光纤通信第三章至第八章习题解答

光纤通信技术的发展历史

论文题目：光纤通信技术发展历史 姓名：谢新云 学号：0932002231 专业班级：通信技术（2） 院系：电子通信工程学院 指导老师：彭霞 完成时间：2011年10月22日

概论 目前，在实际运用中相当有前途的一种通信技术之一，即光纤通信技术已成为现代化通信非常重要的支柱。作为全球新一代信息技术革命的重要标志之一，光纤通信技术已经变为当今信息社会中各种多样且复杂的信息的主要传输媒介，并深刻的、广泛的改变了信息网架构的整体面貌，以现代信息社会最坚实的通信基础的身份，向世人展现了其无限美好的发展前景。 自上世纪光纤通信技术在全球问世以来，整个的信息通讯领域发生了本质的、革命性的变革，光纤通信技术以光波作为信息传输的载体，以光纤硬件作为信息传输媒介，因为信息传输频带比较宽，所以它的主要特点是:通信达到了高速率和大容量，且损耗低、体积小、重量轻，还有抗电磁干扰和不易串音等一系列优点，从而备受通信领域专业人士青睐，发展也异常迅猛。 光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，也可以在电力通信控制系统中发挥作用，进行工业监测、控制，现在在军事上也被广泛应用，基于各领域对信息量的需求不断增长，光纤通信技术的应用发展趋势也备受关注。一条完整的光纤链路除受光纤本身质量影响外，还取决于光纤链路现场的施工工艺和环境。 本文针对光纤通信技术的发展及趋势展开研究，分别介绍了光纤通信技术的发展历史和现状，以及光纤通信技术的发展趋势，对一些先进的光纤通信技术进行了介绍。 关键字：光纤通信技术，发展历史，现状，发展趋势

目录 概论 (1) 目录 (2) 第一章光纤通信技术的形成 (3) 1.1早期的光通信 (3) 1.2 现在光纤通信技术的形成 (3) 1.2.1 光纤通信器件的发展 (3) 1.2.2 光纤 (5) 第二章光纤通信技术的现状 (8) 2.1 光纤光缆 (8) 2.2 光电子器件 (8) 2.3光纤通信系统 (14) 第三章我国光纤通信技术的发展 (15) 参考文献 (16)

光通信技术课后答案-第三章

第三章 光通信信道 专业通信103班 代高凯 201027209 3-2.什么是阶跃光纤？什么是渐变光纤？ 答：光纤按照折射率的分布分类，可分为阶跃光纤和渐变光纤。 (1).阶跃光纤是指在纤芯和包层区域内，其折射率分布分别是均匀的，其值分别是n1与n2，但在纤芯与包层的分界处，其折射率的变化是阶跃的，折射率分布的表达式为 ?????≤<≤=2 1)2()1()1()(a r a n a r n n r ，， 阶跃光纤是早起光纤的结构方式，后来在多模光纤中逐渐被渐变光纤取代，但是它用来解释光波在光纤中的传播还是比较形象的。 (2).渐变光纤是指光纤轴心处的折射率n1最大，而随沿剖面径向的增加而逐渐减小，其变化规律一般符合抛物线规律，到了纤芯与包层的分界处，正好降到与包层区域的折射率n2相等的数值；在包层区域中其折射率的分布是均匀的，即为n2 ?????≤<≤?-=212 1211)()(21a r a n a r a r n n r ，， 式中，n1为光纤轴心处的折射率；n2包层区域的折射率；a1为纤芯半径；121n n n -= ?称为相对折射率差。 3-4.什么是单模光纤？什么是多模光纤？ 答：光纤按照传播的模式分类，可分为多模光纤和单模光纤。 (1).当光纤的几何尺寸（主要是纤径直径d1）远远大于光波波长（约1μm ）时，光纤中会存在着几十种乃至几百种传播模式。不同的传播模式会有不同的传播速度与相位，因此经过长距离的传输之后会产生时延，导致光脉冲变宽。这种现象叫做光纤的模式色散（又叫模间色散）。计算多模光纤中除传播模式数量的经典公式为4/2V N =，其中V 为归一化频率。模式色散会使许多多模光纤的带宽变窄，降低其传输容量，因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。多模光纤的折射率分布大都为抛物线分布，即渐变折射率分布，其纤芯直径d1大约为50μm 。 (2)根据电磁场理论与求解麦克斯韦方程组发现，当光纤的几何尺寸（主要是芯径）可以与波长相比拟时，如芯径d1在5~10μm 范围，光纤只允许一种模式（基模HE11）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤叫做单模光纤，由于它只允许一种模式在其中传播，从而避免了模式色散的问题，故单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量的光纤通信，但是必须满足 归一化频率4048.221 ≤=NA a V λπ

