通信工程《光纤通信》期末考试试卷(含答案)

2010－2011学年一学期《光纤通信》期末考试

一、填空题（每空1分，共20分）

1、1966年7月，英籍华人（ ）博士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。

2、光在光纤中传输是利用光的（ ）原理。

3、数值孔径越大，光纤接收光线的能力就越( )，光纤与光源之间的耦合效率就越( )。

4、目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是：（ 0.85um ）、（ 1.31um ）、（ 1.55um ）。

5、光纤通信系统中最常用的光检测器有：（ ）、（ ）。

6、要使物质能对光进行放大，必须使物质中的( )强于( )，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( )，可传输的导波模数量就越多。 8、光缆由缆芯、( )和外护层组成。

9、（ ）是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 10、按光纤传导模数量光纤可分为多模光纤和( )。

11、PDH 的缺陷之一：在复用信号的帧结构中，由于( )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（ ）。 13、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的（ ）。 14、光纤的（ ）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。

——————————————

装————————————————

订————————————————

线

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（）。

二、选择题：（每小题2分，共20分。1-7:单选题，8-10：多选题）

1、光纤通信是以（A ）为载体，光纤为传输媒体的通信方式。

A、光波

B、电信号

C、微波

D、卫星

2、要使光纤导光必须使（B ）

A、纤芯折射率小于包层折射率

B、纤芯折射率大于包层折射率

C、纤芯折射率是渐变的

D、纤芯折射率是均匀的

3、（ D ）是把光信号变为电信号的器件

A、激光器

B、发光二极管

C、光源

D、光检测器

4、CCITT于（C）年接受了SONET概念，并重新命名为SDH。

A、1985

B、1970

C、1988

D、1990

5、SDH传输网最基本的同步传送模块是STM-1，其信号速率为（A）kbit／s。

A、155520

B、622080

C、2488320

D、9953280

6、掺铒光纤放大器（EDFA）的工作波长为（ B ）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（ B ）。

A、受激吸收

B、自发辐射

C、受激辐射

D、自发吸收

8、光纤通信系统的是由（ABCD ）组成的。

A、电端机

B、光端机

C、中继器

D、光纤光缆线路

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 ）；二是控制（D ）。

A、微型半导体制冷器

B、调制脉冲电流的幅度

C、热敏电阻

D、激光器的偏置电流

10、光纤传输特性主要有（AB ）

A、色散D、损耗C、模场直径 D 、截止波长

三、简答题（1、2题各6分，3题8分，共20分。）

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？

2、什么是直接调制？什么是间接调制？各有何特点？

3、画图分析说明掺铒光纤放大器主要由几部分构成？各部分的作用是什么？

四、计算分析题（1、2题各15分，3、4题各5分，共40分）

1、某SI型光纤，光纤的芯径d=2a为100μm，折射率n1=1.458，包层的

折射率n2=1.450，在该光纤中传输的光波的波长λ=850nm。

（1）计算该光纤的V参数

（2）估算在该光纤内传输的模式数量

（3）计算该光纤的数值孔径

（4）计算该光纤单模工作的波长

，材料折射率n=3.0，2、有一GaAlAs半导体激光器，其谐振腔长为300m

两端的解理面的反射率为0.35。

(1)求因非全反射导致的等效损耗系数。

(2)求相邻纵模间的频率间隔和波长间隔。

(3)若此激光器的中心波长λ=1310nm，与此相应的纵模序数。

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。

4、分光比为3：1的定向耦合器，假设从输入口0输入的功率为1mW，从输入口0到输入口1的插入损耗为1.5dB，求两个输出口的输出光功率。

参考答案及评分标准

一、填空题（每空1分，共20分）

1、高锟

2、折射

3、强；高

4、0.85μm、1.31μm、1.55μm

5、PIN光电二极管；雪崩光电二极管

6、受激辐射；受激吸收

7、大

8、加强元件(或加强芯)

9、波导色散

10、单模光纤

11、开销比特

12、灵敏度

13、阈值条件

14、色散

15、噪声

二、选择题：（每小题2分，共20分）

1、A

2、B

3、D

4、C

5、A

6、B

7、B

8、ABCD

9、BD

10、AB

三、简答题（1、2题各6分，3题8分，共20分。）

1. 答：

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、

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)

3、

答：

(2分)

掺铒光纤放大器主要由一段掺铒光纤、泵浦光源、光耦合器及光隔离器等构成(2分)。采用掺铒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分)。泵浦光和信号光一起通过光耦合器注入掺铒光纤(1分)；光隔离器作用是只允许光单向传输，用于隔离反馈光信号，提高稳定性。(1分)

四、计算分析题（1、2题各15分，3、4题各5分，共40分） 1、 解：

(1) 由于归一化频率 2212

2V n n π

λ

=

-22250 1.458 1.450.85

π

=

?- 56.36= (4分)

(2)传播的模式总数2/2M V =

1588= (3分)

(3)该光纤的数值孔径: 22

12NA n n =-0.153= (4分)

(4)该光纤单模工作的波长:

22

1222.405

c a n n πλλ>=

-22122.613a n n =-22122.61350n n =??-19.9=(

μm )

(4

分)

2、解 ：

已知

(1分)

1) 因非全反射导致的等效损耗系数

(mm -1) (4分)

2)由

q=1,2,3….

(Hz)

波长间隔 10

9.510

-? (m) (6分)

3）由

1374 (4分)

3、 解： 根据题意得

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---=

+()33820.54

0.40.05

----?-=

+66.7 km =

(1分) 4、 解：

由题意得 R 3S =即1

21212

:R P P S P P P P =

++ (1分) 故有 123P P = (1分) 已知 1

-10lg

1.5P P = (1分) 得

-0.151

10P P = 由于 0 1 mw P =

所以 -0.15

-0.151010

10=0.70 mw P P == (1分) -0.15

21

11100.23 mw 33P P === (1分)