北交大光纤通信技术基础陈根祥课后答案(第一、二章习题)
北京交通大学光纤技术基础2007年试题A
二．简答题： （32 分）
1. 简述半导体 PN 结电致发光的基本原理，并回答为什么利用 PN 结的光电效应制作 半导体光电检测器时加反向偏压。 （6 分） 简述光纤损耗的主要来源， 并说明光纤在其低损耗窗口所能达到的理论最低损耗由 其中那些损耗机理决定？（5 分） 某偏振保持单模光纤，其基模的传输常数xy，且|x-y|=6.28x10-6 um-1，试计算 该光纤的拍长大小为多少？并说明拍长的物理意义。 （5 分） 从损耗、色散和非线性等光纤的基本传输特性方面简述 G.655 光纤（非零色散位移 光纤 NZDSF）的基本设计思想。 （6 分） 简述在光纤的正常色散区和反常色散区中 SPM 和色散共同作用对光纤中脉冲传输 的影响。 （6 分） 单模光纤通常设计为在工作波长上的归一化频率略小于 2.405， 简述其原因。 （4 分）
a
exp(
2
4a
)
2.Βιβλιοθήκη 3. n1, n(x) n2,
x
h 2 h x 2
n1 n2
在这种波导中传播的模式可以分为对称模和反对称模，在波导的三个区域内，对于 TE 对称模 E y ，且
h A exp x 2 ( x) B cosx h C exp x 2 x h h， x 2 2 h x 2 h 2
计算： 1) 输出脉冲功率最大值 1/e 点的脉冲半宽度？（3 分） 2) 输出脉冲峰值功率降低为输入脉冲峰值功率的几分之一？（3 分） 3) 现需要采用一色散补偿光纤来补偿上述光纤的色散，该色散补偿光纤在脉冲中 心波长上的色散值为－ 340ps/kmnm ，则需要这种色散补偿光纤的长度是多 少？（2 分） 提示：高斯脉冲的傅立叶变换为： exp( at 2 )
光纤通信原理参考答案.doc
光纤通信原理参考答案第一章习题1-1什么是光纤通信？光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
1-2光纤通信工作在什么区，其波长和频率是什么？目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为Si02的光纤。
它是工作在近红外区，波长为0. 8〜1. 8 5,对应的频率为167〜375THZ。
1- 3 BL积中B利L分别是什么含义？系统的通信容量用BL积表示，其含义是比特率一距离积表示，B为比特率，L为中继间距。
1-4光纤通信的主要优点是什么？光纤通信之所以受到人们的极大重视，是因为和其他通信手段相比，具有无以伦比的优越性。
主要有：(1)通信容量大(2)中继距离远(3)抗电磁干扰能力强，无串话(4)光纤细，光缆轻(5)资源丰富，节约有色金属和能源。
光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。
因而经济效益非常显著。
1-5试画出光纤通信系统组成的方框图。
一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。
发端收端1-5试叙述光纤通信的现状和发展趋势。
略第二章习题2-1有一频率为3xio,3//z的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J,持续时间是丁=10ns(lns=10-9s)。
此激光束的圆形截面半径为r=lcm°求：(1)激光波长；(2)平均能流密度；(3)平均能量密度；(4)辐射强度；(2)S =—=----------- 厂瓯------ =3.18X10I3J//??52zA5 10x10 一9x〃x(10—2)2S、- S 3.18X1O13 1 12(3)w = — = ------- ；— = 1.06x 10 J1 sc 3xlO8(4)/ = f = 3.18x10”//*2- 2 以单色光照射到相距为0. 2mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为"(1)从第一级明纹到同侧旁第四级明纹间的距离为7. 5mm,求单色光的波长；(2)若入射光的波长为6X10-7m,求相邻两明纹间的距离。
光纤通信技术(第2版)答案
6.试推导渐变型光纤子午线的轨迹方程 答：P15 如式：2-2-18 7. 什么是单模光纤？其单模传输条件是什么？ 答：单模光纤是在给定的工作波长上，只传输单一基模的光纤 在阶跃单模光纤中，只传输LP01 （或称HE11 ）模。因为 LP01 模的归一化截至频率为
Vc(LP11)=2.40483
而模式的传输条件是V>Vc 可传，V≤Vc 截至，因此，要保证光纤中只传输LP01 一个模式则必须要求：
代入数据可得：
0
V 2 n1k0 a
2
2 n1k0 a 2.40483
0 2 0.01 1.5
0 得： 0 a 2.36358 ( m)
a 2.40483
18.渐变型光纤的折射指数分布为
求出光纤的本地数值孔径 解： NA( r ) n 2 ( r ) n 2 ( a )
9.简述EDFA的工作原理 答： P81-P82 （2）EDFA的工作原理中内容 10. EDFA的主要特征指标是什么？说明其含义。 答： P83 “3.EDFA的主要特征参数” 这一部分 11.为什么说F-P腔型滤波器具有频率选择性？ 答： P91 第六段 由于两反射镜的反射系数…… 12.简述光定向耦合器、光隔离器、光环行器以及光开关在光纤通信系统中的作用 答： 光定向耦合器：P88 倒数第二段 光隔离器：P89 倒数第二段 光环行器：P90 最后一段 13.试用图说明光波长转换器的工作原理。 答： P92 图3-45 P93 图3-46 14.什么是波分复用技术？ 答：P93 第一段 15.简述光波分复用器的工作原理。 答：P94 “（1）光波分复用器的工作原理”的内容 16.简述RFA的工作原理。 答：P86 “（2）RFA的工作原理”的内容 17.RFA具有哪些特点？ 答：P85 “1.RFA的特点”的内容
北京交通大学 光通信技术基础考试试题
北京交通大学考试试题（A卷）课程名称：光通信技术基础2007—2008学年第二学期教师姓名：___________ 班级：学号：姓名：____________题号一二三总分得分一．填空题：（32分，一空一分）1. 目前光纤制造已经达到很高的水平，其中无水光纤已可实现在1280nm－1570nm的范围内均可进行高速信号的低损耗长距离传输。
与上述波长范围所对应的频率带宽Δf是__________THz（精确至小数点后1位）。
