《光纤通信》试题及详解

2007-2008年度教学质量综合评估测验试卷

《光纤通信》试题

注：1、开课学院：通信与信息工程学院。 命题组：通信工程教研组?张延锋

2、 考试时间：90分钟。 试卷满分：100分。

3、 请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器） 。

4、 所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题纸一并上

试题如下:

一、 选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共

10小题，每小题2分，共20

分） 1、 表示光纤色散程度的物理量是

A.时延

B.相位差

C.时延差

D.速度差

2、 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

3、 当平面波的入射角变化时，在薄膜波导中可产生的三种不同的波型是

A.TEM 波、TE 波和TM

B. 导波、TE 波和TM 波

C.导波、衬底辐射模和敷层辐射模

D.TEM 波、导波和TM 波

4、 平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于

7、 EDFA 中用于降低放大器噪声的器件是 A.光耦合器 B. 波分复用器 8、 关于PIN 和APD 的偏置电压表述，正确的是

A.均为正向偏置

B.均为反向偏置

C.前者正偏，后者反偏

D.前者反偏，后者正偏

9、 下列哪项技术是提高每个信道上传输信息容量的一个有效的途径

A.光纤孤子（Soliton ） 通信

B. DWDM

C. OTDM

D. OFDM

10、 光纤数字通信系统中不能传输 HDB3码的原因是

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

A. B. m 、2 C. V 2 D.

V 2 5、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“ A.均衡器

6在光纤通信系统中， A.作前置放大器使用

C.作功率放大器使用 0”和“ T 码信号的模块为

C.放大器

D.光电检测器

B.判决器和时钟恢复电路 EDFA 以何种应用形式可以显着提高光接收机的灵敏

度 作后置放大器使用 作光中继器使用 B. D. C. 光滤波器 D. 光衰减器

填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一） 、基本概念及基本理论填空（每空 1分，共4小题6小空，共6分）

11、 以色散为基，对于单模光纤来说，主要是材料色散和 ___________ ，而对于多模光纤来

说， ______________ 占主要地位。

12、 渐变型光纤中,不同的射线具有相同轴向速度的现象称为 ______________ 现象。

13、 EDFA 中的关键器件是 _______ 和 __________ 。

14、 S DH 的帧结构除行、列、字节、帧长等外，还包括信息净负荷区域、支路单元指针区

域和 ______________ 区域。

（二） 、基本运算能力填空（每小题 3分，共2小题，共6分）

15、 某种光纤的纤芯和包层的折射率分别是 1.48和1.46，则其临界传播角为 ____________ 。

16、 设PIN 光电二极管的量子效率为 75%,渡越时间为10ps ，则该检测器的3dB 带宽 为 。 （三八 名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

仃、光纤色散: ____________________________________________________ 。

18、 插入码: _________________________________________________________ 。

19、 啁啾: ______________________________________________________________ 。

三、 简答画图题（本题共两部分，每部分 15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

20、 简述半导体激光器由哪三个部分构成试分别加以说明。

21、 简述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

22、 解释光纤通信为何越来越多地采用 WDM+ED 方式。

（二八 按题要求画图或据图回答问题（共 2小题，共15分）

23、 SDH 帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。试画出

SDH 帧

结构。（7分）

图（b ）

（1） SOA 表示 ______________ ，它分为法布里-珀罗放大器FPA 和行波放大器TWA 两大

类。

（2） 图（a ）中 _____________ 放大器的增益频谱是一条振荡的曲线，其 R=0.3;同样

放大器的增益频谱就为 __________________ 型曲线，其R=0。且R 代表的内容

（3） 图（b ）中，?1是 _______ 放大器的带宽，通常该值不超过 GHz ，同样?2是

放大器的带宽。

（4） SOA 勺增益依赖于输入信号的偏振状态的原因是 ________________ 所致。

（5） —般减少 SOA 的偏振增益差可采用：①是有源区的横截面成 ；②通过 W 0 频率W

图（a ） O

24

、

（选填“串联”或“并联”或“串联或并联”）两个so/来补偿增益差。

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共 2 小

题，每小题10分，共20分）

25、（本小题10分）

一阶跃折射率光纤，纤芯折射率n i=1.5，相对折射率差1%，工作波长为1310nm,

试计算：

（1）为了保证单模传输，其芯径应取多大

（2）若取芯径a 5 m，求其数值孔径及其模式数。

26、（本小题10分）

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）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。

五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）

27、（本小题12分）

已知某光纤参数如下：a= 4.0 ym, ?= 0.003,纤芯折射率为n1 = 1.48。

试问：

（1）此光纤能否传输波长入=1.31叩的TE01和TM01模说明理由。

（2）如要使TE01和TM01模能够传输，光波长应做怎样的调整

评卷答案：

一、选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20

分）

1、C

2、C 3 、C 4、C 5 、B

6、D7 、C 8 、B9 、C10 、A

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、波导色散，模式色散

12、光纤的自聚焦

13、高功率泵浦源，掺铒光纤

14、管理单元指针

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

15、9.4°

0 42 0 42 .

