光纤例题讲解,习题
光纤通信习题及答案
五、问答（共2题，第1题8分，第2题10分，共18分）
1、阐释WDM的概念，什么是CWDM,什么是DWDM，并写出WDM中的两种重要器件。
WDM，波分复用是指将两种或者多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原。CWDM，粗波分复用系统，是最早的WDM技术，它指1310/1550nm两波长系统，之间波长间隔达两百多纳米。DWDM是密集波分复用系统，是一种波长间隔更紧密的WDM系统。现在的WDM通道间隔只有0,8-2nm，甚至小于0.8nm。WDM中最重要的两种器件分别是光分叉复用设备OADM和光分叉复用器OXC。
定位：将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TU PTR）或管理单元指针（AU PTR）的功能来实现
复用：将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道(TU-12(×3)->TUG(×7)->TUG-3(×3)->VC-4)或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程(AU-4(×1)->AUG（×N）->STM-N)
(a)二纤单向通道倒换环
当BC光缆段的光纤同时被切断，注意此时网元支路板的并发功能没有改变，也就是此时S1环和P1环上的业务还是一样的。如图(b)所示。
(b)二纤单向通道倒换环
网元A到网元C的业务由网元A的支路板并发到S1和P1光纤上，其中S1业务经光纤由网元D穿通传至网元C，P1光纤的业务经网元B穿通，由于B—C间光缆断，所以光纤P1上的业务无法传到网元C，不过由于网元C默认选收主环S1上的业务，这时网元A到网C的业务并未中断，网元C的支路板不进行保护倒换。网元C的支路板将到网元A的业务并发到S1环和P1环上，其中P1环上的C到A业务经网元D穿通传到网元A，S1环上的C到A业务，由于B—C间光纤断所以无法传到网元A，网元A默认是选收主环S1上的业务，此时由于S1环上的C→A的业务传不过来，这时网元A的支路板就会收到S1环上TU-AIS告警信号。网元A的支路板收到S1光纤上的TU-AIS告警后，立即切换到选收备环P1光纤上的C到A的业务，于是C→A的业务得以恢复，完成环上业务的通道保护，此时网元A的支路板处于通道保护倒换状态——切换到选收备环方式。
光纤例题
第一章例1:设每路声音信道的带宽为4kHz，假设系统带宽是载波的1%，请问载波波长λ为1.06μm的光能运多少声音信道？解：载波波长λ=1.06μm载波频率f0=c/ λ=3×108m/s/1.06μm=2.83×1014Hz,系统带宽B= 1%f0=2.83×1012Hz，每路声音信道的带宽B1=4kHz，声音信道数N=B/B1 =2.83×1012/4×103 =7×108路（7百兆路，7亿）例2：假定地球上有1010个家庭(亿108 100亿) ，每个家庭有一部电话，如果使用频分复用，在一条线路上同时发送这些电话信号，请问要求的最小带宽B1是多少?若用Fiber传输，一个光波（0.8、1.3、1.5）可以携带这个复用的信号吗?解：最小带宽B1= 1010×4×103=4×1013HZ(1)若用λ=0.8μm的光纤传输其频率f0=c/ λ=（3×108m/s）/0.8μm=3.75×1014Hz因f0=3.75×1014Hz大于B= 4×1013HZ，所以用一个0.8μm的光波可以携带这个复用的信号。
（2）若用λ=1.3μm的光纤传输其频率f0=c/ λ=（3×108m/s）/1.3μm=2.3×1014Hz因f0=2.3×1014Hz大于B= 4×1013HZ，所以用一个1.3μm的光波也可以携带这个复用的信号。
（3）若用λ=1.5μm的光纤传输其频率f0=c/ λ=（3×108m/s）/1.5μm=2.0×1014Hz因f0=2.0×1014Hz大于B= 4×1013HZ，所以用一个1.5μm的光波也可以携带这个复用的信号。
