光纤-圆介质波导.
6 折射率分布
光纤的弱导特性是光纤与微波圆波导之间的重要差别之一。 弱导的基本含义是指很小的折射率差就能构成良好的光纤波 导结构，而且为制造提供了很大的方便。
一般介质波导截面上的折射率分布可以用指数型分布表示 为
n(r)
nn1111
2
2
r a
1 2
1
2
n2
ra ra
(3)
a--纤芯半径，=1- 当»10时，趋近阶跃型或均匀分布 当=1时，三角型（色散位移） 当=2时，平方律分布梯度折射率
NA n0 sinmax n12 n22
n2
n0 1
1 1 1
NA n0 sin 1 n1 cos1 max
n1
NA n12 n22
n2
由于
n1 n2 n1
n12 n22 n1
2
NA n0 sinmax n1 2
可见，光纤的数值孔径与纤芯与包层直径无关，只与两者 的相对折射率差有关。若纤芯和包层的折射率差越大，NA值 就越大，即光纤的集光能力就越强。
❖ 对于阶跃型光纤，当光线在纤芯与包层界面上发生全反射 时，光波在纤芯中传播轨迹为折线，相应的端面入射角记 为光纤波导的孔径角（或端面临界角）。即只有光纤端面 入射角大于的光线才能在光纤中传播，故光纤的受光区域 是一个圆锥形区域，圆锥半锥角的最大值就等于。为表示 光纤的集光能力大小，定义光纤波导孔径角的正弦值为光 纤的数值孔径（NA），即：
4.5.2 偏射光线 当入射光线不通过光纤轴线时，传导光线将不在 一个平面内，这种光线称为偏斜射光线。 如果将其投影到端截面上，就会更清楚地看到传
导光线将完全限制在两个共轴圆柱面之间，其中之
❖ （3）混合波 HE或mn
EH mn
❖ 纵轴方向既有电分量又有磁场分量，是横电波和横磁波的混
合。
❖ 无论哪种模式，当m和n的组合不同，表示的模式也不同。
4光纤的归一化频率
❖ 归一化频率是为表征光纤中所能传播的模式数目多少而 引入的一个特征参数。
❖ 其定义为：
V 2 a
n12 n22
2 a NA k0an1
光纤的纤芯折射率剖面分布
2b
2b
2b
2c
2a
2a
2a
n n1
n2
0a b r （a）阶跃光纤
n n1
n2
0 a br （b） 渐变光纤
n n1 n2
n3
0 a cbr （c）W型光纤
阶跃型光纤（SIF）：纤芯折射率呈均匀分布，纤 芯和包层相对折射率差Δ为1%～2%。
渐变型光纤（GIF）：纤芯折射率呈非均匀分布， 在轴心处最大，而在光纤横截面内沿半径方向逐渐减 小，在纤芯与包层的界面上降至包层折射率n2。
光线与界面法线的夹角1; 光线与光纤轴线的夹角
4.5.1 子午光线
当入射光线通过光纤轴线，且入射角1大于界面
临界角 C s时in1(，n2 / n光1) 线将在柱体界面上不断发生全反射， 形成曲折回路，而且传导光线的轨迹始终在光纤的主 截面内。这种光线称为子午光线，包含子午光线的平 面称为子午面。
W型光纤（双包层光纤）：在纤芯与包层之间设 有一折射率低于包层的缓冲层，使包层折射率介于纤 芯和缓冲层之间。可以实现在1.3～1.6μm之间色散 变化很小的色散平坦光纤或把零色散波长移到 1.55μm的色散位移光纤。
4.5阶跃光纤中光波导的线光学分析
P n2
r
P
n1
n1
Q (a)
rt
P
r
n2 P
n12 n2 2
2n12
对于通信光纤，n1≈ n2，上式简化成为
n1 n2 n1
对于渐变型光纤，若轴心处（r=0）的折射率为 n(0,则) 相对 折射率差定义为
n(0)2 n22 2n(0) 2
在石英光纤中 n1 1.5
0.01
2:Numerical Aperture:反映了光纤搜集射线的能力
当你希望成功，当以恒心为良友。爱迪生
4.4.1 光纤的基本知识
涂覆层 包层 纤芯
护套
套层
一次涂覆层 包层 纤芯
光纤的结构示意图
4.4.2 光纤的结构参数
1 相对折射率差Δ
对于阶跃型光纤，假设是 包n层2 折射率， 是n纤1 芯折射率， 且相对＞折射，率n差1和Δ表n的2示差其n值1相大差小n程2直度接。影响光纤的性能。故引入
Q n1
Q
(b)
n2 Q
图2 阶跃折射率光纤纤芯内的光线路径 (a) 子午光线的锯齿路径 ；(b) 偏斜光线的螺旋路经及其在纤芯横截面上的投影。
光线的轨迹可以在通过光纤轴线的主截面内，如图2(a)所示
光线的轨迹可以不在通过光纤轴线的主截面内，如图2(b)所示。
要完整的确定一条光线，必须用两个参量:
