光纤技术与应用思考题080451—20100316
光纤通信复习思考题
复习思考题
第一章概述
1.1 什么是光纤通信？它为何能够成为一种主要的通信方式？
第二章光纤
2.1 光纤的基本结构是怎样的？
2.2 何谓阶跃光纤？何谓渐变光纤？
2.3 何谓多模光纤？何谓单模光纤？
2.4 何谓子午光线和斜射光线？说明子午光线在阶跃光纤和渐变光纤纤芯内传光路线的形状、传光路线与光纤端面入射角的关系等特点。
2.5导波截止的临界条件？
2.6 何谓数值孔径？其物理意义是什么？写出各类数值孔径的计算公式。
2.7 何谓光纤衰减常数？其物理意义是什么？
2.8 何谓光纤截止波长？
2.9 光纤存在哪些色散类型？
第三章光收发设备
3.1 在光纤通信系统中光端机的功能是什么？
3.2 何谓内调制和外调制？
3.3何谓粒子数反转？何谓光放大？
3.4 激光二极管（LD）由哪些部分构成？各部分的功能是什么？
3.5何谓LD的予偏置电流IB？应当如何选择IB？
3.6 光接收电路的信号传输通道由哪些部分组成，各有何功能？
3.7 光接收机的灵敏度、动态范围是怎样定义的？有何用处？
3.8 光纤通信中码间干扰产生的原因是什么？采用什么方法予以消除？。
《光纤通信技术及应用》习题答案
情境一巩固与提高：一、填空题1.华裔学者高锟科学地预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性，并因此获得诺贝尔物理学奖。
2.目前光纤通信所使用的光的波长为1260nm-1625nm 。
3.数字光纤通信系统由光发射机、光纤和光接收机构成。
4.光纤通信的3个低衰耗波长窗口分别是0.85um、1.31um 、和 1.55um 。
5.非色散位移光纤零色散波长在 1310 nm，在波长为1550 nm处衰减最小。
6.光纤主要由纤芯和包层构成，单模光纤芯径一般为 8-10 μm，多模光纤的芯径一般在 50 μm左右。
7.光纤的特性主要分为传输特性、机械特性、温度特性三种。
二、简答题1.简述光纤通信的优点和缺点。
答：光纤通信的优点：1)频带宽、通信容量大2)损耗低、传输距离远3)信号串扰小、保密性能好4)抗电磁干扰、传输质量佳5)尺寸小、重量轻、便于敷设和运输6)材料来源丰富、环境适应性强光纤通信的缺点：1）光纤性质脆。
需要涂覆加以保护2）对切断的连接光纤时，需要高精度技术和仪表器具3）光路的分路、耦合不方便4）光纤不能输送中继器所需的电能5）弯曲半径不宜过小2.简述光全反射原理。
答：光全反射原理：当光从光密媒质（折射率相对较大）到光疏媒质的交界面会发生全反射现象，即入射角达到一定值时，折射光线将与法线成90°角，再增大会使折射光线进入原媒质传输。
3.简述光纤通信系统的基本组成。
答：光纤通信系统由光发射机、光纤、光接收机组成。
光发射机的作用就是进行电/光转换，并把转换成的光脉冲信号码流输入到光纤中进行传输。
光源器件一般是LED和LD。
光纤：完成光波的传输。
光接收机的作用就是进行光/电转换。
光收器件一般是光电二极管PIN和雪崩光电二极管APD。
4.简述G.652、G.653、G.655的特点和主要用途。
答：G.652：也称标准单模光纤，是指零色散点在1310nm附近的光纤；在1550nm处，G.652光纤具有最低损耗特性。
“光纤技术及应用”作业
姓名学号序号1．叙述低通抽样定理2．非均匀量化与均匀量化有何区别？采用非均匀量化的目的是什么？如何实现非均匀量化？3．叙述A律13折线4．单路话音信号的带宽为4kH z，对其进行PCM传输，求：(1)最低抽样频率；(2)抽样后按256级量化，求PCM系统的信息传输速率。
5．我国2M两种数字系列速率等级表。
1．应用费马原理导出反射定律。
2．某一渐变型多模光纤纤芯折射率分布为)](1[),,(222202y x n z y x n +-=α，式中0n 和α为常数。
用光线方程找出这种光纤中近轴光线的一般光路。
3．电磁场的波动方程----),,,(t z y x E →遵循的方程, 推导出亥姆霍兹方程----),,(z y x E →遵循的方程,。
1．何谓多模光纤？何谓单模光纤？2．何谓光纤数值孔径NA，讨论NA有什么物理意义？3．均匀光纤芯与包层的折射率分别为：n1=1.51，n2=1.40，试计算：(a) 光纤芯与包层的相对折射率差Δ(b) 光纤的数值孔径NA和孔径角。