计算题：补1：假定数字系统的数字速率是载波频率的1%，分别计算载波频率为10kHz、1MHz、100 MHz、10GHz和波长为1.0μm时的比特速率？（参考答案：100b/s、104b/s、1Mb/s、108b/s、3×1012b/s）第二章例2-1 波长为1300nm的光在石英玻璃SiO2中（n=1.45）传播时，求入射到空气界面发生全反射时的临界角θc。
光纤通信期末习题讲解和分析
(2) 光隔离器可以将题目中的反射功率减小50倍，问这个隔
离器的隔离度是多少？
作业 1
X型（ 2×2 ）分路器
4
第四章 无源光器件
3
1
2
P3 P2 A 1 , 4 10 log P4 P1 (dB) (dB)
主要参数
分光比
(Splitting ratio)
T
方向系数
(Direction coefficient)
第三章 光源与光电探测器
作业
1. 一峰值波长在800nm的GaAs激光器，谐振腔长400μm， 材料折射率n=3.6。如果增益g在750nm< <850nm的范 围内都大于总损耗 ，试求此激光器中存在多个模式？ 2. (a) 有一GaAlAs半导体激光器，其谐振腔长500μm，腔内
总吸收系数 i 为10cm-1，两端非涂覆解理面的反射率为 32%，求在辐射阈值条件下的光增益;
解法（1）严格解： 谐振级数： m 1
2 nL
1
2 nL
2 3 . 6 400 10 750
3
3840
3
m2
2
2 3 . 6 400 10 850
3388 . 2
满足谐振的各个模式的谐振级数分别为：
3389 , 3390, 3391, , 3839
2
2
单模光纤: V ≤2.405
2 a 1310 nm 1 . 5 1 . 48
2 2
2 . 405
a
2 . 405 1 . 31 μm 2 1 . 5 1 . 48
2 2
2 . 054 μm
纤芯半径应小于2.054μm
光纤通信(题和答案)
一、填空1. 光纤是由中心的 纤芯 和外围的 包层 同轴组成的圆柱形细丝;为实现光能量在光纤中的传输，要求中心的 的折射率 稍高于 外围的 包层 的折射率.2. 渐变型光纤的 自聚焦效应 说明不同入射角的光线，虽然经历的路程不同，但最终都会聚在 一点上。
3. 单模光纤传输的条件为 v=（2πa/λ）405.22122<=-n n 。
4. 由于 色散 的存在，使得在光纤中传输的光纤信号,无论是模拟信号还是数字信号的幅度都要减小；光纤的 损耗 决定了系统的 传输距离 。
（色散限制了带宽)5. 通信网由 SDH 传送网 、 WDM 光网络 、光接入网 组成。
6. PON 即 无源光网络 分多址（TDMA) 波分多址（WDMA) （AON 有源光网络）7. 接入网由 业务节点接口（SNI) 和 用户网络接口(UNI ） 之间的一系列传送实体组成，为供给电信业务而提供所需的传送承载能力，可经由网络管理接口 3Q 配置和管理。
8. 在SDH 中，将低速的支路信号复接为高速信号,需经过 传输媒质层网络 、通道层网络 、 电路层网络 。
9.DWDM系统可分为双纤单向传输 WDM系统和单纤双向传输 WDM系统。
光与物质互相作用时有三种基本过程：受激吸收/自发辐射/受激辐射二、选择题1.1970年,光纤研制取得了重大突破,美国康宁公司成功研制了损耗为（ A )的石英光纤，从而展现了光纤通信美好的前景。