2
❖ 其中，a——是光纤的纤芯半径；
❖
——是光纤的工作波长；
❖ n和1 n—2—分别是光纤的纤芯和包层折射率；
❖
—k 0—真空中的波数；
❖
——光纤的相对折射率差。
❖ a和NA越小，光纤中所能传播的模式数越少
❖ 当V <2.405时，基模传输状态；
❖ 当V ＞2.405时Байду номын сангаас多模传输状态；
5 模场直径d
❖ 由于单模光纤的边界没有明确的边界，包层之外 有相当大的光场存在，故不能象多模光纤一样用纤 芯表示横截面的导光范围，只能用模场直径 d 表示。
❖ 它表示了单模光纤的基模能量集中的程度。 CCITT 规 定 ， 单 模 光 纤 .31μm 处 的 模 场 直 径 应 在 9～10μm,偏差不应超过±10%。
对于阶跃型光纤，由于纤芯折射率均匀分布，纤芯端面各 点的数值孔径都相同，即各点收光能力相同。
对于渐变型光纤，纤芯折射率分布不均匀，光线在其端面 不同点入射，光纤的收光能力不同，因此渐变型光纤数值孔径 定义为：
NA(r)
n(r ) 2
n2 2
n(r) 2
3 光纤中的模式
电磁波的传播遵从麦克斯维尔方程，而在光纤中传播的电 磁场，还须满足纤芯-包层边界条件。因此由光纤结构决定 的光纤边界条件，可得出光纤中可能传播的模式有横电波、 横磁波和混合波。
❖ （1）横电波 TEmn
❖ 纵轴方向只有磁场分量，没有电场分量；横截面上有电场分 量的电磁波。中下标m表示电场沿圆周方向的变化周数，n 表示电场沿径向方向的变化周数。
❖ （2）横磁波 TM mn
❖ 纵轴方向只有电分量，没有磁场分量；横截面上有磁场分量 的电磁波。中下标m表示磁场沿圆周方向的变化周数，n表 示磁场沿径向方向的变化周数。
光纤结构、波导原理和制造
其中h = 6.63 10-34 J·s为普朗克常数
在光的照射下，金属是否发射电子，仅与光的频率相关，而 与光的亮度和照射时间无关。不同的金属材料要求不同的光 照频率。
2 基本的光学定律和定义
光速 c = 3 108 m/s 波长：l = c/v 当光在媒介中传播时，速度cm = c/n 常见物质的折射率：空气 1.00027；
光纤结构、波导原理和制造
主要内容
回顾光的特性、基本的光学定律和定义
介绍光纤结构、分类、特性和射线光学解 释
圆波导模式及其理论简介* 单模光纤的特性、材料以及制造工艺 光纤的几种成缆方式
光的波动性 1 光的基本特性
- 17世纪意大利格里马蒂和英国胡克 观测到光的衍射现象
- 1690年海牙物理学家惠更斯提出光 的波动性学说
光纤的分类
按传输的模式数目分 • 单模光纤 • 多模光纤
按折射率的变化分 • 阶跃光纤 • 梯度光纤
ITU-T官方定义 • 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 (衰减最小光纤) • G.655光纤 (非零色散位移光纤)
光传播的入射角条件 将s1和s2的值代入相位关系式并简化可以得到：
2pn1d sin mp l
假如只考虑波的电场分量垂直于入射面的情况，那么因发射带
来的相移为：
2arctan
cos2
n22 / n12
s in
代入简化式中可以得到：
tan pn1d
s in
kp
n12
cos2
水 1.33； 玻璃 (SiO2) 1.47； 钻石 2.42； 硅 3.5 折射率大的媒介称为光密媒介，反之称为光疏媒介
传输试题
传输试题一、填空题（30题）1.光纤色散是指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，由于不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，从而导致（信号畸变）的一种物理现象。
2.（受激）辐射是半导体激光器的基本工作原理。
3.半导体激光器把激励的电功率转换成（光功率）发射出去。
4.传送网可分成电路层、通道层和（传输媒质）层三个子层。
5.SDH帧结构中的更高阶同步传送模块由基本模块信号STM-1的（N倍）组成。
6.SDH帧结构可分成（段开销）、STM-N净负荷和管理单元指针三个基本区域。
7.SDH帧结构中设置了两种开销，分别是段开销和（通道）开销。
8.SDH基本单元中的虚容器是用来支持SDH（通道层）连接的信息结构。
9.WDM光传送网利用（波长）组网，在光域完成信号的选路、交换。
