光纤通信复习思考题

光纤习题

第一章思考题与习题1、光通信的发展经历了那三个阶段？2、为什么说1970年是光纤通信的元年？高琨的主要贡献是什么？3、什么是光纤通信？光纤通信有哪些优缺点？4、光纤通信使用的波长和频率在什么范围？光纤通信采用的三个窗口是那三个？5、激光的特点是什么？6、光纤通信系统主要由哪几部分组成？简述各部分的主要作用。

7、光纤通信系统是怎样分类的？试简单比较数字光纤通信系统与模拟光纤通信系统的优缺点。

8、光纤通信向那些方面发展？8、我国“十五”863计划中提出的光时代计划的指导思想是什么？第二章习题与思考题1、光纤由那几层构成，各层的主要作用是什么？2、光纤是怎样分类的？3、光纤的制造主要有哪三个过程？4、分析光纤传光原理有哪些方法？使用这些方法的条件是什么？5、什么是子午光线、斜光线、螺旋光线？6、均匀光纤与包层的折射率分别为：n1＝1.5、n2＝1.45，试计算：(1) 光纤芯与包层的相对折射率差Δ＝？(2) 光纤的数值孔径NA=?(3) 在1m长的光纤上，由于子午光线的光程差所引起的最大时延差Δτmax=?7、已知均匀光纤芯的折射率n1＝1.5 ，相对折射率差Δ＝0.01，芯半径a=25μm，试求：(1)LP01、LP02、LP11和LP12模的截止波长各为多少？(2)若λ0=1 μm，计算光纤的归一化频率V以及其中传播的模数量M各等于多少？8、均匀光纤，若n1＝1.5 ，λ0=1.3 μm，计算：(1)若Δ＝0.25，为了保证单模传输，其芯半径应取多大？(2)若取a=5 μm,为保证单模传输，Δ应取多大？9、目前光纤通信为什么采用以下三个作波长：λ0=0.85 μm，λ2=1.31 μm，λ3=1.55 μm？10、光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？11、光纤色散产生的原因及危害是什么？12、光纤损耗产生的原因及危害是什么？13、阶跃折射率光纤中，n1＝1.52，n2＝1.49(1)光纤浸入水中(n0＝1.33)，求光从水中入射到光纤输入端面的最大接收角；(2)光纤放置在空气中，求数值孔径。

《光纤通信》原荣第三版第9章复习思考题参考答案

原荣编著《光纤通信（第3版）》1第9章复习思考题参考答案9-1 解释为什么用色散补偿光纤（DCF ）补偿普通单模光纤的色散答：在具有正色散值的标准单模光纤之后接入一段在该波长下具有负色散特性的色散补偿光纤，就可以对普通单模光纤进行色散补偿，如图9.5.1所示。

其色散补偿的原理可以这样理解，在这两段光纤串接的情况下，输出脉冲包络的幅度变成()()22112221i ,0,exp ()i d 22A L t A L L t ωωββωω∞-∞⎛⎫=+- ⎪π⎝⎭⎰ （9.5.1）式中，21L L L +=，j 2β是长j L （2 ,1=j ）光纤段的GVD 参数。

此时色散补偿条件为0222121=+L L ββ，因为()j j c D 22/π2βλ-=，所以色散补偿条件变为02211=+L D L D （9.5.2）满足式（7.7.4）时，()()t A t L A ,0,=，光纤输出脉冲形状被恢复到它输入的形状。

色散补偿光纤的长度应满足 ()1212L D D L -= （9.5.3）从实用考虑，2L 应该尽可能短，所以它的色散值2D 应尽可能大。

图9.5.1 用负色散的色散补偿光纤对正色散标准单模光纤的色散进行补偿9-2 解释用马赫-曾德尔干涉滤波器补偿光纤色散的原理答：从3.3节已经知道，马赫-曾德尔干涉滤波器的原理是基于两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。

由于两臂的长度差为L ∆，所以经两臂传输后的光，就产生相位差()c n L f ∆=∆π2φ，式中n 是波导折射率。

用平面硅波导已制成用多个马赫-曾德尔干涉器级联的光纤色散补偿器，图9.6.2表示它的原理图，该器件由12个臂长不等的耦合器串联组成，尺寸为2mm 7152⨯，损耗为8 dB 。

在一个臂上镀鉻，以便通过加热改变臂长从而控制光程相位差。

该器件的优点是可以通过臂长和 M-Z 干涉器的数量来控制色散均衡特性。

第9章复习思考题参考答案2马赫-曾德尔干涉滤波器的工作原理可以这样理解，将器件设计成经较长路经传输的高频分量在输出端满足相长条件，而低频分量则满足相消条件；相反，经较短路经传输的低频分量在输出端满足相长条件，而高频分量则满足相消条件。