A）20 dB/km B）1000 dB/km C） 2.5 dB/km D）4 dB/km2.光纤中传送的电磁场模式为 DA)TM波 B）EM波 C) TEM波 D） TM、EM及其混合波3.影响多模光纤中的色散主要是 C>A>BA）材料色散 B）波导色散 C）模式色散 D)色度色散4.下列哪项不属于光无源器件：DA）连接器 B）光耦合器 C)光隔离器 D）光检测器5.下列不属于数字光发射机调制特性的是 DA）电光延迟 B）弛张振荡 C)自脉动现象 D)暗电流噪声6.平均故障间隔时间常用下列哪项表示 BA）MTTR B)MTBF C）MFRB D)MRTT7.EDFA工作的窗口是 BA）1310 nm B）1550nm C）980nm D）1480nm8.下列哪项不属于我国在传输参考模型中提出的参考数字DA)420 km B）5000km C)280km D)6400km （美国）9.二纤单向复用段倒换环利用下列甚磨协议实现倒换环功能（A）A）APS B）AIS C)AC D）SOA10.STM-1是SDH的同步传输模块，传输速率是AA）155.520 Mb/s B）2.048 Mb/s C）1.544 Mb/s D）622.080 Mb/s三、判断正确与错误1.1960年，美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器(T )2.NA越大，则光纤中的信息传输量越大。
光纤习题详解(word)
2Chap.1 No.1 光纤通信有哪些优点？●参见1.2.1。
3Chap.1 No.2比较五代光纤通信系统的主要特点与差别。
●参见1.1，注意各代系统在传输容量和关键技术上的区别。
4Chap.1 No.3为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm三种。
●参见1.3.2，由于目前使用的光纤均为石英光纤，而石英光纤的损耗－波长特性中有三个低损耗的波长区，即波长为850nm、1310nm、1550nm三个低损耗区。
为此光纤通信系统的工作波长只能是选择在这三个波长窗口。
5Chap.2 No.1 光纤产生衰减的原因是什么？衰减对通信有什么影响？……则该光纤的衰减系数α为多少？●光纤产生衰减的原因包括吸收、散射和辐射。
衰减会导致信号功率损失，造成接收困难。
●α (1550nm)＝10lg(Pin/Pout)/L=10lg(4/3)/5≈0.25dB/km6Chap.2 No.2 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？●瑞利散射是由于光纤内部的密度不均匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。
●光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生了散射。
瑞利散射损耗的大小与4/1成正比。
7Chap.2 No.3 光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？●光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的传输信号畸变的一种物理现象。
●色散会导致传输光脉冲的展宽，继而引起码间干扰，增加误码。
对于高速率长距离光纤通信系统而言，色散是限制系统性能的主要因素之一。
8Chap.2 No.4 光纤中色散有几种？单模传输光纤中主要是什么色散？多模传输光纤中主要存在什么色散？●从产生机理而言，光纤中的色散主要包括材料色散、波导色散和模式间色散。
光纤通信简明教程习题及题解
光纤通信简明教程习题及题解《光纤通信简明教程》习题及题解1-1 光程差计算波长为1.55 µm 的两束光沿z ⽅向传输，从A 点移动到B 点经历的路径不同，其光程差为20 µm ，计算这两束光的相位差。
解：两束光的相位差由式（1.2.8）可知2z φλπΔΔ== 2π×20/1.55 = 25.8 π弧度2-1 mW 和dBm 换算⼀个LED 的发射功率是3 mW ，如⽤dBm 表⽰是多少？经过20 dB 损耗的光纤传输后还有多少光功率？解：LED 的输出功率⽤式（B.1）计算为dBm = 10 log P = 10 log 3 ≈ 4.77 dBm或者从附录D 中查表也可以近似得到。
经过20 dB 损耗的光纤传输后，还有4.77 ? 20 = ?15.23 dBm 的光功率。