16、仁12 4 2 104MHz 42GHz

d 10 10

（三八名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

17、光信号通过光纤传播期间，波形在时间上发生展宽的现象称为光纤色散。

18、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。

19、啁啾是指产生光脉冲时引入的附加线性调频，即光脉冲的载频随时间变化。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

(一)、按要求简答各题(每小题5分，共3小题，共15分)

20、①产生激光的工作物质，能够产生激光的工作物质，也就是处于粒子数反转分布状态的

工作物质，它是产生激光的必要条件；

②能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源，使工作物质产生粒子数反转分布

的外界激励源。物质在泵浦源的作用下，使粒子数从低能级跃迁到高能级，使得在这

种情况下受激辐射大于受激吸收，从而有光的放大作用。这时的工作物质已被激活成

为激活物质或增益物质；

③有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。激活物质只能使光放大，只有把激

活物置于光学谐振腔中，以提供必要的反馈及对光的频率和方向进行选择，才能获得

连续的光放大和激光振荡输出。

21、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。响应度R0定义

为:R0=IP ? A/W- P0式中：IP :光电检测器的平均输出电流；P0:光电检测器的平均输入功率。

量子效率n定义为：n=(光生电子-空穴对数)/入射光字数。二者关系：R0=en/hf。这即是说，光电二极管的响应度和量子效率与入射光波频率有关。

22、采用WD技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点：

(1)充分利用了光纤的巨大带宽资源；

(2)同时传输多种不同类型的信号；

(3)实现单根光纤双向传输；

(4)多种应用形式；

(5)节约线路投资；

(6)降低器件的超高速要求。

采用EDFA技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点：

(1)中继器的价格下降了；

(2)对传送的数据速率和调制格式透明，这样系统只需改变链路的终端设备就很容易升级

到咼的速率；

(3)可以同时放大多个波长信号，使波分复用(WDM的实现成为可能；

(4)提供了系统扩容的新途径，无需增加光纤和工作

的速率，只需通过增加波长

就可提高系统的容量；

(5)最关键的是系统的成本下降了。

(二八按题要求画图或据图回答问题(共2小题，共15分)

23、

24、(1)半导体放大器

(2)法布里-珀罗，行波，高斯，反射面的反射系数

(3)法布里-珀罗，10，行波

(4)有源区的矩形性质和晶体结构

(5)正方形，串联或并联

四、综合解答题(请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分)

25、(本小题10分) 解：由单模传输条件

V 2 a .. n[—n；2 an^- 2 2.405 (3 分)

2 n — 2 n

6 二 ------- —mav2?= 131 X 1c6 X 1.48 X 4.0 X 10-6 v2 X 0.003 = 2.2,

而TE °1和TM 01模的归一化截止频率V c = 2.045 ,显然V< 2.045,故不能传输波长为1.31 ^m 的TE °1和TM °1模。

（2）对于TE 01和TM 01模，其截止波长为

2 n — 2 n 6

---------- 入= n 〔a V 2= X 1.48 X 4.0 X 10-6 V2 X 0.003 = 1.20 叩 c V C 1 2.045 3

即入射光波长应小于1.20 yn 时，才能传播。 得 a

2.405 2 n^/2 2.36 m （2 分）

由数值孔径的定义式有 NA ... n 2 n 2 n 「.2

0.21 （2 分） 则模式数为m 2

n 2 5.03 （ 1 分）

V !

2 分） 12.65 , （1 分）

所以光纤中存在13个模式。 26、(本小题10分) 解：衰减的影响

L a =(P T -P 十2A c -P p -Me)/(A 汁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 =( ￡X 106)/(B XAXX D)=(0.115 X 106)/(677.99 X 2 X 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。

分析题(请按要求写出必要的解题过程，本题共 1题，共12分) (本小题12分)

（1 五

、

27解: （1）由方程 V= k 0n 1av2?可 得: