光纤和光缆 2.1.1 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。（相对折射率差典型值△=（n1-n2）/n1，△越大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，但信息传输容量确越小） 2.1.2 光纤类型（三种基本类型）图2.2 突变型多模光纤：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。 渐变型多模光纤：纤芯中心折射率最大为n1，沿径向r向外围逐渐变小，直到包层变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a为50μm，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信