2-2 光纤衰减注⼊单模光纤的LD 功率为1 mW ，在光纤输出端光电探测器要求的最⼩光功率是10 nW ，在1.3 µm 波段⼯作，光纤衰减系数是0.4 dB/km ，请问⽆需中继器的最⼤光纤长度是多少？解：由式（2.3.3）可得3in 9dB out 111010lg 10lg 125 km 0.41010P L P α===????×???? 2-3 材料⾊散光源波长谱宽λΔ和⾊散τΔ指的是输出光强最⼤值⼀半的宽度，21λΔ称为光源线宽，它是光强与波长关系曲线半最⼤值⼀半的宽度，21τΔ是光纤输出信号光强与时间关系曲线半最⼤值⼀半的宽度。
已知光纤的材料⾊散系数为（1.55 µm ）。
11m nm km ps 22??=D 请计算以下2种光源的硅光纤每千⽶材料⾊散系数：当光源采⽤⼯作波长为1.55 µm 、线宽为100 nm 的LED 时；当光源采⽤⼯作波长仍为1.55 µm 、但线宽仅为2 nm 的LD 时。
解：对于LED ，nm 10021=Δλ，由式（2.3.7）可以得到()()()ps 200 2nm 100nm km ps 22km 1111m 21==Δ≈Δ??λτD L ，或者 2.2ns 。
光纤通信--习题解答2(免费)
6.26、掺饵光纤放大器的泵浦波长为980nm， 放大波长为1550nm，如果仅仅考虑一个 980nm光子产生一个1550nm光子的能量损 失，试计算此放大器的效率。
M
N
i e M P hc
7.14 假定一个硅APD工作在0.82um，其量 子效率为0.8，增益为100，试计算其响应 度。要检测器产生20nA的光电流需要光功 率为多大？
i e M P hc
7.14 假定一个InGaAs APD工作在1.55um， 其量子效率为0.7，增益为100，试计算其 响应度。要检测器产生20nA的光电流需要 光功率为多大？激光器向光纤注入0.5mW 的光功率，随后接一个增益为25dB的功率放 大器，紧随其后连接的光纤长度为100km， 损耗是0.25dB/ km，接下来是在线放大器， 能提供足够的增益，可以将信号功率放大到 功率放大器输出端的功率电平，后面的光纤 同第一段光纤完全一样，但长度为150km。 一个前置放大器将信号的功率放大到注入光 纤时的量级（0.5mW）。试问，此前置放大 器的增益是多少？画出此光纤系统中以dBm 为单位的光功率随位置变化图。
7.6 假设光检测器的量子效率为0.9，工作 波长为1.3um，入射光功率为-37dBm，试 计算其输出电流，同时计算负载电阻为50 欧姆，100欧姆，1兆欧姆时的输出电压
i e P hc
7.7 假设光电倍增管有四个倍增电极，每个 增益为4，阴极的量子效率为0.9，按7.6的要 求重新进行计算。
光纤通信典型例题试题附答案
光纤通信典型例题试题附答案班级：姓名：满分：100分考试时间：60分钟卷面（3分），能做到书写端正，卷面整洁（时间：60分钟满分：100分），知识技能（73分）一、填空题（答题要求：每题只有一个正确答案，选择正确给分，不正确不给分。
）1．目前实用的光纤通信系统普遍采用的调制方式是___直接强度调制________。
2．光纤通信系统是以光波为信息载体，以光纤为传输媒质的通信系统。
3．目前研制的光放大器可分为半导体光放大器和_光纤光放大器____两类。
4．光纤的主要损耗是吸收损耗和散射损耗，其色散主要有模式色散、材料色散、波导色散。
5．光与物质的粒子体系的相互作用主要有三种形式是受激吸收、受激辐射、自发辐射。
6．STM-1整个帧结构分成、、三个区域。
7．发光二极管与激光器的主要区别是在其内部没有__泵浦源？__。
8．在SDH帧结构中，段开销又可以分为再生段开销和复接段开销两种。
9．目前光纤通信的长波长低损耗工作窗口是1.31 μm和 1.55μm 。
10．按照光纤中传输模式的多少，可以将光纤分为_单模光纤___和__多模光纤___两类。
11．按照射线理论，阶跃型光纤中光射线主要有___子午光线____和斜射线两类。
12．常用的SDH设备有：终端复用器、_分插复用器____和交叉连接设备等。