10.WDM光网络中光放大段层为了实现长距离超高速传输，主要解决放大和光纤的（色散）问题。
11.波分光交换能充分利用光路的（带宽）特性，可以获得电子线路所不能实现的波分型交换网络。
12.ASON 的交换连接可由用户直接按需要利用信令和（选路协议）来动态建立光通路连接。
13.作为智能化的网络技术，ASON需要光网络设备能够（自动获取）并跟踪网络拓扑结构的变化．实现动态的路由功能。
14.非对称数字用户环路技术利用（数字编码）技术从现有铜质电话线上获取最大数据传辅容量，同时又不干扰在同一条线上进行的常规语音服务。
15.EPON 利用（以太网）作为其第二层的成帧协议。
16.PDH是准同步数字体系的简称SDH是（数字同步体系）的简称17.SDH标准速率有：STM-1，STM-4，STM-16和STM-64分别对应（155M，622M，2.5G和10G）。
18.SDH的自动保护倒换功能通过段开销中的（K1，K2）字节实现，倒换时间小于（50ms）。
19.SDH参考的同步时钟信号类型可以是（2Mbit），也可以是（2MHz）。
光纤技术及应用第三章
Optical Fiber Technology and Its Application
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第3章
光
纤
Optic fiber
2021/7/22
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引言
1、光纤（optic fiber）----是指能够传导光波的圆柱形介质波 导。它利用光的全反射原理将光波能量约束在其界面内，并引 导光波沿着光纤轴线方向传播。
本章介绍光纤的结构与分类、光波在光纤中的传输原理。 第四章讲光纤的传输特性（损耗、色散、偏振、非线性效应）
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3、光纤的结构、分类 纤芯（芯层）core：其折射率较高 , （用来导光）.
包层coating：其折射率较低，提供在纤芯内发生光全反射的条 件.
保护层jacket——保护光纤不受外界微变应力的作用、防水等作 用。 光纤横截面半径为几十至几百微米，长度从几十厘米到 上千千米。
所以梯度光纤中导模光线的 最大延迟时间为：
ma xmin2nc12
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梯度光纤中导模光线的最大延迟 时间
ma xmin2nc12
与阶跃光纤的最大延迟时间相比较:
max12n c1n1n 2n2n c1
平方律光纤的色散小很多。 （3）梯度光纤的数值孔径 采用近似方法导出：
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将光纤芯层分成许多薄层：每一层内，折射率可近似看成常 数，而且折射率沿径向向外逐层递减
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3.2 光纤的波动光学理论
光纤属于介质圆波导，分析导光原理很复杂， 可用两种理论进行：
w用波动理论讨论导光原理(复杂、精确) w采用射线理论分析导光原理(简单、近似)
职业技能鉴定初级光缆考试模拟题与答案
职业技能鉴定初级光缆考试模拟题与答案一、单选题（共70题，每题1分，共70分）1、表示光缆自承式结构代号的是（）。
A、YB、ZC、TD、G正确答案：B2、每（）时间对备品备件进行一次性能检测。
A、半年B、两年C、一年D、季度正确答案：C3、光缆普查仪的信噪比为（）db。
A、20B、50C、30D、40正确答案：C4、在光纤中，光信号在（）中传输。
A、内外层间B、纤芯与包层间C、纤芯D、包层正确答案：A5、目前一般光纤的高拉强度为（）。
A、600-800gB、1500-2000gC、2000-3000gD、200-300g正确答案：A6、光纤光谱仪中单色仪中入射和出射狭缝往往位置固定而宽度可调，可以通过旋转光栅来对整个光谱进行（）。
A、扫描B、色散C、分析D、替换正确答案：A7、藤仓FSM-60s熔接机典型熔接时间SM快速模式熔接时间为（）秒。
A、10B、7C、8D、9正确答案：D8、光纤的余纤收容方式我们最常用的是（）。
