光纤通信习题(业余,非官方版)

莆院凤达D305导论一. 填空1. 光纤通信的通信窗口波长范围为（0.7～1.7μm）。

2. 光纤通信是以（光波）为载频，以（光纤）为传输介质的通信方式。

3. 光纤通信的最低损耗波长是（1.55μm），零色散波长是（1.31μm）。

二. 选择题（有一个或者多个答案）1. 目前光纤通信常用的窗口有（ACD）。

A、 0.85 μmB、 2 μmC、1.31 μmD、1.55 μm2. 目前纤光通信常用的光源有（AB）。

A、 LEDB、LDC、PCMD、PDH3. 光纤通信是以光波为载波，以（C）为传播介质的通信方式。

A、电缆B、无线电磁波C、光纤D、红外线三. 简答题1. 光纤通信主要有哪些优点？通信容量大，中继距离长，保密性能好，抗电磁干扰，体积小、重量轻、便于施工和维护，价格低廉。

2. 为什么说光纤通信比电缆通信的容量大？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，但频率差别很大。

光纤通信用的近红外光（波长约1μm）的频率（约300THz）比电波（波长为0.1m～1mm）的频率（3～300GHz）高三个数量级以上。

载波频率越高，频带宽度越宽，因此信息传输容量越大。

光纤与光缆一、填空1.单模光纤中不存在（模间）色散，仅存在（模内）色散，具体来讲，可分为（材料色散）和（波导色散）。

2. 光纤中的最低阶非线性效应起源于（三）阶电极化率，它是引起（三次谐波）、（四次混波）和（非线性折射）等现象的原因。

3、光缆大体上都是由（缆芯）、（加强元件）和（护层）三部分组成的。

4、散射损耗与（光纤材料）及（光纤中的结构缺陷）有关。

5、允许单模传输的最小波长称为（截至波长）。

6、数值孔径（NA）越大，光纤接收光线的能力就越（强），光纤与光源之间的耦合效率就越（高）。

二、选择（一个或多个答案）1、从横截面上看，光纤基本上由３部分组成：（A）、（B）、（D）。

A、折射率较高的芯区B、折射率较低的包层C、折射率较低的涂层D、外面的涂层E、外面的包层2、单模光纤只能传输一个模式，即（B），称为光纤的基模。

A、HE００模B、HE１１模C、HE１０模D、HE０１模3、限制光纤传输容量（BL积）的两个基本因素是（A）和（D）。

A、光纤色散B、光纤折射C、光纤衰减D、光纤损耗4、脉冲沿光纤的传输演变规律依赖于β２和β３的相对大小，而且它们又依赖于（B）、（C）的相对偏移程度。

A、中心波长λB、工作波长λC、零色散波长λ０D、零损耗波长λ０三、简答1、单模光纤中出现双折射现象的原因是什么？答：正交偏振的简并特性，只对具有均匀直径的理想圆柱形纤芯的光纤才能保持。

实际光纤的纤芯形状沿光纤长度难免出现变化，光纤也可能受非均匀应力而使圆柱对称性受到破坏。

这些因素使光纤正交偏振的简并特性遭到破坏，使光纤呈现双折射现象。

2、什么是光纤的色散？分析多模光纤和单模光纤的色散机理。

答：色散是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。

它包括模式色散、材料色散和波导色散。

多模光纤的色散是模式色散、材料色散和波导色散的总和，在多模光纤中，光以不同模式传播，高阶的模式传输较长的距离也就比低级的模式较晚到达接收器端，也就是说不同的模式有不同的群速度，从而导致脉冲的展宽。

而单模光纤的色散只有材料色散和波导色散，材料色散和波导色散总称为色度色散，它是时间延迟随波长变化的结果。

四、计算1、一段30km长的光纤线路，其损耗为0.5dB／km。

（1）如果在接收端保持0.3μW的接收光功率，则发送端的功率至少为多少？（2）如果光纤的损耗变为0.25dB／km，则所需的输入光功率又为多少？（1）Pmin＝9.49μW（2）Pmin＝1.69μW2、均匀光纤，若n１＝1.5，λ０＝1.3μm，试计算：（1）若Δ＝0.25，为了保证单模传输，其纤芯半径应取多大？（2）若取a＝5μm，为了保证单模传输，Δ应取多大？（1）a≤0.47μm（2）Δ≤0.0022光器件一、填空1、LD是一种（阈值）器件，它通过（受激）发射发光，具有输出功率（高）、输出光发散角（窄）、与单模光纤耦合效率（高）、辐射光谱线（窄）等优点。

2、LED的主要特性参数为（输出功率与效率）、（输出光谱特性）、（响应速率与带宽）。

3、PIN二极管的特点包括（耗尽层很宽）、（偏置电压很小）及（附加噪声小）。

4、对光检测器的基本要求是高的（响应度），低的（噪声）和快的（响应速度）。

5、根据通道带宽的宽窄不同，通常可以把WDM器件分为三类：（稀疏型WDM）、（DWDM）、（FWDM），其通道间隔分别为（10～100nm）、（1～10nm）、（0.1～1.0nm）。