《光纤通信》第7章复习思考题参考答案分解

第7章复习思考题参考答案7-1 光纤数字通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素答：光纤传输系统光源的发射功率和线性都有限，因此通常选择二进制脉冲传输，因为传输二进制脉冲信号对接收机SNR的要求非常低（15.6 dB，见5.5.2节），甚至更低（见7.7.2节），对光源的非线性要求也不苛刻。

信道编码的目的是使输出的二进制码不要产生长连“1”或长连“0”（Consecutive Identical Digits, CID），而是使“1”码和“0”码尽量相间排列，这样既有利于时钟提取，也不会产生因长连零信号幅度下降过大使判决产生误码的情况。

7-2 光纤数字通信系统中常用的线路码型是什么答：大多数高性能干线系统使用扰码的NRZ码，如SDH干线。

这种码型最简单，带宽窄，SNR高，线路速率不增加，没有光功率代价，无需编码。

在发送端只要一个扰码器，在接收端增加一个解扰码器即可，使其适合长距离系统应用。

扰码和解扰可由反馈移位寄存器和对应的前馈移位寄存器实现。

通过扰码器可将简单的二进制序列的“0”码和“1”码的分布打乱，并按照一定的规律重新排列，从而减少长串连“0”，或长串连“1”，并使“0”码和“1”码的分布均匀，使定时提取容易。

但是，扰码没有引入冗余度，还不能根本解决问题，所以在现代通信系统中，还需要进行码变换。

m B n B编码就是一种码变换。

另一种在ITU-T G.703建议中规定PDH接口速率139.264 Mb/s和SDH接口速率155.520 Mb/s的物理/电接口码型是CMI码，它规定输入码字为“0”时，输出为01；输入码字为“1”时，输出为00或11。

双二进制编码（Duo Binary，DB）技术能使“0”和“1”的数字信号，经低通滤波后转换为具有三个电平“1”、“0”和“ 1”的信号。

这种技术与一般的幅度调制技术比较，信号谱宽减小一半，这就使相邻信道的波长间距减小，可扩大信道容量，所以有的高速光纤通信系统采用双二进制编码。

《光纤通信》原荣第三版第5章复习思考题参考答案

第5章复习思考题参考答案5-1 光探测器的作用和原理是什么答：光探测器的作用是利用其光电效应把光信号转变为电信号。

光探测器的原理是，假如入射光子的能量h ν超过禁带能量E g ，只有几微米宽的耗尽区每次吸收一个光子，将产生一个电子-空穴对，发生受激吸收，如图5.1.1（a ）所示。

在PN 结施加反向电压的情况下，受激吸收过程生成的电子-空穴对在电场的作用下，分别离开耗尽区，电子向N 区漂移，空穴向P 区漂移，空穴和从负电极进入的电子复合，电子则离开N 区进入正电极。

从而在外电路形成光生电流P I 。

当入射功率变化时，光生电流也随之线性变化，从而把光信号转变成电流信号。

5-2 简述半导体的光电效应答：在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带。

如果占据高能带（导带）c E 的电子跃迁到低能带（价带）v E 上，就将其间的能量差（禁带能量）v c g E E E -=以光的形式放出，如图4.2.2所示。

这时发出的光，其波长基本上由能带差E ∆所决定。

图4.2.2 光的自发辐射、受激发射和吸收反之，如果把能量大于hv 的光照射到占据低能带v E 的电子上，则该电子吸收该能量后被激励而跃迁到较高的能带c E 上。

在半导体结上外加电场后，可以在外电路上取出处于高能带c E 上的电子，使光能转变为电流，这就是光接收器件的工作原理。

5-3 什么是雪崩增益效应答：光生的电子-空穴对经过APD 的高电场区时被加速，从而获得足够的能量，它们在高速运动中与P 区晶格上的原子碰撞，使晶格中的原子电离，从而产生新的电子-空穴对，如图5.2.4所示。

这种通过碰撞电离产生的电子-空穴对，称为二次电子-空穴对。

新产生的二次电子和空穴在高电场区里运动时又被加速，又可能碰撞别的原子，这样多次碰撞电离的结果，使载流子迅速增加，反向电流迅速加大，形成雪崩倍增效应。

APD 就是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增的高灵敏度探测器。

图5.2.4 APD雪崩倍增原理图5-4 光接收机的作用是什么答：光接收机的作用就是检测经过传输后的微弱光信号，并放大、整形、再生成原输入信号。

光纤通信实验报告思考题

1、不考虑非线性效应，无啁啾的脉冲经过光纤的正常色散区和反常色散区传输后分别具有什么样的啁啾？为什么？答：不考虑非线性效应，无啁啾的脉冲经过光纤的正常色散区后具有正啁啾和反常色散区传输后具有负啁啾。