A、平板式盘绕法B、近似直接法C、绕筒式收容法D、随意放入盒内正确答案：A9、熔接机异常屏幕上显示包层错位的原因是（）。
A、两根光纤的偏心率不同B、两根光纤外径不同C、应注意光纤的清洁和切断操作D、光学现象，对连接特性没有影响正确答案：A10、光纤识别仪是一种光纤维护的工具，用于（）的光纤识别工作。
A、大损耗B、无损C、特殊D、日常正确答案：B11、测量单模光纤的模场直径，不可采用的方法是（）。
A、刀口扫描法B、远场扫描法C、可变孔径法D、传输功率法正确答案：D12、如果OTDR屏幕上能观察到故障光纤有反射峰且恰好是在某一接头附近，则基本上可以认定（）。
A、OTDR损坏B、接头损坏C、成端损坏D、缆线损坏正确答案：B13、光缆线路整修过程中上下人井时应当使用（）。
A、凭经验下井B、梯子C、徒手下井D、踩踏缆线正确答案：B14、在长途光缆线路的维护中,属于日常维护的是：（）。
A、光缆线路的测试判断B、光缆线路的防蚀防雷防强电C、光缆线路的故障处理D、结合徒步巡回,进行光缆路由探测,建立健全路由资料正确答案：D15、护层必须提供防潮和防水性能，除了对光纤具有（）作用之外。
光纤中的模式的概念
光纤中的模式的概念
光纤是一种圆形介质波导，它传播的是光频电磁波。
能够在光纤中传播的波型称为传导模，简称模式或模[1]。
欲对光纤中模式的有透彻的理解，往往要从其数学含义、物理含义、模式条件、模式特征以及模式分类等角度进行深入的阐述。
针对本问题，一是从数学角度解释了模式实际上是标量麦克斯韦方程的一个特解，并满足在波导中心有界、在边界趋于无穷时为零等边界条件；二是从物理角度阐述了光纤中的模式和激光中的模式一样，都需要满足谐振条件才能在光纤或谐振腔中有稳定的场分布；三是将光纤的传输按模式分为( 1 )多模传输；( 2 )最低模式单模传输；( 3 )非最低模式单模传输，并讨论各自模式光纤优势及适用场合。
光纤通信复习题库(整合版)
光纤通信复习题库（整合版）一、填空题1.有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，以便时产生信号的提取，称_扰码电路 __ 。
2.PIN光电二极管是在P型材料和N型材料之间加一层_ _I___型材料，称为__耗尽层。
3.APD中促使其电流猛增的是__倍增效应。
碰撞电离4．在半导体激光器的P—I 曲线上，当I＞It 时，激光器发出的是激光，反之为荧光5. EDFA在光纤通信系统中主要的应用形式主要有作前置放大器使用、作功率放大器使用和作_线路放大器使用。
6. SDH网有一套标准化的信息结构等级，称为_同步传送模块STM-N_。
7.从波动理论的观点看，光波作为一种电磁波来处理。
8.目前光纤通信的长波波长低损耗工作窗口是 1.31μm和1.55um 。
9.光纤主要由纤芯和包层两部分构成。
10.LED适用于模拟的光纤传输系统。
11．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。
12．光纤数值孔径的物理意义是表示光纤端面_ 集光 _的能力。
接受和传输光13.准同步数字体系的帧结构中，如果没有足够的开销字节，就不能适应网络管理、运行和维护。
14.SDH中STM—1的速率是 155Mb/s 。
15. 按照泵浦方式的不同，EDFA可分为正向泵浦结构、反向泵浦结构和双向泵浦结构等三种形式。
16.响应度和量子效率都是描述光电检测器光电转换能力的一种物理量。
17.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85um ,1.55um 和__1.31um_。
18.PDH复用成SDH信号必须经过映射、定位、复用三个步骤。
19.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_相干光 ___。
20. SDH中STM—4的速率是 622 Mb/s 。
21.常用的SDH设备有：终端复用器、__再生器_和数字交叉连接设备等。
22.在光接收机中，与___光检测器__紧相连的放大器称为前置放大器。
【通信技术】有线传输工程题集（有答案）[详细]
