光纤技术之习题课
光纤通信技术习题
TE偶模式
A cos x x h / 2 k n 2 2 0 1 Ey B exp( x ) x h / 2 2 k0 n2 2 dE y Ey , E y , H z 在界面上连续 在界面上连续 dx
阶跃折射率光纤的单模条件是:归一化频率小于2.4048.
2π 2π 2π 2 2 V a n1 n 2 an1 2Δ aNA 2.4048 λ λ λ
定义截止波长为λc
c 2 aNA / 2.4048
2 n1 NA2 n2 1.456
纤芯折射率 相对折射率差
0.004
光纤纤芯直径 dcore 2.4048c / NA 7.65 m
2. 假设某阶跃折射率分布的光纤，其包层折射率为 1.445，芯子直径8um，要想使得该光纤对1250nm 波长刚好满足单模条件， 1)该光纤的数值孔径是多少？纤芯折射率是多少? 2）对于1550nm和1300nm的光，该光纤最大接 收角是多少？ 3) 如果浸入折射率为n=1.3的液体中，对于1550nm 光，该光纤最大接收角变为多少? 4)对于波长980nm的光是否单模？如果折射率不 变，芯子直径应为多大能使980nm光满足单模条 件？
构成光信号的电磁波各频率分量在光纤中具有不同 传输速度的现象 模间色散：不同模式不同传输速度 光纤色散 材料色散：不同频率不同折射率 波导色散：不同频率不同模场分布 偏振模色散：不同偏振态不同传输速度 为什么会有传输速度的不同?
3、请说明现有单模光纤的主要种类以及它们之间的主要 区别。 G652,G653,G654,G655,主要区别是零色散波长位置 G652 普通单模光纤；零色散波长 1310nm G653 色散位移单模光纤；零色散波长 1550nm G654 截止波长移位单模光纤；零色散波长 1310nm G655 非零色散移位单模光纤；在1550nm窗口色散的 绝对值不为零，非零色散值可以抑制非线性四波 混频对DWDM系统的影响。
光纤光学课后习题答案
光纤光学课后习题答案【篇一：光纤通信课后答案人民邮电出版社】ass=txt>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＜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。
光纤通信技术课后部分习题答案
4.55 What is meant by the term dispersion power penalty? Calculate the disperson power penalty for the pulse spread obtained in Problem 4.51. The BR is 2.5 Gbit/s. S: The amount of transmitting power required for compensating the increase bit error rate (BER) cause by attenuation is called dispersion power penalty. In Problem 4.51, ttotal = tmat = 18 ns (if fiber length is 100 km) PD(dB) = -10 log10 {exp[-(1/4 ) (ttotal)2 (BR)2]} = -10 log10 {exp[-1/4 x (18 x 10-9)2 ( x 2.5 x 109)2]} = 2.17 x 104 dB, enough to burn any type of fiber, impossible. if the fiber length is 1 km:
3.7 The core refractive index is 1.4513 and the cladding index is 1.4468. What is (1) the critical propagation angle? (2) the acceptance angle? (3) the numerical aperture? Solution: (1) The critical angle is:
光纤通信习题课
2.为什么说光纤通信比电缆通信的容量大？ 答：光纤通信的载波是光波，电缆通信的载 波是电波。虽然光波和电波都是电磁波， 但是频率差别很大。光纤通信用的近红外 光（波长约1 μm ）的频率（约300THz） 比电波（波长为0.1m—1mm）的频率 （3—300GHz）高3个数量级以上。载波频 率越高，频带宽度越宽，因此信息传输容 量越大。
2p a 2 2p a 2 解：（1） V = n1 - n2 = n1 2D l l 2p a l = n1 2D V
• LP01模： V = 0无截止波长； V • LP02模： ３3.832, l c 8.69 截止波长为8.69 μm • LP11模：V ３2.405, l c 13.86 截止波长为13.86 μm V • LP12模： ３5.520, l c 6.033 截止波长为6.033 μm （2） 2p a 2 2p a 2 V= n1 - n2 = n1 2D = 33.32 l l V2 M= = 555 2