(c）在10km长的光纤上，子午光线的光程差所引起的最大时延差Δτmax为多少。
4．光纤的相对折射率差的精确值2212212n nn-∆=，其近似值为'121n nn-∆=。
若光纤的n1=1.49，n2=1.48，试计算：（a）精确值∆（b）近似值'∆（c）∆与'∆之间的绝对误差和相对误差。
1．光纤的折射率分布公式为 _ ，公式中的g 为 _ 。
2．在光纤传输的波动理论中，纤芯中的横向传播常数u=_____ ______，包层中的横向传播常数w=_______ __，归一化频率V 与u 和w 的关系为_____ _____。
3．一阶跃光纤，其纤芯折射率1n =1.52，包层折射率2n =1.49。
试问：（a ）光纤放置在空气中，光从空气入射到光纤输入端面的最大接收角是多少？ （b ）光纤浸在水中(0n =1.33)，光从水中入射到光纤输入端面的最大接收角是多少？3．证明光纤纵向传输常数β取值范围为 n 2k ≤β≤n 1k4．在阶跃型光纤中，已知纤芯半径a=4μm ，纤芯折射率1n =1.49，相对折射率差Δ=0.0024，工作波长λ=1.31μm ，并且已求出导波归一化径向相位常数u=1.529。
光纤课后习题答案
光纤课后习题答案光纤课后习题答案光纤技术作为一种高速、高带宽的传输媒介，在现代通信领域得到了广泛的应用。
在学习光纤的过程中，课后习题是非常重要的一部分，通过解答习题可以帮助我们巩固所学的知识，提高自己的理解能力。
下面是一些常见的光纤课后习题及其答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是光纤？它有哪些特点？光纤是一种由光学玻璃或塑料制成的细长柔软的材料，其核心部分是一束光束。
光纤的特点包括：高带宽、低损耗、抗干扰能力强、体积小、重量轻等。
2. 光纤的工作原理是什么？光纤的工作原理是基于光的全反射现象。
当光线从光纤的一段进入时，会在光纤内部不断发生反射，从而沿着光纤传输。
光纤的核心部分具有高折射率，而外部包覆的护套则具有低折射率，这样可以确保光线在光纤内部的全反射。
3. 光纤的主要应用领域有哪些？光纤的主要应用领域包括通信、医疗、军事、工业等。
在通信领域，光纤被广泛应用于光纤通信、光纤传感等方面；在医疗领域，光纤被用于内窥镜、激光手术等医疗器械中；在军事领域，光纤被用于军事通信、激光导航等方面；在工业领域，光纤被应用于激光切割、光纤传感等方面。
4. 光纤的传输速度有多快？光纤的传输速度非常快，一般可以达到光速的70%~90%。
具体的传输速度取决于光纤的类型、长度以及所使用的设备等因素。
光纤的高传输速度是其在通信领域得到广泛应用的重要原因之一。
5. 光纤的损耗主要有哪些原因？光纤的损耗主要有三个原因：吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗。
吸收损耗是指光纤材料对光的吸收导致的能量损失；散射损耗是指光纤内部杂质或不均匀性导致的光的散射；弯曲损耗是指光纤被弯曲时，光线从光纤中逸出导致的能量损失。
6. 光纤的抗干扰能力强的原因是什么？光纤的抗干扰能力强主要有两个原因：一是光纤传输的是光信号，不受电磁干扰的影响；二是光纤的传输过程中信号不会衰减，不会受到其他信号的干扰。
7. 光纤的维护保养有哪些注意事项？光纤的维护保养需要注意以下几点：避免弯曲光纤，避免光纤与尖锐物体接触，保持光纤的清洁，避免光纤受到过高的温度或湿度等。
光纤通信简明教程原荣课后思考题
光纤优点：1、频带宽、传输容量大2、损耗小，中继距离长3、重量轻、体积小4、抗电磁干扰性能好5泄露小、保密性好6、节约金属材料光纤系统结构分为：点对点、一点对多点、网络拓扑结构光通网分：LAN MAN WAN光的本质？为什么相位差是（2πΔZ）/λ？光的本质是一种电磁波。
光波沿Z方向传播的数字表达Ex =E0COS(wt-kz+φ0 )，对于每一个wt是相同的，故被ΔZ分开的两点间的相位差Δφ可用kΔz简单表示，因为对于没一点wt是相同的。
假如相位差是0或2π的整数倍，则两个点是同相位，于是相位差Δφ=kΔz。