13．光纤中的传输信号由于受到光纤的损耗？和色散的影响，使得信号的幅度受到衰减，波形出现失真。
这一题当年就不确定14．雪崩光电二极管具有_雪崩倍增效应，使光电流在管子内部就获得了倍增。
15．在SDH帧结构中AU指针处于帧结构左侧1－9N列第__4__行的区域中。
16．STM-1整个帧结构分成信息净负荷区域、段开销区域、管理单元指针区域三个区域。
17．处于粒子数反转分布状态的工作物质称为激活物质（或增益物质）_______________。
18．受激辐射过程中发射出来的光子与外来光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向、传播方向都相同，因此，称它们是__全同光子。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
例题讲解
1 一阶跃型单模光纤，纤芯半径m μα
4=，折射率45.11=n ，相对折射率差%02.0=∆，光纤长度L=1Km.。
一阶跃型多模光纤，纤芯半径
m μα45=，
折射率5.11=n ，相对折射率差%1=∆，光纤长度L=1Km.。
求：（!）单模和多模光纤各自的数值孔径角NA (2) 单模和多模光纤各自的子午光线最大时延差 （3）试比较单模和多模光纤两种结果做简单说明。
解 （!） 单模 029
.00002.0245.12sin 10≈⋅≈∆≈=n NA φ
多模
21.001.025.12sin 10≈⋅≈∆≈=n NA φ
(2) 单模 ns
s s
s km km c Ln 97.000097.0107.910
31029/10345.1)(10002.01055
51max ≈≈⋅≈⋅⨯≈⋅⋅⋅≈∆≈∆--μτ 多模
s s
s
km km c Ln μτ33.310333.010
31/1035.1)(115551max ≈⋅≈⋅≈⋅⋅⋅≈∆≈∆- 答 单模光纤的数值孔径NA,=0.029，光纤的模式色散0.97ns
单模光纤的数值孔径NA,=0.21，光纤的模式色散3330ns
单模光纤的模式色散不严重，但是集光能力差。
而多模光纤的模式色散严重，但是集光能力好。
2某段光纤的长度是10km 长，其传输时的衰减系数是2dB/km, 若输出的光功
率为0.3W μ, 求输入的光功率；若衰减系数是1dB/km ，问所需输入的光功率为多少？试比较两种结果做简单说明。
解 (1) km
dB W p km dB i 10)(3.0log 10/2μ= ， 23.0lo g =W
p i μ,
1003.0=W p i μ， W p i μ30= 答 发射端的发送光功率W μ30。
（2）km
dB W p km dB i 10)(3.0log
10/1μ= , 13.0log =W p i μ，103.0=W
p i μ, W p i μ3= 答所需输入的功率为W p i μ3=。
由此可见光纤损耗低所需要发射的光功率小，节省资源，成本低。
补充作业：
1 一段10km 长的光缆线路，光纤损耗3dB/km,若接收光功率为0.03W μ,求发射端的发送光功率；若光纤损耗为2dB/km ，问所需发射端的发送光功率为多少？试比较两种结果做简单说明。
解 (1) km
dB W p km dB i 10)(03.0log
10/3μ= ， 303.0log =W p i μ, 100003.0=W p i μ， W p i μ30=
答 发射端的发送光功率W μ30。
（2）km
dB W p km dB i 10)(03.0log
10/2μ= , 203.0log =W p i μ，10003.0=W
p i μ, W p i μ3= 答所需输入的功率为W p i μ3=。
由此可见光纤损耗低所需要发射的光功率小，节省资源，成本低。
2 一制造为2KM 的阶跃型多模光纤，纤芯和包层的折射率分别为47.11=n ，
45.12=n ，使用波长m μ31.1，光源谱线宽度nm 3=∆λ，材料色数系数km nm ps D ⋅=/151，波导色散系数为0，求光纤的总色散。