3.简述五代光纤通信所工作的波段和最大通 信容量。 答： 第一代 工作于0.85 μm ，最大通信容量 约500Mb/(s· km)； 第二代 工作于1.31 μm ，最大通信容量约 85Gb/(s· km)； 第三代 工作于1.55 μm ，最大通信容量约 1000Gb/(s· km)； 第四代采用光放大器增加中继距离，采用频 分和波分复用技术增加比特率，最大通信 容量约为2000Gb/(s· km)
2 2 2
1
0
1
0
要实现单模传输，则 v 2.405 2a 2a 2 3.14 a v n n n 2 0.85 1.5 当 0 0.85m 时 计算得 a 2.17 同理得： 当 0 1.3m 时 a 3.32 当 0 1.55m 时 a 3.96
光纤通信课后习题答案
1.光纤通信的优缺点各是什么答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。
缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。
2.光纤通信系统由哪几部分组成各部分的功能是什么答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压一电流驱动电路和光源组件组成。
光源组件包括光源、光源一光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。
光源是LED或LD,这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。
电压一电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。
光源一光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。
光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤一光检波器耦合器、光检测器和电流一电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。
常用的器件有PIN和APD然后再通过电流一电压转换器，变成电压信号输出。
模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。
光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。
光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。
光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。
3 .假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55卩m的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道解：根据题意，求得在5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。
光纤通信课后习题解答-第2章习题参考答案
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 () 21⎩⎨⎧≥<=ar n ar n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121⎪⎩⎪⎨⎧≥<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=ar n a r a r n r n cm α 3．阶跃型光纤和渐变型光纤的数值孔径NA 是如何定义的？两者有何区别？它是用来衡量光纤什么的物理量？答：阶跃型光纤的数值孔径 2sin 10∆==n NA φ渐变型光纤的数值孔径 ()() 20-0s i n220∆===n n n NA c φ两者区别：阶跃型光纤的数值孔径是与纤芯和包层的折射率有关；而渐变型光纤的数值孔径只与纤芯内最大的折射率和包层的折射率有关。
数值孔径是衡量光纤的集光能力，即凡是入射到圆锥角φ0以内的所有光线都可以满足全反射条件，在芯包界面上发生全反射，从而将光线束缚在纤芯中沿轴向传播。
4．简述光纤的导光原理。
答：光纤之所以能够导光就是利用纤芯折射率略高于包层折射率的特点，使落于数值孔径角)内的光线都能收集在光纤中，并在芯包边界以内形成全反射，从而将光线限制在光纤中传播。
光纤通信课后答案
全书习题参考答案第1章概述1.1 填空题（1）光导纤维（2）掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用(WDM) 非零色散光纤(NIDSF) 光电集成(OEIC)（3）0.85µm 1.31µm 1.55µm 近红外（4）光发送机 光接收机 光纤链路（5）光纤 C=BW×log2(1+SNR) 信道带宽（6）大 大（7）带宽利用系数（8）可重构性可扩展性透明性兼容性完整性生存性1.2 解：利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。