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? ????≥

南邮光纤通信系统第4章3节作业

第4章第3节作业 1、图示光接收机的噪声及其分布，并说明各自噪声的概念。 答： ⊿量子噪声 量子噪声(或散弹噪声)来自单位时间内到达光检测器上信号光子数的随机性，因此它与信号电平有关。在采用APD作光检测器时，倍增过程的统计特征产生附加的散弹噪声，它随倍增增益而增加。 ⊿暗电流噪声 当没有光信号照射光检测器时，外界的一些杂散光或热运动亦会产生一些电子—空穴对，光检测器还会产生一些电流，这种残留电流称为暗电流Id，暗电流也要产生散粒噪声。 ⊿漏电流噪声 光检测器表面物理状态不完善和加有偏置电压，也会引起很小的漏电流噪声，但这种噪声并非本征性噪声，可通过光检测器的合理设计，良好的结构和严格的工艺降低。 ⊿热噪声 热噪声是在有限温度下，导电媒质内自由电子和振动离子间热相互作用

引起的一种随机脉动。 一个电阻中的这种随机脉动，即使没有外加电压也表现为一种电流波动。在光接收机中，前端负载电阻中产生的这种电流波动将叠加到光检测器产生的光电流中。 ⊿ 放大器噪声 前端的前置放大器要增加噪声，而且其影响远远超过后级元器件产生的噪声。 2、写出PIN 光接收机与APD 光接收机的信噪比表达式，分析在何种条件下何种光接收机信噪比占优势。 解：（1）PIN 信噪比与噪声的关系 ()2 42p PIN n e P d e L I S R kTF B e I I B R =++2 2 0042n e e L R P kTF B eR PB R =+ 散粒噪声限制下： 2 22 000222P PIN P e e e R P I S R eI B eR PB R P eB == = （SNR 随入射功率线性增加，且只与量子效率、光子能量和接收机带宽有关） 热噪声限制下： 2 2 220044L PIN n e n e L R P R P R S R kTF B kTF B R == （显示SNR 随入射功率平方倍变化，增加负载电阻可以提高信噪比） （2）APD 信噪比与噪声的关系

《光纤通信》第3章课后习题答案

习题三 1．计算一个波长为1m λμ=的光子能量，分别对1MHz 和100MHz 的无线电做同样的计算。 解：波长为1m λμ=的光子能量为 834 206310// 6.6310 1.991010c m s E hf hc J s J m λ---?===???=? 对1MHz 和100MHz 的无线电的光子能量分别为 346286.6310110 6.6310c E hf J s Hz J --==????=? 346266.631010010 6.6310c E hf J s Hz J --==????=? 2．太阳向地球辐射光波，设其平均波长0.7m λμ=，射到地球外面大气层的光强大约为2 0.14/I W cm =。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。 解：光子数为 348 4441660.14 6.6310310101010 3.98100.710c I Ihc n hf λ---????=?=?=?=?? 3．如果激光器在0.5m λμ=上工作，输出1W 的连续功率，试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。 解：粒子数为 348 2161 6.6310310 3.98100.510 c I Ihc n hf λ---????====?? 4．光与物质间的相互作用过程有哪些？ 答：受激吸收，受激辐射和自发辐射。 5．什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？ 答：粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数。处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。 6．什么是激光器的阈值条件？ 答：阈值增益为 12 11ln 2th G L r r α=+ 其中α是介质的损耗系数，12,r r 分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器的增益th G G ≥时，才能有激光放出。（详细推导请看补充题1、2） 7．由表达式/E hc λ=说明为什么LED 的FWHM 功率谱宽度在长波长中会变得更宽些？ 证明：由/E hc λ=得到2hc E λλ?=-?，于是得到2 E hc λλ?=-?，可见当E ?一定时，λ?与2λ成 正比。 8．试画出APD 雪崩二极管结构示意图，并指出高场区及耗尽层的范围。 解：先把一种高阻的P 型材料作为外延层，沉积在P +材料上（P +是P 型重掺杂），然后在高阻区进行P 型扩散或电离掺杂（叫π层），最后一层是一个N +（N +是N 型重掺杂）层。