光纤结构：光纤是由Si02制成的纤芯和包层组成，为了保护光纤外面还增加尼龙外层。
包层的作用：把光纤限制在纤芯内。
尼龙外层：增强光纤的肉人心、机械强度和耐老话特性。
折射率的径向分布，光纤分为：阶跃光纤（SI）渐变光纤（GI）实用光纤分为：多模光纤(MM)、单模光纤（SM）常用单模光纤：标准单模光纤、色散单模光纤、非零色散移位光纤光纤传光原理：基于光的折射反射、描述光纤特性参数有：衰减、色散、带宽模式色散的产生:在多模光纤中，不同模式的光信号在光纤中传输的群速度不同，引起到达光纤末端的时间延迟不同经光探测后各模式混合使输出光生电流脉冲相对于输入脉冲展宽光连接器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连接的器件，对这种器件的基本要求是使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合进接收光纤。
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光耦合器的功能把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。
T形、星形、方向、波分。
光滤波器是从包含多个波长的输入光信号中提取出所需要波长的信号。
波分复用器把多个不同波长的发射机输出的光信号复合在一起，并注入一根光纤。
解复用器把一根光纤输出的多个波长的复合光信号，用解复用器还原成单个不同波长信号，并分配给不同的接收机。
光开关接通或断开光信号，转换光路，实现光信号的交换。
光纤光缆思考题
第一章光纤通信概述1、高质量的光纤通信要解决哪两个问题？（1）、理想光源；（2）、稳定可靠和低损耗的传输媒质。
2、按激光波长和传输模式光纤分哪四种？（1）、短波长（0.85um左右）多模光纤通信系统；（2）、长波长（1.31um）多模光纤通信系统；（3）、长波长（1.31um）单模光纤通信系统（4）、长波长（1.55um）单模光纤通信系统3、光纤通信有哪些优点？①、传输频带宽，通信容量大；②、损耗低、中继距离长；③、抗电磁干扰能力强；④、保密性能好；⑤、体积小，重量轻；⑥、节省有色金属和原料；⑦均衡容易；⑧软化点高。
4、利用光的折射原理分析光在不同媒质界面上的全反射现象由n1·sinθ1=n2·sinθ2得：当n1> n2时，从光密媒质射向光疏媒质，必有θ1<θ2，不发生全反射现象；当θ2=90·时，光线不再进入第二种煤质，此时θ1用θc表示，为临界角；当θ1>θc时，出现全反射现象，成为光信号在光纤通信中的必要条件。
第二章1、渐变光纤折射率分布指数g选什么值？在传光性能上有什么特点？g=2。
折射率最佳分布，光线具有自聚焦能力。
2、已知n1、n2（阶跃光纤），计算△、N A。
相对折射率：△=（n12-n22）/ 2n12数值孔径：N A= n12-n22 = n1 2△。
3、什么是模场直径？什么是截止波长？模场直径——单模光纤中基模的电场强度随空间变化的分布。
截止波长——单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长。
4、对光纤的几何参数有什么要求？芯直径：d=50±3μm；包层直径：D=125±3μm；纤芯不圆度：e < 6%；包层不圆度：E < 2%；纤芯/包层同心度偏差：c < 6% 。
5、单模光纤与多模光纤在结构上主要区别是什么？纤芯直径。
6、光纤损耗分哪几类？每一类又有什么损耗。
吸收损耗：本征吸收损耗：红外吸收损耗、紫外吸收损耗。
梁瑞生《现代光纤通信技术及应用》课后习题及参考答案
第1章概述1－1、什么是光纤通信？参考答案：光纤通信(Fiber-optic communication)是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，其先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。
光经过调变后便能携带资讯。
光纤通信利用了全反射原理，即当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。
1－2、光纤通信技术有哪些特点？参考答案：(1)无串音干扰，保密性好。