即以光波为载频，以光纤为传输介质的通信方式称为光纤通信。
1.3 解：（1）传输频带宽，通信容量大（2）传输距离长（3）抗电磁干扰能力强，无串音（4）抗腐蚀、耐酸碱（5）重量轻，安全，易敷设（6）保密性强(7) 原料资源丰富1.4 解：在光纤通信系统中，最基本的三个组成部分是光发送机、光接收机和光纤链路。
光发送机由电接口、驱动电路和光源组件组成。
其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。
光接收机是由光检测器组件、放大电路和电接口组成。
其作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。
光纤链路由光纤光缆、光纤光缆线路(接续)盒、光缆终端盒、光纤连接器和中继器等构成。
光纤光缆用于传输光波信息。
中继器主要用于补偿信号由于长距离传送所损失的能量。
光缆线路盒：将光缆连接起来。
光缆终端盒：将光缆从户外引入到室内，将光缆中的光纤从光缆中分出来。
光纤连接器：连接光纤跳线与光缆中的光纤。
1.5解：“掺铒光纤放大器(EDFA)+波分复用(WDM)+非零色散光纤(NIDSF)+光电集成(OEIC)”正成为国际上光纤通信的主要发展方向。
1.6 解：第一阶段（1966~1976年），实现了短波长（0.85µm）、低速（45或34 Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。
第二阶段（1976~1986年），光纤以多模发展到单模，工作波长以短波（0.85um）发展到长波长，实现了波长为1.31µm、传输速率为140~165Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为50~100km。
光纤技术习题课
一单模光纤的截止波长为 c ， 现有一波长为 ， 谱宽为 的激光入射到光纤中 c ） （ ， 传输距离为 L，色度色散和偏振色散分别为 D c ， D p ，试求系统最大传输速率？
tchromatic Dc ( ) L t PMD DPMD L ttotal (tchromatic )2 (t PMD ) 2
2
Solution
2 1 NA n1 n 2 (n1 n 2 )(n1 n 2 ) (2n1 )(n1Δ) 2
n1 2Δ 1.46 2 0.003 0.113
2 sinα max NA n 0 0.113 1 α max 6.5 3 单模传输条件： ( 2πa λ )NA 2.405 V
3
Solution
最大时延差：
Δτ Ln1 Δ c 50ns
n2 1
Δτ Ln1 ( n1 n2 ) (cn2 ) 2.5s
next
Problem 4
注入单模光纤的LD功率为1mW，在光纤输出 端光电探测器要求的最小光功率是10nW，在 1.3 μm波段工作，光纤衰减系数0.4dB/km， 请问无须中继器的最大光纤长度是多少？
4
Solution
衰减：
pout 1 10 lg( ) L 125km L pin
next
Problem 5
渐变光纤纤芯直径50 μm，折射率n1=1.480,包 层折射率n2=1.460，假如光源用波长为1.3 μm 的激光器，请问传输距离为1km时系统可以支 持的最高传输速率为多少？
光纤技术习题课
第3、4章
Problem 1
阶跃光纤纤芯和包层的折射率分别是1.480和 1.460，纤芯半径50 μm，光源波长0.85 μm。 请计算光从空气射入光纤的数值孔径、最大可 接收角和所能支持的模式数量。
- 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)。
复习光纤的分类，掌握光纤材料的选择、提纯和折射率控制，了解光缆的制造与铺设。
1、了解光纤的分类方法和光纤的种类，理解各种不同种类光纤之间的区别及每种光纤的特点；
2、知道光纤的制作材料及要求；
3、了解光纤预制棒的制造原理和工艺；
4、知道各种光缆结构和材料的用途。
第二、三、四章光纤传输理论
4、掌握模式的概念，理解矢量模和标量模、本征模和耦合模、归一化频率与归一化截止频率的区别；
5、理解并掌握光纤中的单模传输条件；
6、理解单模光纤中的双折射，了解保偏光纤的种类和工作原理，掌握偏振的表示方法。
第五章光纤的特征参数与测试技术
复习了解光纤的损耗类型和特点，掌握色散的种类和典型的色散。
光纤的损耗来源及其测量计算；各种色散概念、表示方法及其对信号传输的影响。
（1）相对折射率差；
（2）光纤的数值孔径。
解答：（1）、
（2）、
4、阶跃型光纤中n1=1.466，n2=1.460。
（1）光纤放置在水中（n0＝1.330），求光从水中入射到光纤端面的最大接收角度；
（2）光纤放置在空气中，求数值孔径NA。
解答：（1）、
结合两式，得
得：
（2）、
注：错解：
5、a．对于一单模光纤，其2a＝8.3μm，NA=0.125，它的截止波长是多少？
解答：（1）、
（2）、
10、如果发射功率为3mw，接收器敏感性为100μw，求出衰减为0.3dB／km的光纤链路的最大传输距离。
解答：
而
所以
