光纤通信原理课后答案

光纤通信原理课后答案

【篇一：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?

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

1

第二章习题

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）??c3?108

（??3?1013?10?5m

（2）?w

??s?100

10?10?9???(10?2)2?3.18?1013j/ms2

（3）?c?3.18?1013

3?108?1.06?105j/m2s

（4）i??3.18?1013j/ms2

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；

（1）??ax

d??k?

x?d?d?

1a x4?4a

xd?

4?x1?3a

??a(x4?x1)

3d?5?10?7m

（2）?x?d?

a?3?10?3m

2

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1.3，玻璃的折射率为

1.5 ，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 n2e；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 ??2n2e

当反射光因干涉而减弱，则有 ??2n2e?(k?1/2)?

由上式得(k1?1/2)?1?(k2?1/2)?2k1 ，k2=1，2，3? ?

所以k1 =4，k2=3

把n2=1.3代入得到油膜的厚度为干涉加强的光波波长为：

e=673.08nm

2-4 、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9

略

解：利用马吕斯定律：i?i0cos2? i1cos230? ??3:1 2i2cos60?

2（1）i?i0sin2?cos2??sin2? 4

（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??0.32cm，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 ?1

i?i0e??z

可得： z??1

?lni i0

当透射光强分别为入射光强的10%时，介质的厚度为7.196cm； 3

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6?10hz的光源，其发射功率为10w，它一秒内发射多少个光子? 14

解：

p?10w,??6?1014hz

n?p1019

h??6.626?10?34?6?1014?2.52?10

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?0?4.74?1014 hz，

???6?108 hz，若想获得单模输出，腔长应为多少?

解：纵模个数n为n???

??

m

当单模输出时n=1，即??8

m?6?10 hz 由?q?qc

2nl得

l?2n??m

c?4m

发辐射谱线宽度为4 自

第三章习题

3-1 填空题

(1) 通信用的光纤绝大多数用

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

(3) 在阶跃型光纤中，模是最低工作模式，

(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）lp01，lp11

（4）0＜v＜2.405

（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。 v?k0n1a2?

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

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 5

【篇二：12自学考试光纤通信原理复习题b】

p> 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.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（）

a.tem波，te波，eh波

b.tem波，te波，he波

c.tem波，te波，tm波

d.te波，tm波，eh波

2.薄膜波导中形成导波的条件是（）

3.在阶跃型(弱导波)光纤中，导波的基模为（）

a.lp00

b.lp01

c.lp11

d.lp10

4.光信号在光纤中沿轴向传播一段距离所需的时间称为（）

a.时延

b.时延差

c.脉冲延迟

d.脉冲展宽

5.处于高能级e2上的电子，当受到外来光子的激发而跃迁到低能级

e1上，同时放出一个能量为hf=e2-e1的光子，这个跃迁过程称为（）

a.自发辐射

b.受激吸收

c.受激辐射

d.光电效应

6.掺铒光纤放大器的工作波长所处范围是（）

7.传送1帧stm-16信号的时间为（）

8.stm-1的帧结构中，au指针区域的位置是在（）

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

9.二次群pcm端机输出端口的接口码速率和码型分别为（）

a.2.048 mb/s，hdb3

b.8.448 mb/s，hdb3

c.2.048 mb/s，cmi

d.8.448 mb/s，cmi

10.不属于影响接收灵敏度的因素是（）

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.光接收噪声是的

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。

11.目前光纤通信中所使用的光波的波长范围是0.8um~1.8um_。

12.光纤通信就是利用光波作为_载频的通信方式__和光纤作为传输

媒质的一种通信方式。

13.在薄膜波导中，导波的截止条件为出现了辐射模？。

14.在薄膜波导中，可能产生的三种波型是导波、衬底辐射模和__敷

层辐射模_。

15.在光纤中，子午光线是指_纤心中子午面内_的光线。

16.按照射线理论，阶跃型光纤是根据光线在纤芯与包层分界面上的

全反射_原理，将光线集中在纤芯中沿轴向传输的。

17.阶跃型光纤中，导波径向归一化相位常数u=_a*_______。

18.在热平衡条件下，一个电子占据一个能量为e的能级的概率

f(e)=___1/。。。_____。

19.半导体发光二级管(led)与激光器(ld)在结构上的根本区别是前者_发出的是荧光，而后者发出的是激光。

20.作为一个被调制的光源，希望在“0”码时没有光功率输出，否则

它将使光纤通信系统产生噪声_，从而使接收机灵敏度降低。

21.光纤通信系统的输入抖动容限是指系统允许_脉冲信号__？产生

抖动的范围。

22.mb1c码是将信号码流每m个比特分为一组，然后在末位之后插入一个__反（又称补码）码。

24.在数字光纤通信系统中，由于光纤色散会使传输波形产生失真，

引起_码间干扰__？，从而使接收灵敏度降低。

25.edfa噪声系数的定义为f=__放大器的输入信噪比/放大器的输出

信噪比_。

26.在sdh帧结构中，段开销又分为再生段开销_和复用段开销两种。

27.在pin光电二极管中，半导体p-n结上外加负偏压产生的电场方

向与_内建电场方向一致，这有利于耗尽层的加宽。

28.虚容器是一种sdh中最重要的信息结构，它由信息净负荷和通道开销来组成。

29.光接收机噪声的主要来源有光电检测器引入的噪声和_量子噪声_？两类。

30.同步复接是指各支路信号在__同一个时钟系统？的控制下进行复接。

三、名词解释题(本大题共5小题，每小题3分，共15分)