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》第3章作业答案

第3章 习题及答案 一．填空 1．对于二能级原子系统，要实现光信号的放大，原子的能级分布必须满足高能级粒子数大于低能级粒子数，即粒子数反转分布条件。 2．一个电路振荡器，必须包括放大部分、振荡回路和反馈系统。而激光振荡器也必须具备完成以上功能的部件，故它也包括三个部分：能够产生激光的 工作物质 ，能够使工作物质处于粒子数反转分布的 ，能够完成频率选择及反馈作用的 。 答案：工作物质，泵浦源，光学谐振腔 3．半导体光放大器的粒子数反转可通过对PN 节加 偏压来实现。PN 结加上这种偏压后，空间电荷区变窄，于是N 区的电子向P 区扩散，P 区的空穴向N 区扩散，使得P 区和N 区的少数载流子增加。当偏压足够大时，增加的少数载流子会引起粒子数反转。 答案：正向。 4．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，表明振荡产生了激光，把这个电流值叫 ，用th I 表示。当th I I <时，激光器发出的是 ，因此光谱很宽，宽 度常达到几百埃；当th I I >时，激光器发出的是 ，光谱突然变得很窄，谱线中心强度急剧增加， 表面发出的是激光。 答案：阈值电流，荧光，激光。 5．影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径。发散角越大，耦合效率越 ；数值孔径越大，耦合效率越 。 答案：低，高。 6．激光和光纤的耦合方式有直接耦合和透镜耦合。当发光面积大于纤芯截面积时，用 ；当发光面积小于纤芯截面积时，用 。 答案：透镜耦合，直接耦合。（课本上有误） 7．半导体激光器其光学谐振腔的谐振条件或驻波条件是 。 答案：2g L q λ=（或2nL q λ=）。 8．判断单模激光器的一个重要参数是 ，即最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。 答案：边模抑制比。 二．判断题 1．电子服从费米能级分布，即在热平衡条件下，占据能级低的概率大，占据能级高的概率小。 （ ） 正确 2．自发辐射的光子方向是随机的，发出非相干光，且不需要外来光场的激励。 （ ） 正确 3．LED 与单模光纤的耦合效率低于LD 与单模光纤的耦合效率，边发光比面发光LED 耦合效率低。 （ ） 错误，边LED 比面LED 耦合效率高 4．光检测器要产生光电流，入射光波长必须大于截止波长，所以长波长检测器能用于短波长检测。 （ ） 错误。应该小于。 5．设计工作于1.55 μm 的光检测器同样能用作1.3 μm 的光检测器，且在长波长灵敏些。 （ ） 正确。因为在一定波长工作的光检测器能工作于更短的波长。 三．选择题 1．对于半导体激光器的结构，下列说法错误的是（ ） A ．F-P 激光器是多模，DF B 和DBR 激光器是单模激光器

光纤通信期末复习题

第一章绪论 简答：光纤通信的发展方向 第二章光纤和光缆 填空 1.目前光纤通信的长波波长低损耗工作窗口是 1.31μm 和。 2.光纤中的传输信号由于受到光纤的和色散的影响，使得信号的幅度受到衰减，波形出现失真。 3.阶跃型单模光纤的截止波长λc=___________。 4.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85 μm,1.55 μm 和___________。 5.在阶跃型光纤中，归一化频率V的定义式为。 6.按照折射率分布规律，光纤可以分为、和单模光纤等。 7.光纤的色散主要有材料色散、、。 8.单模光纤只传输一种模式，纤芯直径较，通常在 4μm～10μm 范围内。多模光纤可传输多种模式，纤芯直径较，典型尺寸为50μm左右。 9．光纤特性包括它的结构特性、光学特性及传输特性。结构特性主要指光纤的几何尺寸；光学特性包括、数值孔径等；传输特性主要是及特性。 10.按射线理论，阶跃型光纤中光射线主要有_________和