11、一个 熔锥光纤耦合器的性能指标：分光比40/60，60%的信道的插入损耗为 ，而40%的信道的插入损耗为 。（1）、若输入功率是1mW，求两端口的输出功率；（2）、求耦合器的额外损耗。
解答：（1）、短距离的：阶跃型多模光纤：结构简单,易于耦合，模间色散大,不能远距离传输；
（2）、中长距离的：渐变型多模光纤：模间色散小,易于耦合，制作难度大，剩余色散限制高速传输；
（3）、长距离的：阶跃型单模光纤：结构简单，色散小，适于高速率传输，最小色散波长与最小衰减波长不同。
9、1mW的信号经过100km的光纤传输后降至1μW，则光功率衰减多少分贝？损耗系数是多少？
6、掌握功能型传感器与非功能型传感器各自的特点以及它们之间的区别；
7、了解光纤的光波调制技术及其应用。
板书设计：
1、简述光纤的拉制流程，比较各种制棒方式的优劣。
解答：略。
2、简述各类光缆的适用范围及其相应的铺设方法。
解答：略。
3、阶跃型光纤纤芯和包层的折射率分别为：n1=1.465，n2=1.460，试计算：
《光纤与光缆技术》：胡先志等主编，电子工业出版社
后记：
解答：答题关键：弄清楚分光比的概念。
（1）、两端口的输入功率分别为：
解题关键：插入损耗指的是指定输出端口的光功率相对于全部输入光功率的减小值。
由
得
（2）、额外损耗为：
12、说明题图所示光隔离器的原理。
解答：答题关键：两个偏振器的偏振方向是平行而不是垂直的。
13、功能型光纤传感器有哪几种调制方式？各种调制方式的基本原理是什么？
b．如果工作波长为1310nm，这个光纤可以只传输一个模式吗？
解答：（1）、
（2）、因为 ，所以这个光纤不能只传输一个模式，而会传输多模式。（P67：单模光纤的截止波长表示所能传输单模的最短波长，若波长比此更短，光纤将会传输双模或多模。）
6、一根阶跃折射率光纤纤芯和包层的折射率分别为n1＝1.448，n2＝1.444，该光纤工作在1.310μm和1.550μm两个波长上。求该光纤为单模光纤时的最大纤芯直径。
1、理解光纤损耗的产生原因和种类，掌握衰减系数的测量、计算方法，理解衰减系数的物理意义；
2、理解各类色散产生的原因及其区别，学会时延差的计算方法，知道色散与带宽的关系，了解色散对通信容量和传输速率的影响；
3、了解各种新型光纤的材料、结构、特性及其特殊用途。
第六、七章光无源器件与光纤的连接
复习各种光无源器件的工作原理、结构和主要性能指标；光纤连接器；光纤耦合器；光隔离器；光学滤波器。
复习光纤传感器和光波调制技术。
1、了解光纤通信系统的基本结构、主要特性和系统的分类；
2、理解几种常用的光波分复用技术的基本概念和复用原理；
3、理解相干光通信的产生原因和基本工作原理，了解相干光通信的关键技术和优点；
4、知道光孤子概念和全光通信网。
5、了解光纤传感器的基本结构、原理、分类、特点和应用；
复习光纤的基本结构，掌握光纤中的传播条件，子午光线的传播特性，了解各类光纤的传播特点，重点掌握阶跃光纤的单模条件，以及偏振的表示方法。
1、学会用几何光学方法研究光在光纤中的传输，理解数值孔径和相对折射率差的概念；
2、掌握光在渐变型折射率光纤中传输光学方程的推导，理解光纤自聚焦的概念和条件；
3、知道用模式理论研究光在光纤中的传输问题的处理方法和解题思路；
解答：略。
14、请画出光纤通信系统的原理图，并简单描述其基本功能。
15、请列举光纤通信的主要优缺点。
解答：略。
16、你认为有必要发展全光通信网吗？它有什么优点？
解答：略。
讨论、思考题、作业：
复习前面所做的作业。
参考书目：
《光纤技术及其应用》：刘德明等主编，电子科技大学出版社
《光纤技术及应用》：彭吉虎等主编，北京理工大学出版社
1、了解各种光无源器件的工作原理、结构和主要性能指标；掌握主要性能指标的测量方法；会利用光无源器件实现光信号的连接、合路、分路、波分复用、解复用、光路转换、能量衰减、反向阻隔等功能；
2、掌握光隔离器、光学滤波器、光波分复用器件的工作原理、结构和应用。
第十章光纤应用技术
复习光纤通信系统的基本结构；光复用技术；相干光通信的工作原理和优点；相干光通信和全光通信的概念。
教学方式、手段、媒介：
习题课
教科书，多媒体
教学过程：（含引入新课、中间组织教学以及如何启发思维等）
习题将按章节分开讲。
第一章绪论
1、了解光纤的基本结构和基本特性；
2、充分认识光纤传感和光纤通信在现代工农业生产、军事、科研及日常生活中的作用和地位，明确学习目的；
3、了解光纤技术的发展动向；
4、知道本课程的学习方法。
编号：19
课时安排：2学时
教学课型：理论课□实验课□习题课□实践课□其它□
题目（教学章、节或主题）：
习题课
教学目的要求（包括知识与能力两个方面）：
1．巩固本学期所学习的内容，复习所学习的知识点；
2．掌握关键的知识点，练习一定的计算能力；
3．要学会学以致用，将理论与实际相结合。
教学重点、难点：
1．习题。
解答：关键在于截止波长是多少。这里应该以小的波长为准。因为单模光纤的截止波长表示所能传输单模的最短波长。
而需
所以
所以
注：错解：当 时， 。
当 时， 。
7、什么样的光纤叫做保偏光纤？保偏光纤是如何保偏的？
解答：略。
8、假设你是主管，负责为你公司选择光纤，你有三类网络：短距离的、中等距离和长距离的，你为每一类网络选择什么样的光纤？为什么？