31.光发射机的消光比 ext=全“0”码时的平均光功率p0/全“1“码时的

平均光功率p1 一般《=10%

32.单模光纤光纤中只传输一种模式时，叫做单模光纤。（单模光纤

的纤芯直径较小，约为4um~10um。）

33.直接强度调制即直接在光源上进行调制，这是目前广泛采用的调

制方式，直接调制半导体激光器的注入电流。

34.接收机的动态范围是在保证系统的误码率指标要求下，接收机的

最低输入光功率（用dbm来描述）和最大允许输入光功率（用dbm 来描述）之差。（db）即d=10log

35.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。

四、画图题(本大题共2小题，36小题7分，37小题8分，共15

分)

36.画出用数字电信号对ld直接强度调制的原理图。

37.画出光接收机中单个脉冲在均衡器前后的波形比较图。

五、简答题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)

38.何谓弱导波光纤?它对光纤的数值孔径和模式色散分别会产生什

么影响?

答：弱导波光纤：纤芯折射率n1稍大于包层折射率n2的光纤。。。。。。。

39.半导体激光器产生激光的机理是什么?

答：（自己总结的）用泵浦源使工作物质在泵浦元的作用下变成激

活物质即实现了粒子数的反转分布（产生光放大的前提），进而使

光得到放大，在光学谐振腔内再提供必要的反馈以及进行频率选择，光产生振荡，当物质中的受激辐射大于受激吸收时，就产生了激光。

40.光接收机电路中，自动增益控制的主要作用是什么?

答：当信号强时使增益降低，当信号弱时使增益提高，从而达到使

送到判决器的信号稳定，以利于判决的目的，它的主要作用是增加

了光接收机的动态范围。

41.简述光隔离器的主要作用和要求。

答：作用：防止反射光影响光放大器的工作稳定性，保证光信号只

能正向传输的器件。

要求：插入损耗低，隔离性能好。

六、计算题(本大题共2小题，每小题10分，共20分)

(2)m=0.5v2v=n1a 2可得a=

解：见前面各题。近结束。

【篇三：光纤通信课后答案】

、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＜2.40483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。

第二章光源和光发射机

1、光与物质间的作用有哪三种基本过程？它们各自的特点是什么？答：（1）自发辐射：处于高能级电子的自发行为，与是否存在外界激励作用无关；自发辐射可以发生在一系列的能级之间，用此材料的发射光谱范围很宽；即使跃迁过程满足相同能级差，它们也是独立的、随机的辐射，产生的光子能量相同而彼此无关，各列光波可以有不同的相位和偏振方向，而且向空间各个角度传播，是一种非相干光。

（2）受激辐射：感应光子的能量等于向下跃迁的能级之差；受激辐射产生的光子与感应光子全是全同光子，它们是相干的；受激辐射过程实质上是对外来入射光的放大过程。

（3）受激吸收：受激吸收时需要消耗外来光能；受激吸收过程对应光子被吸收，生成电子—空穴对的光电转化过程。

2、什么是粒子数反转分布？答：处于高能态的粒子数多于处于低能态的粒子数。

3、怎样实现光放大？答：使媒质中高能级上的电子密度大于低能级

上的电子密度，则受激辐射占主导地位，光波经过媒质时强度按指

数规律增长，光波被放大，则实现光放大。 4、构成激光器必须具备

哪些功能部件？

答：有源区，光反馈装置，频率选择元件，光束的方向选择元件，

光波导。

5、有哪些方法实现光学谐振腔？与之对应的激光器类型是什么？答：（1）用晶体天然的解理面形成法布里-珀罗谐振腔（f-p腔），当光

在谐振腔中满足一定的相位条件和谐振条件时，建立起稳定的光振荡；（2）利用有源区一侧的周期性波纹结构提供光耦合来形成光振荡。 *、激射的一般条件：（1）有源区里产生足够的粒子数反转分布；（2）存在光学谐振机制，并在有源区里建立起稳定的激光振荡

第三章光接收机

1、分析光电二极管和apd的工作原理。

答：光电二极管：受激吸收，电子—空穴对运动；apd：电子—空

穴对多次碰撞产生雪崩光倍增。

2、分析光电二极管和apd性能参数上的异同点。

答：apd是有增益的光电二极管，在光接收机灵敏度要求较高的场合，用apd有利于延长系统的传输距离，在灵敏度要求不高的场合，一般用没有增益的pin光电检测器。

第四章光纤通信系统

2、什么是sdh？简述出主要特点

答：（1）sdh技术是在信息结构等级、开销安排、同步复用映射结构、指针定位调整和网络节点接口等方面标准化的、主要采用光纤

传输媒质（少量微波和电缆）的数字传送技术。（2）特点（优点）：①具有统一标准光接口；②开销比特丰富；③采用数字同步复用；

④数字分插复用直接上下2mbit/s；⑤数字交叉连接提高网络灵活性；

⑥环形网具有“自愈”能力。 3、sdh的帧结构由哪几部分组成？各部

分的作用是什么？

答：sdh的帧结构由三部分组成：（1）stm-n净负荷：存放stm-n

传送的各种用户信息码块；（2）段开销soh：保证信息净负荷正常

传送所必须附加的运行、管理和维护（oam）字节；（3）管理单元

指针：指示信息净负荷的第一个字节在stm-n帧内的准备位置。

4、目前使用的sdh信号的速率等级是如何规定的？答：sdh信号的速率等级是在传输线路的基础上定义的，传输线路可以是光线，也可以是微波和卫星传输通道。