___________两类。 判断 1.光纤中要求纤芯的折射率应该小于包层的折射率。 2.当光纤参数确定后，只有工作波长小于截止波长时，光纤才能实现单模传输 3.光纤的数值孔径与入射光波长有关。 4.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是n1>>n2。 5.目前通信用光纤主要是用高纯度的玻璃材料制成的。 6.光纤中光能量主要在纤芯内传输，包层为光的传输提供反射面和光隔离。 7.光纤单模传输时，应该保证归一化频率V大于归一化截止频率V c。 8.光纤中传输的模式数由归一化频率决定，当归一化频率确定后，光纤中所传输的模式数和模式分布也就确定了。（）9.．单模光纤中存在模间色散，多模光纤中不存在模间色散。（） 10.．在单模光纤传输中，实际传输信号的频谱宽度取决于两个因素，一是半导体激光器发射的光的固有频谱宽度，二是电信号调制造成的频谱展宽。（） 11．改变光纤的折射率分布和剖面结构参数，可以改变波导色散的值，从而在所希望的波长上实现零色散。（）

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

《光纤通信技术》 课程大纲

《光纤通信技术》课程大纲 课程名称：光纤通信技术 课程类别：核心课 学分：4学分 适用专业：通信工程专业、计算机应用专业 先修课程：数字通信原理、数据通信原理 一、课程的教学目的 《光纤通信技术》是信息与通信工程学科一门重要的专业课程。课程定位为需要学习通信工程、计算机通信技术等专业，从事信息通信、计算机、网络等相关行业的学员。光纤通信系统具有低的传输损耗和宽的传输频带的特点，成为高速数据业务的理想传输通道。课程以光纤的导光原理和激光器的发光原理为基础内容，同时涵盖了各种实用光网络技术。课程以提高学生基本技能素质与新技术、新手段的应用能力为目标，培养能满足光纤网络工程的规划建设、系统调测、电信核心网络和接入网络的工程等需要的应用型人才。 为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。鉴于本课程是实践性很强的专业课程，其教学内容既包括理论学习内容，又涵盖与之相关的实践实验活动内容，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。 二、相关课程的衔接 学习本课程需要先修《数字通信原理》、《数据通信原理》等专业基础课程以及《现代交换技术》、《宽带接入技术》等相关课程；后续课程包括《光网络》、《多媒体通信》等。三、教学的基本要求 要求掌握《光纤通信技术》的基本概念、工作原理，了解相关扩展知识。熟练进行光纤通信技术的工程分析及工程计算。 熟悉实验原理及内容，能够利用所学基本知识完成简单电路的分析和设计。 四、课程教学方法 下载教学内容导学、详解、实时辅导、教案、综合练习题等资料。 为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。本课程含有实验，使本课程更多地与实践接轨，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。

《光纤通信系统及其应用》课后习题-(1)教学教材

《光纤通信系统及其应用》课后习题-(1)

《光纤通信系统及其应用》课后习题 第一章 1.1实现光纤通信的关键器件与技术是什么？ 答：（1）低损耗、宽带宽的光纤。 （2）高可靠性、长寿命的光源及高响应的光检测器件。 （3）光测量及光纤连接技术。 1.2光纤通信使用光源的波长范围是什么？ 答：在近红外区内，即0.8~1.8um。 长波： 1.31 1.55 短波：0.85um 1.4数字光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分的作用。 用光纤传输信息的过程大致是这样的，在发送端，把用户要传送的信号 （如声音）变为电信号，然后使光源发出的光强随电信号变化，这个过程称为 调制，它把电信号变为光信号，最后用光纤把该光信号传送到远方； 在接收端，用光电探测器接收光信号，并把光信号还原为携带用户信息（如声 音）的电信号，这个过程称为解调，最后再变成用户能理解的信息（如声 音）。 1.5模拟光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分的作用。 第二章 2.1均匀光纤芯与包层的折射率分别为1n=1.50，2n=1.45，试计算： （1）光纤芯与包层的相对折射率差 ； （2）光纤的数值孔径NA。 2.2在阶跃折射率光纤中，1n=1.52，2n=1.49。 n=1.33），求光从水中入射到光纤输入端面的最大（1）光纤浸在水中（0 接收角； （2）光纤放置在空气中，求数值孔径。