无啁啾的脉冲工作在正常色散区后，低频比高频传播得快，造成脉冲后沿传播速度比前沿传播速度快，从而产生正啁啾。

无啁啾的脉冲工作在反常色散区后，高频比低频传播得快，造成脉冲前沿传播速度比后沿传播速度快，从而产生负啁啾。

2、低峰值功率的脉冲（不考虑非线性效应）在什么情况下，经过光纤传输会产生压缩效应？答：脉冲要发生压缩的情形，应满足 2C<0，且。

但一般的半导体激光器光源在直接强度调制时产生的光脉冲是负啁啾C<0，因此必须采用β2>0的单模光1、传输光纤为G.652光纤，工作波长为C波段，如传输系统采用光纤光栅进行色散补偿，则需要什么类型的光纤光栅？其工作原理是什么？传输光纤为G.652光纤，工作波长为C波段，如传输系统采用光纤光栅进行色散补偿，则需要啁啾光纤光栅。

啁啾光纤光栅(Chirped FBG)的光栅周期（空间频率）随光纤长度有变化的光纤布拉格光栅，主要用于光纤色散补偿。

其工作原理是，普通单模光纤在1550nm波长时为色散值D>0（反常色散区）。

光脉冲的高频分量（蓝移）较低频分量（红移）传输得快，导致脉冲展宽。

经啁啾光纤光栅传输以后的入射光中的长波长分量（低频）位于脉冲后沿，使其在光栅的起始端就反射，而短波长分量位于脉冲的前沿，使其在光栅的末端才被反射，于是就补偿了色散效应，使脉冲宽度被压缩甚至还原。

1、有两个脉冲，其宽度不同，但峰值功率相同，通过相同的光纤后（不考虑光纤的色散），由自相位调制效应所展宽的光谱是否相同？答：不相同。

脉冲频谱的展宽程度还与脉冲形状有关。

2、脉冲在光纤中的自相位调制效应跟什么因素有关系？如何增强自相位调制效应？答：自相位调制效应与输入光功率、传输距离、材料非线性折射率、光纤的型号、信号光的波长、输入脉冲的形状等因素有关。

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。

光纤通信概论考题,复习题及答案

光纤通信概论参考题库1、光电二极管的主要功能是什么：将信号光功率转化成信号电流2、P-I-N代表什么意思？P型半导体和N型半导体之间夹有一层厚的本征型半导体。

3、与P-N光电二极管相比P-I-N的优点是什么？大大提高了光电转换效率，同时还提高了PIN管的响应速度。

4、与P-I-N光电二极管相比APD的优点是什么？内置放大，不引入外部电路相关噪声，偏压电路简单、价格低，超高速和较高灵敏度的接收器。

5、APD的缺点是什么？极大的温度倚赖性，存在倍增随机噪声，偏压电路复杂、价格高。

6、光电二极管的响应度是0.85A/W，饱和输入光功率是1.5mW，当入射光功率是1mW和2mW时，光电流分别是多少？解：当输入光功率是1mW时，由I=RP，可得，I=RP=[ 0.85A/W] ×[1mW]= 0.85mA当输入光功率是2mW时，公式I=RP不适用，因此我们无法得到光电流的值。

7、光波长解复用器的作用是什么?把在同一根光纤中传输的不同波长信道分别送到不同的光纤中传输。

（即：分解同一根光纤中传输的不同波长信道）8、解释电吸收调制器的工作原理：电吸收调制器的工作原理为，由激光器发射的连续光穿过半导体波导管。

当不加电压时，光直接穿过，因为它的截止波长λC小于入射光的波长；当加上了调制电压后，波导材料的禁带Eg变窄了。

这称为弗朗兹-科尔迪希效应，它是理解EA调制器工作原理的关键。

由于禁带Eg变窄，因而截止波长增大（λC=1024/ Eg ），波导材料开始吸收入射光。

因此，通过对半导体波导管施加调制电压，可以改变其吸收特性。

9.写出几种无源器件，它们的用途？1.光纤连接器：连接光纤2.光衰减器：减少传输光功率3.光纤定向耦合器：实现光的分路、合路4.波分复用器：5.光隔离器：阻挡背向光，保护激光器、光纤放大器6.光环行器7.光滤波器：对光波进行筛选，允许特定波长范围光通过8.光开关：用光控制电路的通路或断路9.光调制器10.把你所知道的光纤通信元件分为两组：有源的和无源的。