【通信技术】有线传输工程题集（有答案）[详细]有线传输工程第一章光纤通信基本理论一、填空题1、光纤通信中所使用的光纤是界面很小的可绕透明长丝,它在长距离内具有(束缚)和传输光的作用.2、光具有波粒二像性,既可以将光看成光波,也可以将光看作是由光子组成的(粒子流)3、波动光学是把光纤中的光作为经典(电磁场)来处理.4、光纤色散是指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,由于不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同,从而导致(信号畸变)的一种物理现象.5、在数字光纤通信系统中,色散使(光脉冲)发生展宽.6、波导色散主要是由光源的光谱宽度和光纤的(几何结构)所引起的.7、光纤的非线性可以分为两类,即受激散射效应和(折射率扰动)8、当光纤中非线性效应和色散(相互平衡)时,可以形成光孤子.9、单模光纤的截止波长是指光纤的第一个(高阶模)截止时的波长.10、单模光纤实际上传输两个(相互正交)的基模.二、单向选择题1、将光纤的低损耗和低色散区做到1450—1650n米波长范围,则相应的带宽为( B )A、2.5B、25C、5.0D、502、阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界面上( B )而是能量集中在芯子之中传输.A、半反射B、全反射C、全折射D、半折射3、多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是( A )的.A、连续变化B、恒定不变C、间断变换D、基本不变4、目前,光纤在( B )n米处的损耗可以做到0.2dB/n米左右,接近光纤损耗的理论极限值.A、1050B、1550C、2050D、25505、石英光纤材料的零色散系数波长在( B )n米附近.A、127B、1270C、227D、22706、普通石英光纤在波长( A )n米附近波导色散与材料色散可以相互抵消,使二者总的色散为零.A、1310B、2310C、3310D、43107、非零色散位移单模光纤也称为( D )光纤,是为适应波分复用传输系统设计和制造的新型光纤.A、G.652B、G.653C、G.654D、G.655三、多项选择题1、根据光纤横截面折射率分布的不同,常用的光纤可以分成( AB ).A、阶跃光纤B、渐变光纤C、单模光纤D、多模光纤2、光纤损耗因素主要有本症损耗、( A B C D )和附加损耗等.A、制造损耗B、连接损耗C、耦合损耗D、散射损耗3、光纤通信所使用的低损耗窗口是( A C )和1310n米波段.A、850n米波段B、1050n米波段C、1550n米波段D、2650n米波段4、根据色散产生的原因,光纤色散的种类主要可以分为(A BC).A、模式色散B、材料色散C、波导色散D、偏振模色散5、单模光纤可以分为( ABCD ).A、非色散位移单模光纤B、色散位移单模光纤C、截止波长位移单模光纤D、非零色散位移单模光纤四、判断题1、光纤是圆截面介质波导.(√)2、在多模阶跃光纤的纤芯中,光按曲线传输,在纤芯和包层的街面上光发生反射.(×)3、在渐变光纤中,光射线的轨迹是直线.(×)4、光纤的折射率分布采取双曲正割函数的分布,所有的子午射线具有完善的自聚焦性质.(√)5、材料色散引起的脉冲展宽与光源的光谱线宽和材料色散系数成正比.(√)6、偏振色散是由于实际的光纤总是存在一定的不完善性,使得沿着两个不同方向偏振的同一模式的相位常数β不同,从而导致这两个模式传输不同步,形成色散.(√)7、在高强度电磁场中光纤对光的影响会变成线性.(×)8、四波混频是指由2个或3个不同波长的光波混合后产生新的光波的现象.(√)9、为了保证单模传输,光纤的纤径较小,一般其芯径为4-10μ米.(√)10、由于光纤双折射的存在,将引起光波的偏振态沿光纤长度发生变化.(√)五、简答题1、简述光纤通信的特点.答:(1)频带宽,通信容量大;(2)传输损耗低,无中继距离长(3)抗电磁干扰(4)光纤通信串话小,保密性强,使用安全;(5)体积小,重量轻,便于敷设;(6)材料资源丰富.2、简述渐变光纤的折射率分布.答:渐变光纤横截面的折射率分布,包层的折射率是均匀的,而在纤芯中折射率则随着纤芯的半径的加大而减小,是非均匀、且连续变化的.3、简述光纤材料色散色定义及其引起的原因.答:由于光纤材料的折射率是波长λ的非线性函数,从而使光的传输速度随波长的变化而变化,由此而引起的色散叫材料色散.