2.4 光纤通信为什么用0.85m μ，0.85m μ，0.85m μ三个工作波长？ 答 λ1=0.85μm ，λ2=1.31μm ，λ3=1.55μm 附近是光纤传输损耗较少或最小的波长“窗口”，相应的损耗分别为2~3dB/km 、0.5 dB/km 、0.2 dB/km ，而在这些波段目前有成熟的光器件（光源、光检测器等）。 2.5 光纤的损耗机理及危害是什么？ 答：损耗机理：主要有吸收损耗、散射损耗及辐射损耗。 辐射损耗：光线弯曲到一定曲率半径时就会产生辐射损耗 吸收损耗:光波通过光纤材料时，有一部分的光被光纤中的杂质或是OH 离子吸收转化为热能 散射损耗：光纤的密度和折射率分布不均及结构上的不完善导致散射损耗 危害：由于损耗的存在，在光纤中传输的光信号幅度减小。光纤损耗是光纤传输系统中中继距离的主要限制因素之一。 2.6 光纤的色散机理及危害是什么？ 答：色散机理：由于光纤中所传信号的不同频率成分或不同模式成分，在传播的过程中因群速度不同互相散开，并且造成它们到达光纤终端的时间各不相同，从而引起传输信号波形失真、脉冲展宽。光线的色散，主要有材料色散、波导色散和模式色散。 危害：由于信号的各频率成分和各模式成分的传输速度不同，当它在光纤中传输一定的距离后，将互相散开，致使光脉冲展宽。若脉冲展宽过大将会造成码间干扰，从而使误码率增加，通信质量下降。由于脉冲宽度与频带宽度成反比，脉冲展宽越大，表示带宽能力越小。 2.7 光缆的主要结构是什么？ 答：光纤芯线、护套和加强部件。 第三章

《光纤通信》原荣-第三版-第3章--复习思考题参考答案

1 / 8 第3章 复习思考题 参考答案 3-1 连接器和跳线的作用是什么？接头的作用又是什么 答：连接器是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸（活动）连接的器件。跳线用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连，以构成光纤传输系统。接头是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性（固定）连接。接头用于相邻两根光缆（纤）之间的连接，以形成长距离光缆线路。 3-2 耦合器的作用是什么？它有哪几种 耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。耦合器有T 形耦合器、星形耦合器、方向耦合器和波分耦合器。 3-3 简述波导光栅解复用器的工作原理 阵列波导光栅由N 个输入波导、N 个输出波导、两个具有相同结构的N ? N 平板波导星形耦合器以及一个平板阵列波导光栅组成，如图3.4.4所示。这种光栅相邻波导间具有恒定的路径长度差?L ，由式（1.2.8）可知，其相邻波导间的相位差为 λ φL n ?= ?eff π2 （3.4.6） 式中，λ是信号波长，?L 是路径长度差，通常为几十微米，eff n 为信道波导的有效折射率，它与包层的折射率差相对较大，使波导有大的数值孔径，以便提高与光纤的耦合效率。 输入光从第一个星形耦合器输入，在输入平板波导区（即自由空间耦合区）模式场发散，把光功率几乎平均地分配到波导阵列输入端中的每一个波导，由阵列波导光栅的输入孔阑捕捉。由于阵列波导中的波导长度不等，由式（3.4.6）可知，不同波长的输入信号产生的相位延迟也不等。AWG 光栅工作原理是基于马赫-曾德尔干涉仪的原理，即两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论，所以输出端口与波长有一一对应的关系，也就是说，由不同波长组成的入射光束经阵列波导光栅传输后，依波长的不同就出现在不同的波导出口上。此处设计采用对称结构，根据互易性，同样也能实现合波的功能。 1 λ11 图3.4.3 由阵列波导光栅（AWG ）组成的解复用器/路由器 3.4 简述介质薄膜干涉滤波器解复用器的作用（见原荣编著《光纤通信（第2版）》3. 4.3节） 答：介质薄膜光滤波器解复用器利用光的干涉效应选择波长。可以将每层厚度为1/4波长，高、低折射率材料（例如TiO 2 和SiO 2）相间组成的多层介质薄膜，用作干涉滤波器，如图3.4.5所示。在高折射率层反射光的相位不变，而在低折射率层反射光的相位改变180O 。连续反射光在前表面相长干涉复合，在一定的波长范围内产生高能量的反射光束，在这一范围之外，则反射很小。这样通过多层介质膜的干涉，就使一些波长的光通过，而另一些波长的光透射。用多层介质膜可构成高通滤波器和低通滤波器。两层的折射率差应该足够大，以便获得陡峭的滤波器特性。()4.2~2.2TiO 2=n 和()46.1S iO 2=n 通常用于介质薄膜的材料。30层以上的干涉滤波器已经制造出来，因此1.55 μm 波长时的通带宽度可窄至1 THz 。用介质薄膜滤波器可构成WDM 解复用器，如图3.4.6和图3.4.7所示。

