光纤技术思考题共38页文档
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》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 IdenticalDigits, 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。
mBnB编码就是一种码变换。
另一种在ITU-T G703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 Bin ary，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“ X ”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。
光纤技术思考题
光纤技术思考题１．已知一阶跃光纤芯区和包层折射率分别为n 1=1.62, n 2=1.52(a) 试计算光纤的数值孔径NA=?(b) 计算空气中该光纤的最大入射角M θ=?(c) 如果将光纤浸入水中（n 水=1.33），M θ改变吗？改变多少？２．设阶跃光纤的数值孔径NA=0.2,芯径a=60um ，0λ=0.9um,计算光纤传输的总模数。
３．欲设计阶跃单模光纤，其芯折射率为n 1=1.5,∆=0.005,试分别计算波长为0λ=1.3um 和0λ=0.6328um 的最大芯径。
４．将50mw 的光注入300m 长的光纤中。
如果在另一端接收到的功率为30mw ，试问每公里光纤的损耗是多少（用db/km 表示）？如果光纤长５公里，输出功率将是多少？ ５．最初制成的光纤的损耗是1db/m ，问传播１公里后损耗了百分之几？６．设一根光纤的芯的折射率n 1=1.532，外套的折射率n 2=1.530(a)计算临界角；(b)设一条光线沿轴向传播，另一条光线以临界角入射到外套层上，试求传播１公里后两光线的微分滞后；(c)为什么在大多数情况下希望临界角尽量小?７．已知一直圆柱形阶跃光纤，芯和包层折射率分别为n 1=1.62, n 2=1.52，其芯线直径d=10um ，弯曲后的曲率半径R=1.0cm(a) 试计算放在空气中子午光线的最大入射角M θ？(b) R 值低于多少时，子午光线便不再在内表面上反射？（入射角0θ=M θ） (c) 对该光纤，要使最大孔径角M θ增大到90°，则n 2最大应等于多少？(设芯线的折射率保持一定。
)(d) 当等于90°时，出射光会不会在光纤的出射端面上发生反射？８．已知“习题７”中的圆柱形阶跃光纤的入射端面有α=10°倾角，出射端面仍垂直于轴线(a) 试计算放在空气中光纤的最大入射角max θ。
(b) 要使max θ=90°，该光纤的数值孔径NA 至少要多少？这一光线（M θ=90°）会不会在出射端面内发生全反射？9．梯度折射率光纤的折射率分布满足n 2(r)= n 2(0)(1-α2r 2),其中α=140rad.mm -1,试求：当近轴光纤入射时，纤维中光线每传播一周期的长度L,如果纤维的总长为1km ，传播了多少周期？10．光纤和半导体激光器之间有哪些耦合方式，试说明透镜耦合比直接耦合效率高的原理。
光纤技术思考题
光纤技术思考题１．已知一阶跃光纤芯区和包层折射率分别为n 1=1.62, n 2=1.52(a) 试计算光纤的数值孔径NA=?(b) 计算空气中该光纤的最大入射角M θ=?(c) 如果将光纤浸入水中（n 水=1.33），M θ改变吗？改变多少？２．设阶跃光纤的数值孔径NA=0.2,芯径a=60um ，0λ=0.9um,计算光纤传输的总模数。
３．欲设计阶跃单模光纤，其芯折射率为n 1=1.5,∆=0.005,试分别计算波长为0λ=1.3um 和0λ=0.6328um 的最大芯径。
４．将50mw 的光注入300m 长的光纤中。
如果在另一端接收到的功率为30mw ，试问每公里光纤的损耗是多少（用db/km 表示）？如果光纤长５公里，输出功率将是多少？ ５．最初制成的光纤的损耗是1db/m ，问传播１公里后损耗了百分之几？６．设一根光纤的芯的折射率n 1=1.532，外套的折射率n 2=1.530(a)计算临界角；(b)设一条光线沿轴向传播，另一条光线以临界角入射到外套层上，试求传播１公里后两光线的微分滞后；(c)为什么在大多数情况下希望临界角尽量小?７．已知一直圆柱形阶跃光纤，芯和包层折射率分别为n 1=1.62, n 2=1.52，其芯线直径d=10um ，弯曲后的曲率半径R=1.0cm(a) 试计算放在空气中子午光线的最大入射角M θ？(b) R 值低于多少时，子午光线便不再在内表面上反射？（入射角0θ=M θ） (c) 对该光纤，要使最大孔径角M θ增大到90°，则n 2最大应等于多少？(设芯线的折射率保持一定。
)(d) 当等于90°时，出射光会不会在光纤的出射端面上发生反射？８．已知“习题７”中的圆柱形阶跃光纤的入射端面有α=10°倾角，出射端面仍垂直于轴线(a) 试计算放在空气中光纤的最大入射角m ax θ。
(b) 要使m ax θ=90°，该光纤的数值孔径NA 至少要多少？这一光线（M θ=90°）会不会在出射端面内发生全反射？9．梯度折射率光纤的折射率分布满足n 2(r)= n 2(0)(1-α2r 2),其中α=140rad.mm -1,试求：当近轴光纤入射时，纤维中光线每传播一周期的长度L,如果纤维的总长为1km ，传播了多少周期？10．光纤和半导体激光器之间有哪些耦合方式，试说明透镜耦合比直接耦合效率高的原理。
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。
(整理)光纤通信思考题答案
1-1 用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出答：1966年7月英籍华人高锟提出用光导纤维可进行通信。
1-2 光纤通信有哪些优点光纤通信具有许多独特的优点，他们是：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. 泄漏小、保密性好；6．节约金属材料，有利于资源合理使用。
第2章 复习思考题参考答案2-1 用光线光学方法简述多模光纤导光原理答：现以渐变多模光纤为例，说明多模光纤传光的原理。
我们可把这种光纤看做由折射率恒定不变的许多同轴圆柱薄层n a 、n b 和n c 等组成，如图2.1.2（a ）所示，而且 >>>c b a n n n 。
使光线1的入射角θA 正好等于折射率为n a 的a 层和折射率为n b 的b 层的交界面A 点发生全反射时临界角()a b c arcsin )ab (n n =θ，然后到达光纤轴线上的O'点。
而光线2的入射角θB 却小于在a 层和b 层交界面B 点处的临界角θc (ab)，因此不能发生全反射，而光线2以折射角θB ' 折射进入b 层。
如果n b 适当且小于n a ，光线2就可以到达b 和c 界面的B'点，它正好在A 点的上方（OO'线的中点）。
假如选择n c 适当且比n b 小，使光线2在B '发生全反射，即θB ' >θC (bc) = arcsin(n c /n b )。
于是通过适当地选择n a 、n b 和n c ，就可以确保光线1和2通过O'。
那么，它们是否同时到达O'呢？由于n a >n b ，所以光线2在b 层要比光线1在a 层传输得快，尽管它传输得路经比较长，也能够赶上光线1，所以几乎同时到达O'点。
这种渐变多模光纤的传光原理，相当于在这种波导中有许多按一定的规律排列着的自聚焦透镜，把光线局限在波导中传输，如图2.1.1（b ）所示。
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。