(2)频带极宽，通信容量大。
(3)抗电磁干扰能力强。
(4)损耗低，中继距离长。
(5)光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设。
除以上特点之外，还有光纤的原材料资源丰富，成本低;温度稳定性好、寿命长等特点。
1－3、光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
参考答案：光纤通信系统最基本由光发送机、光接收机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。
其中光发送机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光接收机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。
(1)光发送机：由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。
其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
(2)光接收机：由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。
其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。
(3)光纤线路：其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
(4)中继器：由光检测器、光源和判决再生电路组成。
它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。
(5)无源器件：包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。
第一章 思考题：
第一章思考题：1．从复合材料增韧角度分析涂覆层的作用。
2．试比较三种光纤基本结构与特点。
3．分析三种光缆结构的优劣及其适用场合。
4．光纤产品型谱编制原则及相关知识讨论。
５．阐述20世纪90年代后期发明的多种最新光纤的特点。
６．阐述光纤光缆的发展历程及其特点、主要应用领域。
第二章思考题：1.如果光源发出的光波是一种波长为1.31μm的高斯光束，其对准时的光斑尺寸是1mm，问扩散角是多少？并计算距离分别为10m、1Km、10Km时的光斑尺寸是多少。
2.试计算光源波长分别为0.65、0.78、0.85、1.31、1.55的光子能量，问那种波长具有最高的能量。
3. 当一束很细的“白光”以60°的入射角从空气入射到冕牌玻璃表面，它的折射光路怎样？试计算紫光、红光的折射角（分别为34.4°、34.9°），画出光路图。
4.在多模石英光纤中，常用的传输自由空间波长为0.85、1.31、的光波，试计算此种光纤中传输的相速度和群速度，二者有何关系？5.当石英光纤中传输的光波入射到石英和空气界面时，发生全反射的布鲁斯特角和临界角各是多少，当入射角等于布鲁斯特角时，会发生什么现象？6.自由空间光波的波长是1.31，其从高折射率的玻璃（n1=1.480）介质中入射到低折射率的玻璃介质中（n2=1.450）如果入射角为85°，试计算垂直场强分量的反射波的横向古斯汉森位移。
若从空气中入射到玻璃中，保持入射角不变，这时产生的古斯汉森位移是多少。
7.考虑光波在纯石英玻璃介质中传输时，若波长为1.55，在该波长下的介质折射率为1.445，请计算此时的相速度、群速度和群折射率是多少。
8. 试推证多模阶跃型光纤中子午光线和斜射光线的导光原理与导光条件。
9.推证多模梯度型光纤中子午光线导光原理与导光条件。
10.试推证梯度型多模光纤中光波轨迹方程的数学表达式的形式。
11.单模光纤的导光原理及基本的理论依据是什么？12讨论自聚焦光纤的工作特点与自聚焦基本原理。
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光纤技术与应用思考题20100316
第1章 绪论
1、光纤的基本结构主要包括哪三部分组成？各部分的功能各是什么？。