光纤通信课后习题解答第3章习题参考答案

第三章 光纤的传输特性 1．简述石英系光纤损耗产生的原因，光纤损耗的理论极限值是由什么决定的？ 答：（1） （2）光纤损耗的理论极限值是由紫外吸收损耗、红外吸收损耗和瑞利散射决定的。 2．当光在一段长为10km 光纤中传输时，输出端的光功率减小至输入端光功率的一半。 求：光纤的损耗系数α。 解：设输入端光功率为P 1，输出端的光功率为P 2。 则P 1＝2P 2 光纤的损耗系数()km dB P P km P P L /3.02lg 1010lg 102 221==＝α 3．光纤色散产生的原因有哪些？对数字光纤通信系统有何危害？ 答：（1）按照色散产生的原因，光纤的色散主要分为：模式（模间）色散、材料色散、波导色散和极化色散。 （2）在数字光纤通信系统中，色散会引起光脉冲展宽，严重时前后脉冲将相互重叠，形成码间干扰，增加误码率，影响了光纤的传输带宽。因此，色散会限制光纤通信系统的传输容量和中继距离。 4．为什么单模光纤的带宽比多模光纤的带宽大得多？ 答：光纤的带宽特性是在频域中的表现形式，而色散特性是在时域中的表现形式，即色散越大，带宽越窄。由于光纤中存在着模式色散、材料色散、波导色散和极化色散四种，并且模式色散>>材料色散＞波导色散＞极化色散。由于极化色散很小，一般忽略不计。在多模光纤中，主要存在模式色散、材料色散和波导色散；单模光纤中不存在模式色散，而只存在材料色散和波导色散。因此，多模光纤的色散比单模光纤的色散大得多，也就是单模光纤的带宽比多模光纤宽得多。 光纤损耗 吸收损耗 本征吸收 杂质吸收 紫外吸收 红外吸收 氢氧根（OH －）吸收 过渡金属离子吸收 散射损耗 弯曲损耗

(整理)光纤通信(朱宗玖)习题解答

第一章 1. 简述光纤通信的特点。 答：（1）频带宽、信息容量大 （2）损耗低、传输距离长 （3）体积小、重量轻、便于敷设 （4）抗干扰性好、保密性强、使用安全 （5）材料资源丰富 2. 简述光纤通信系统中基本组成部分及其重要作用。 答：基本组成部分：光纤通信系统是以光纤作为传输介质、光波作为载波的通信系统。它主要由光发射机、光纤、光中继器、光放大器、光接收机等组成，当然，一般系统中还包括一些连接器、隔离器、波分复用器、耦合器等器件。 重要作用：光发射机的作用是将电信号转换成光信号，并通过连接器将光信号注入光纤。光接收机的主要作用是将光纤传输过来的光信号转换成发射端的电信号。光纤的作用是将光信号以尽可能小的衰减及畸变传输到对端。中继器的作用是延长光信号的传输距离，分为光/电/光中继器和光中继器(或称光放大器)两种。 3. 查阅相关资料，简述当前光纤研究的一些最新技术。 答：高速光传输技术、宽带光接入技术、节点光交换技术、智能光联网技术、光波技术。 第二章 1．什么是单模光纤？什么是多模光纤？