如果用该光纤构成DWDM光纤传输系统，通道间隔为100GHz，每一通道的传输速率均为10Gbit/s，则该光纤传输系统可以支持Tbit/s的信号传输速率，相当于可同时传送64kbit/s的数字语音信号___________话路。
2. 石英光纤的制造工艺包括__________和__________两个基本的工艺过程。
常用的掺杂剂有__________、__________、__________和__________等。
在这些掺杂材料中，在石英中掺入_____________________可使其折射率提高，而掺入_______________则可降低其折射率。
一般通信光纤的包层为___________材料，芯区为掺__________石英。
3. 一工作于1310nm，NA=0.2，芯子直径50μm，包层折射率为1.46的阶跃型多模光纤，其归一化工作频率为________________，光纤所支持的传导模式数量约为_______________，光纤的模间色散（模式色散）为______________ns/km。
某单位用该光纤构成一内部数字通信网络，已知该网络最大节点间距为0.5km，系统要求光脉冲的最大色散展宽不超过原始脉冲宽度T0的20％，则该网络的最高信号传输速率B为________ Mbit/s。
（假定传输速率B与初始脉冲宽度T0的关系为B = 1/T0）4. 已知注入到一段单模光纤内的光功率为1mW，是_________dBm，光波长为1550nm，在光纤输出端测得的输出功率为100μW，是_________dBm。
《光纤通信》第1章课后习题答案
习题一1．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—电流驱动电路和光源组件组成。
光源组件包括光源、光源—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—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—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—光检波器耦合器、光检测器和电流—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—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1.55μm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》试题册.
目录第二章选择题练习 (2)第三章填空题练习 (9)第四章判断题练习 (13)第五章名词解释练习 (14)一．名词解释常规练习 (14)二、新增题型：写出以下名词的全称，并写出其意思。
(14)第六章画图题 (15)一．常规题练习 (15)二、新增题型练习:据图回答问题 (15)第七章简答题练习 (18)第八章综合、计算、分析题练习 (19)第九章证明题练习 (23)第十章期末试题示范 (24)答案详解 (30)第二章选择题练习1。
目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是A.0。
85 μm, 1.27 μm，1。
31 μmB.0。
85 μm, 1。
27 μm，1。
55 μm C。
0。
85 μm，1。
31 μm, 1。
55 μm D。
1。
05 μm, 1。
31 μm, 1.27 μm 2．在阶跃型光纤中，传输模式的传输条件为A。
V＞0 B.V＞Vc C。
V＞2。
40483 D。
V＜Vc 3．在阶跃型光纤中，当模式处于截止的临界状态时，其特性参数A。
W＝0 B。
β＝0 C.V＝0 D。
U＝0 4. 下列不属于影响光电二极管响应时间的因素是A。
零场区光生载流子的扩散时间B.有场区光生载流子的漂移时间C.RC时间常数D.器件内部发生受激辐射的时间5．通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是A．光纤色散B．噪声C．光纤衰减D．光缆线路长度6．目前实用光纤通信系统普遍采用的调制─检测方式是A. 相位调制—相干检测B。
直接调制—相干检测C。
频率调制—直接检测D。
直接调制—直接检测7．下列属于掺铒光纤放大器泵浦光源的典型工作波长是A。
1550 nm B.1310 nm C。
980 nm D。
850 nm8．下列属于描述光电检测器光电转换效率的物理量是A. 响应度B. 灵敏度C. 消光比D。
增益9．下列属于有源光器件的是A.光定向耦合器B.半导体激光器C。
光纤连接器 D. 光隔离器10．在下列的传输码型中，不属于插入比特码的是A。
光纤通信技术课后部分习题答案
4.51 Calculate the pulse spreading caused by chromatic dispersion for BF04431-02 multimode grade-index fiber from SpecTran, (See Figure 3.20) operating at 1300 nm. Assume = 70 nm. S: Taking 0 = 1342.5 nm, S0 = 0.097 ps
t GI
L NA 4 L NA 4 32cN 13 32cn13
1 BR 4t
where N1 core group index of refraction
Hence, BRGI
8cn13 8 3 10 8 1.486 3 4.92 10 9 bit / s 4.92Gbit / s L NA4 1 10 3 0.200 4
P 4.34
2
4
t BR
2
2
PD=2.17 dB ( realizable!)
4.56 What is the bit-rate length limitation caused by chromatic disperson for the Spectran fiber referred to in Problem 4.51? S: (BR x L)max = 1 / [4 D()] 1 4( 2 ) D
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:
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 ()() 20-0sin 220∆===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。