第2章 光纤传输机理的光线理论分析
1、光纤的数值径的定义，以及它的物理意义是什么？反射型光纤的数值孔径（N.A.）反映了光纤的什么本领。
N.A.的大小与光纤的纤芯直径的关系是什么？
2、设反射型光纤的纤芯和包层折射率分别为n 1和n 2，试推导其数值孔径NA 的表达
式。
若n 1=1.6709，n 2=1.4704，则光纤的NA=？集光率f=？
3、光线在反射型光纤内全反射时，仍有一按什么规律衰减的波透入界面，透入的深度为多少，平均透过的能流多少？
4、子午光线在反射型光纤内的总几何程长以及总反射次数如何计算？对于反射型光纤，斜光线的最大入射角、几何程长、反射次数与子午光线的相比有何判别。
5、设一直圆柱形光纤纤芯和包层折射率分别为n1=1.62和n2=1.52，光纤长L=1m ，光纤芯径m d μ17=，光纤放置在空气中，入射角为0θ=15
的子午光线从一端入射，在光纤内部全反射而传播。
计算该光线在光纤中的光程l 及反射次数η。
设纤芯的吸收系数为α=0.001/cm ，若忽略光纤纤芯和包层之间的界面反射损耗，试计算光纤的透过率为多少？相当于衰耗是多少dB ？
6、一阶跃折射率分布多模光纤的参数如下：芯直径：50μm ，折射率：1.51； 包层直径：125μm ，折射率：1.46；光纤长度5km
(1) 计算光纤的数值孔径N.A.、集光率f 和光纤入射端最大入射角；
(2) 计算芯与层界面上的入射临界角；
(3) 画图说明光脉冲在该光纤中传播过程中脉冲展开的原因；
(4) 并计算该光纤中光脉冲展开最大延迟时间。
7、圆柱阶跃型光纤弯曲时对子午传播有何影响？
8、在梯度折射率光纤中，光线传播路径有何特点？设有一梯度折射率光纤,其折射率满足抛物线分布)2
11)(0()(22r n r n α-=,式中，α =140rad/mm, 试求:当近轴光线入射时, 近轴子午光线的路径方程？光纤中光线每传播一周期的长度为多少?若光纤的总长度为1 km, 光线在光纤中共传播了多少个周期?
9、与光学透镜相比，自聚焦透镜在结构上的主要特点是什么？
10、已知自聚焦透镜的矩阵方程⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢
⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡00cos sin sin 1cos P r z z z z P r αααααα，自聚焦透镜的
长度为απ2/=z ，求：（1）自聚焦透镜的焦距、物方和像方有主点及焦点位置；
（2）物位于2倍焦距之外，试用作图法求解物通过自聚焦透镜后所成的像，并说明所成像的性质（正与倒，虚与实，放大与缩小）。
第3章 光纤的特性
1、光纤的损耗主要包括哪三种损耗？画出通信光纤的光谱损耗曲线，并说明光纤传输特性。
2、光纤的色散主要有哪三种类型？
3、光纤的损耗与色散对光纤通信系统分别有何影响？
第4章 光纤的材料与制造、光纤的分类、光缆
1、拉制多模反射型光纤的方法主要有哪两种方法？制作折射型光纤常用什么方法？
2、试述制备光纤预制棒的主要工艺过程与方法。
3．制备光纤芯棒的主要方法有四种方法？
4、光纤通信系统中常有哪三种类型的光纤？并说明各自使用场合及传输特性。
5、光纤的应用领域主要包括哪此方面？
第5章 无源光器件
1、试举出五种不同类型的光无源器件，并说明它们的在光纤系统中的作用。
2、光纤隔离器在光纤系统中的作用是什么？画出其工作原理图。
3、试用干涉滤光片法设计一4波长波分复用器，画出原理图。
第7章 光纤传像的器件、系统与应用
1、为什么相关光纤束（传像束）能传输图像？设光纤传像束的单丝直径d =14微米，试求正方形排列和六角形排列情况下的理论极限分辨率。
2、画图说明波分复用改善光纤传像系统像质的原理。
第8章 光纤通信技术
1、画图说明光纤通信系统主要由哪五部分构成？并简述各自作用是什么？
第9章 光纤传感技术
1、根据光纤所起作用，光纤传感器可分成哪两类？各自的工作原理是什么？这两种类型的光纤传感器中光纤各起什么作用？
2、利用光纤Mach-Zehnder 干涉仪测量温度的原理是什么？请画出光纤M-Z 干涉仪原理光路图，并说明之。
3、Sagnac 效应及光纤陀螺仪的工作原理。