6、影响光源与光纤耦合效率的主要因素是（光源的发散角）和（光纤的数值孔径）。

7、光纤耦合器是实现（光信号的合路/分路）功能的器件。

8、光纤和光纤连接的方法有两大类（活动连接）和（固定连接）。

9、在一根光纤中同时传播多个不同波长的光载波信号称为（光波分复用）。

10、影响光纤耦合性能的主要因素有（插入损耗）、（附加损耗）、（分光比）和（隔离度或串音）。

二、选择题1、半导体材料的能级结构不是分立的单值能级，而是有一定宽度的带状结构，称为（A）。

A、能带B、价带C、导带D、禁带2、SLM激光器可分为两类，即（B）和（C）式激光器。

A、集中反馈B、分布反馈C、耦合腔D、导体腔3、在光波系统中得到广泛应用的两种光检测器是（BC）。

A、PN光电二极管B、光电二极管（PIN）C、雪崩光电二极管（APD）4、光纤连接时引起的损耗和多种因素有关，包括连接光纤的（ABC）。

A、结构参数B、端面状态C、相对位置D、横截面积5、光纤连接器按可拆与否分为两类，即（A）和（D）。

A、活动连接器B、旋转连接器C、半自动连接器D、固定连接器6、单模光纤耦合器可按分光比受波长影响情况分为（C）和（D）。

A、短距离耦合器B、长距离耦合器C、窄带耦合器D、宽带耦合器7、耦合器的基本结构有（ABC）。

A、光纤型B、波导型C、微器件型D、球形光纤光栅三、简答1、光纤通信系统采用怎样的光源？这类光源具有什么优点？光纤通信系统均采用半导体发光二极管（LED）和激光二极管（LD）作为光源。

这类光源具有尺寸小、耦合效率高、响应速度快、波长和尺寸与光纤适配，并且可在高速条件下直接调制等优点。

2、半导体发光二极管与半导体激光器发射的光子有什么不同？半导体发光二极管是因自发辐射而发光的，发射的光子频率、相位、偏振状态及传播方向是无规律的，输出具有较宽频率范围的非相干光。

半导体激光器是因受激发射而发光的，发射的光子同频、同相、同偏振方向，输出相干光。

3、光调制器有什么作用？光调制器主要用于什么系统？为了提高光纤通信的质量，避免直接调制激光器时产生线型调频的限制，要采用外调制方式把激光的产生和调制分开，因此在高速率通信系统、波分复用系统和相干光系统中都要用到调制器四、计算一个波长为λ＝1μm的光子的能量等于多少？计算频率为f＝１MHz和f＝1000MHz的无线电波的能量。

E１＝1.98810－１９JE２＝6.62810－２８JE３＝6.62810－２５J光纤通信系统原理一、填空1．在半导体中，费米能级必须超过（带隙）才能发生粒子数反转。

2．半导体光源的核心是（PN结）。

3．LED的主要特性参数是（输出功率和效率）、（输出光谱特性）、（响应速度和带宽）。

4．光发送机主要由（光源）、（光源驱动和调制电路）、（信道编码电路）组成。

5．衡量光检测器性能的技术指标有（响应度）、（相应特性）、（暗电流）、（渡越时间）、（光谱响应）、（光灵敏度）、（雪崩倍增因子）。

6．接收机中存在的噪声源可分为（散粒噪声）和（热噪声）。

二、选择（一个或多个选项）1．原子的三种基本跃迁过程是（ABD）。

A．自发辐射 B．受激发射 C．自发接收 D．受激吸收2．SLM激光器可分为两类，即（B）和（C）式激光器。

A．集中反馈 B．分布反馈 C．耦合腔 D．导体腔3．光接收机中的散粒噪声包括（ABCD）。

A．量子噪声 B．暗电流噪声 C．漏电流噪声 D．APD倍增噪声4．实际系统中，即使没在光纤传输也存在的造成接收机灵敏度恶化的因素有（ABE）A．消化比 B．强度噪声 C．散粒噪声 D．热噪声Ｅ．取样时间抖动三、简答1、光发射机的基本要求？（数字和模拟系统）发射入纤光功率要大，以利于增加传输距离；非线型失真要小，以利于减小微分相位（DP）和微分增益（DG）或增大调制指数m（mTV）；调制指数m（mTV）要适当大；光功率温度稳定性要好。

2、光接收机前端的作用是什么？有哪三种不同的前端设计方案？各有何特点？光接收机前端的作用是将光纤线路末端耦合到光电二极管的光比特流转换为时变电流，然后进行预放大，一边后级作进一步处理。

三种方案：（1）低阻抗前端：电路简单，不需要或只要很少的均衡，前置级的动态范围也比较大，但缺点是灵敏度较低，噪声比较高。

（2）高阻抗前端：一般只适用于低速系统。

（3）跨阻抗前端：具有频带宽、噪声低、灵敏度高、动态范围广等综合优点，被广泛采用。

3、论述光纤损耗和色散对系统设计的限制。

由于损耗的存在，在光纤的传输的光信号，不管是模拟信号还是数字脉冲，其幅度都要减小，它在很大程度上决定了系统的传输距离。

所以系统在设计的时候要考虑用光信号的放大中继。

色散是光纤的传输特性之一。

由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。

光纤的色散现象对光纤通信极为不利。

光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错。

为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。

另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。

因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。

四、计算１．太阳向地球辐射的光波平均波长λ＝０.７μm，射到地球外面大气层的光强约为Ｉ＝０.4Ｗ／cm2。

若在大气层外放一太阳能电池，计算每秒钟到达太阳能电池板上每平方米面积的光子数是多少？Eo＝hc/λ＝2.84×10－19J I/Eo＝1.4×1022个/s.m2２．半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs材料的Eg＝１.43eV，某一InGaAsP材料的Eg＝０.96eV，求它们的发射波长？λ1＝1.24/Eg＝1.24/1.43＝0.87μm（GaAs材料）λ2＝1.24/Eg=1.24/0.96＝1.3μm（InGaAsP材料）３．一个光电二极管，当λ＝1.3μm时，响应度为０.６Ａ／Ｗ，计算它的量子效率。