《光纤通信》第7章复习思考题参考答案

第7章复习思考题参考答案7-1 光纤数字通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素答：光纤传输系统光源的发射功率和线性都有限，因此通常选择二进制脉冲传输，因为传输二进制脉冲信号对接收机SNR的要求非常低（15.6 dB，见5.5.2节），甚至更低（见7.7.2节），对光源的非线性要求也不苛刻。

信道编码的目的是使输出的二进制码不要产生长连“1”或长连“0”（Consecutive Identical Digits, CID），而是使“1”码和“0”码尽量相间排列，这样既有利于时钟提取，也不会产生因长连零信号幅度下降过大使判决产生误码的情况。

7-2 光纤数字通信系统中常用的线路码型是什么答：大多数高性能干线系统使用扰码的NRZ码，如SDH干线。

这种码型最简单，带宽窄，SNR高，线路速率不增加，没有光功率代价，无需编码。

在发送端只要一个扰码器，在接收端增加一个解扰码器即可，使其适合长距离系统应用。

扰码和解扰可由反馈移位寄存器和对应的前馈移位寄存器实现。

通过扰码器可将简单的二进制序列的“0”码和“1”码的分布打乱，并按照一定的规律重新排列，从而减少长串连“0”，或长串连“1”，并使“0”码和“1”码的分布均匀，使定时提取容易。

但是，扰码没有引入冗余度，还不能根本解决问题，所以在现代通信系统中，还需要进行码变换。

m B n B编码就是一种码变换。

另一种在ITU-T G.703建议中规定PDH接口速率139.264 Mb/s和SDH接口速率155.520 Mb/s的物理/电接口码型是CMI码，它规定输入码字为“0”时，输出为01；输入码字为“1”时，输出为00或11。

双二进制编码（Duo Binary，DB）技术能使“0”和“1”的数字信号，经低通滤波后转换为具有三个电平“1”、“0”和“ 1”的信号。

这种技术与一般的幅度调制技术比较，信号谱宽减小一半，这就使相邻信道的波长间距减小，可扩大信道容量，所以有的高速光纤通信系统采用双二进制编码。

光纤通信课后习题解答-第9章参考答案

光纤通信课后习题解答-第9章参考答案思考题参考答案1、SDH帧由哪⼏部分组成？SDH有哪些显著特点？答：SDH帧由净负荷，管理单元指针和段开销三部分组成。

SDH主要优点有：⾼度标准化的光接⼝规范、较好的兼容性、灵活的分插功能、强⼤的⽹络管理能⼒和强⼤的⾃愈功能。

其缺点有：频带利⽤率不如PDH⾼、设备复杂性增加、⽹管系统的安全性能要求⾼。

2、根据帧结构，计算STM-1、STM-4的标称速率。

解：STM-1的标称速率：⼀帧的⽐特数：9×270×8＝19440（⽐特），传送⼀帧所⽤时间为125µs，故标称速率为：19440/(125×10－6)＝155520（kb/s）。

STM-4的标称速率：STM-4帧为9⾏，270×4列，传送⼀帧所⽤时间为125µs。

可以看出STM-4的列数是STM－1的4倍，其余都⼀样，所以：STM －4的标称速率为：155520×4＝622080（kb/s）3、STM-N帧长、帧频、周期各为多少？帧中每个字节提供的通道速率是多少？答：STM-N帧长为9×270N×8⽐特，帧频8000帧/秒，周期为125µs。

帧中每个字节提供的通道速率为：8⽐特/帧×8000帧/秒＝64kb/s。

4、段开销分⼏部分？每部分在帧中的位置如何？作⽤是什么？答：段开销分为再⽣段开销和复⽤段开销两部分。

再⽣段开销位于STM-N帧中的1~3⾏的1~9×N列，⽤于帧定位，再⽣段的监控、维护和管理。

复⽤段开销分布在STM-N帧中的5~9⾏的1~9×N列，⽤于复⽤段的监控、维护和管理。

5、管理单元指针位于帧中什么位置？其作⽤是什么？答：管理单元指针存放在帧的第4⾏的1~9×N列，⽤来指⽰信息净负荷的第⼀个字节在STN-N帧内的准确位置，以便正确地分出所需的信息。

6、简述2.048Mbit/s信号到STM-1的映射复⽤过程。