答：单模光纤是指只能传输基模(HE 11)，即只能传输一个最低模式的光纤，其它 模式均被截止。多模光纤是指可以传输多种模式的光纤，即光纤传输的是一个模群。 2．光纤和光缆的区别？ 答：光纤，即光导纤维，是一种传输光能波导全介质，通常由纤芯和包层组成，利用光在玻璃及塑料中的全反射原理而被用于光传导工具。光缆由光导纤维和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路，即由光纤经过一定的工艺而形成的线缆。 3．光纤的导光原理是怎么样的？ 答：光进入光纤后由于外包层的折射率低于芯层的折射率，光在芯层中进行传播，且损耗小。其中空气的折射率为n 0(n 0≈1)，纤芯的折射率为n 1,包层的折射率为 n 2，在空气与纤芯端面形成的界面1上，入射角为θ0，折射角为θ。在纤芯和 包层形成的界面2上，入射角为Ф1，折射角为Ф2。根据光的传输原理，我们知 道光波在光纤中传输会出现临界状态、全反射状态和部分光进入包层三种状态。总之，利用纤芯与包层界面折射率(n 1>n 2)的关系，当光线在空气与纤芯界面上的 入射角小于θ0时，就会纤芯与包层界面上出现全反射现象，光被封闭在纤芯中 以“之”字形曲线向前传输，这时的入射角称为接收角。 4．什么是数值孔径，其表达式是怎么样的？ 答：接收角最大值θ0的正弦与n 0的乘积，称为光纤的数值孔径，用NA 表示。 000sin sin θθ==n NA 5．在损耗谱上有三个窗口指的是什么波长？

《光纤通信》第3章课后习题答案

1．计算一个波长为1m λμ=的光子能量，分别对1MHz 和100MHz 的无线电做同样的计算。 解：波长为1m λμ=的光子能量为 834206310// 6.6310 1.991010c m s E hf hc J s J m λ---?===???=? 对1MHz 和100MHz 的无线电的光子能量分别为 346286.6310110 6.6310c E hf J s Hz J --==????=? 346266.631010010 6.6310c E hf J s Hz J --==????=? 2．太阳向地球辐射光波，设其平均波长0.7m λμ=，射到地球外面大气层的光强大约为20.14/I W cm =。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。 解：光子数为 348 4441660.14 6.6310310101010 3.98100.710 c I Ihc n hf λ---????=?=?=?=?? 3．如果激光器在0.5m λμ=上工作，输出1W 的连续功率，试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。 解：粒子数为 348 2161 6.6310310 3.98100.510 c I Ihc n hf λ---????====?? 4．光与物质间的相互作用过程有哪些？ 答：受激吸收，受激辐射和自发辐射。 5．什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？ 答：粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数。处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。 6．什么是激光器的阈值条件？

答：阈值增益为 1211ln 2th G L r r α=+ 其中α是介质的损耗系数，12,r r 分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器 的增益th G G ≥时，才能有激光放出。（详细推导请看补充题1、2） 7．由表达式/E hc λ=说明为什么LED 的FWHM 功率谱宽度在长波长中会变得更宽些？ 证明：由/E hc λ=得到2hc E λλ?=- ?，于是得到2E hc λλ?=-?，可见当E ?一 定时，λ?与2λ成正比。 8．试画出APD 雪崩二极管结构示意图，并指出高场区及耗尽 层的范围。 解：先把一种高阻的P 型材料作为外延层，沉积在P +材 料上（P +是P 型重掺杂），然后在高阻区进行P 型扩散或电离 掺杂（叫π层），最后一层是一个N +（N +是N 型重掺杂）层。 高场区是P 区，耗尽区是P π区。 9．一个GaAsPIN 光电二极管平均每三个入射光子产生一个电子空穴对。假设所以的电子都被收集，那么 （1）计算该器件的量子效率； （2）在0.8m μ波段接收功率是710W -，计算平均是输出光电流； （3）计算波长，当这个光电二极管超过此波长时将停止工作，即长波长截止点c λ。 解：（1）量子效率为1/30.33η==

第三章 习题

第三章光纤通信的基本器件习题 一、填空题 1．PIN光电二极管的工作原理是PN结上有建电场；当PN结加上向电压后，入射光主要在耗尽区被吸收，在耗尽区产生光生载流子(电子空穴对)；在耗尽区电场作用下，电子向N区漂移。空穴向P区原移，产生。 2．在远离PN结的地方，因没有电场的作用．电子空穴作扩散运动，产生。 3．因I层宽，加了反偏压后，空间电荷区加宽，绝大多数光生载流子部落在耗尽区进行高效、高速漂移，产生，远远大子。PIN光电二极管的灵敏度高，接通回路，负载上有电流，将光信号转变为。 4．LED通常和多模光纤耦合，用于1.31μm或0.85μm波长的的光通信系统。 5.LD通常和单模光纤耦合，用1.31μm或1.55μm光通信系统。 6.LD的光功率随着激励电流的变化而变化。当I＜I th时，发出的是，光谱很宽，当I＞I th后，发射光谱突然变窄，谱线中心强度急剧增加，表明发出。 7．发光二极管的发光机理与激光器相同；LED没有，只能产生自发辐射，发出的是非相干的荧光，不是激光； 8.产生激光有两个条件：一是，它要求电子数反转分布，同时具有正反馈的谐振腔；二是要满足，即光功率增益大于光功率衰减。 二、选择题 1．下列哪项不属于光无源器件（）。 A）连接器B）光耦合器C)光隔离器D)光检测器 2.EDFA工作的窗口是（）。 A）1310 nm B）1550nm C)980nm D)1480nm 3. 目前应用的（）活动连接器的陶瓷插针端面。多选题。 A） PC B）SPC C) APC 4．（）连接器外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。 A）SC型B）ST型C) FC型D) D型 5.在正常状态下，电子处于低能级E1，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃迁称为（）。 A）受激吸收B）受激辐射C) 自发辐射

《光纤通信》第3章作业答案

第3章 习题及答案 一．填空 1．对于二能级原子系统，要实现光信号的放大，原子的能级分布必须满足高能级粒子数大于低能级粒 子数，即粒子数反转分布条件。 2．一个电路振荡器，必须包括放大部分、振荡回路和反馈系统。而激光振荡器也必须具备完成以上功 能的部件，故它也包括三个部分：能够产生激光的 工作物质 ，能够使工作物质处于粒子数 反转分布的 ，能够完成频率选择及反馈作用的 。 答案：工作物质，泵浦源，光学谐振腔 3．半导体光放大器的粒子数反转可通过对PN 节加 偏压来实现。PN 结加上这种偏压后，空 间电荷区变窄，于是N 区的电子向P 区扩散，P 区的空穴向N 区扩散，使得P 区和N 区的少数载流子增加。 当偏压足够大时，增加的少数载流子会引起粒子数反转。 答案：正向。 4．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，表明振荡产生了激光， 把这个电流值叫 ，用th I 表示。当th I I <时，激光器发出的是 ，因此光谱很宽，宽 度常达到几百埃；当th I I >时，激光器发出的是 ，光谱突然变得很窄，谱线中心强度急剧增 加，表面发出的是激光。 答案：阈值电流，荧光，激光。 5．影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径。发散角越大，耦合效率越 ；数 值孔径越大，耦合效率越 。 答案：低，高。 6．激光和光纤的耦合方式有直接耦合和透镜耦合。当发光面积大于纤芯截面积时，用 ； 当发光面积小于纤芯截面积时，用 。 答案：透镜耦合，直接耦合。（课本上有误） 7．半导体激光器其光学谐振腔的谐振条件或驻波条件是 。 答案：2g L q λ=（或2nL q λ=）。 8．判断单模激光器的一个重要参数是 ，即最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。 答案：边模抑制比。 二．判断题 1．电子服从费米能级分布，即在热平衡条件下，占据能级低的概率大，占据能级高的概率小。 （ ） 正确 2．自发辐射的光子方向是随机的，发出非相干光，且不需要外来光场的激励。 （ ） 正确 3．LED 与单模光纤的耦合效率低于LD 与单模光纤的耦合效率，边发光比面发光LED 耦合效率低。 （ ） 错误，边LED 比面LED 耦合效率高 4．光检测器要产生光电流，入射光波长必须大于截止波长，所以长波长检测器能用于短波长检测。 （ ） 错误。应该小于。 5．设计工作于 1.55 μm 的光检测器同样能用作 1.3 μm 的光检测器，且在长波长灵敏些。 （ ） 正确。因为在一定波长工作的光检测器能工作于更短的波长。

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