材料色散主要是由光源的光谱跨度所引起的,由于光纤通信中使用的光源不是单色光,具有一定的光谱宽度,这样,不同波长的光波传输速度不同,从而产生时延差,引起脉冲展宽.六、论述题1、阐述光纤受激散射效应定义,表现形式及其主要区别.(1)定义.受激散射效应是光通过光纤介质时,有一定能量偏离预定的传播方向,且光波的频率发生改变,这种现象称为受激散射效应.(2)表现形式.受激散射效应表现形式有两种,即受激布里渊散射和受激拉曼散射.这两种散射都可以理解为一个高能量的光子被散射成一个低能量的光子,同时产生一个能量为两个光子能量差的另一个能量子.(3)主要区别.两种散射的主要区别在于受激拉曼散射的剩余能量转变为光频声子,而受激布里渊散射转变为声频声子;光纤中的受激布里渊散射只发生在后向,受激拉曼散射主要是前向.受激布里渊散射和受激拉曼散射都使得入射光能量降低,在光纤中形成一种损耗机制.在较低光功率下,这些散射可以被忽略.当入射光功率超过一定阈值后,受激散射效应随入射光功率成指数增加.2、阐述光纤的折射率扰动所引起的各种非线性效应.答:折射率扰动主要引起自相位调制(SP米)、交叉相位调制(XP米)、四波混频(FW米)和光孤子形成四种非线性效应.（1）自相位调制.自相位调制是指光在光纤内传输时光信号强度随时间的变化对自身相位的作用.它导致光谱展宽,宠儿影响系统性能.（2）交叉相位调制.交叉相位调制是任意波长信号的相位受其它波长信号强度起伏的调制产生的.交叉相位调制不仅与光波自身强度有关,而且与其他同时传输的光波强度有关,所以交叉相位调制总伴有自相位调制.交叉相位调制会使信号脉冲谱展宽.（3）四波混频.四波混频是指由2个或3个不同波长的光波混合和后产生新的光波的现象.其产生原因是某一波长的入射光会改变光纤的折射率,从而在不同频率处发生相位调制,产生新的波长.四波混频对于密集波分复用(DWD米)光纤通信系统影响较大,成为限制其性能的重要因素.（4）光孤子形成.非线性折射率和色散间的相互作用,可以使光脉冲得以压缩变窄.当光纤中的非线性效应和色散间相互平衡时,可以形成光孤子.光孤子脉冲可以在长距离传输过程中,保持形状和脉宽不变.第二章光发送机与光接收机一、填空题1、(受激)辐射是半导体激光器的基本工作原理.2、半导体光源的核心是PN结,它由(高掺杂浓度)的P型半导体材料和N型半导体材料组成.3、半导体激光器产生稳定的激光振荡必须满足一定的条件,即阈值条件和(相位)条件.4、半导体激光器的激光振荡是由光栅形成的光耦合来提供,其基本原理是(布拉格)反射原理.5、半导体激光器的(P—I特性)是指它的输出功率P随注入电流I 的变化关系.6、半导体激光器把激励的电功率转换成(光功率)发射出去.7、发光二极管是非相干光源,它的基本工作原理是(自发)辐射.8、在光纤通信系统中,光发送机的任务是把(电端机)送来的电信号转变为光信号9、光发送机中的调制电路将电信号转变为(调制电流),以便实现对光源的强度调制.10、PIN光电二极管可以对一定波长范围内的入射光进行(光电转换),这一波长范围就是PIN光电二极管的波长影响范围.二、单项选择题1、为了获得高辐射度,发光二极管一般采用( D )结构.A、多同质B、双同质C、多异质D、双异质2、发光二极管的远场特性是距离器件输出端面一定距离的光束在( B )的分布.A、时间上B、空间上C、磁场上D、电场上3、光发送机技术指标中的消光比直接影响光接收机的灵敏度,从提高接收机灵敏度的角度希望消光比极可能大,消光比一般应大于( A )dB.A、10B、8C、6D、44、一般PIN光电二极管在入射光功率( D )毫瓦量级时,能够保持比较好的线性.A、高于B、略高于C、等于D、低于5、雪崩光电二极管特性中的量子效率只与初级光生载流子数目有关,不涉及倍增问题,故量子效率值总是( D ).A、大于1B、略大于1C、等于1D、小于16、在光纤通信中,光接收机再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成( B ).A、模拟信号B、数字信号C、电子信号D、光子信号三、多项选择题1、光纤通信中,光源的间接调制是利用晶体的( ABC )等性质来实现对激光辐射调制.A、电光效应B、磁光效应C、声光效应D、场光效应2、在光纤数字通信系统中,光发送机主要有( ABC )、光源及其控制电路.A、输入借口B、线路编码C、调制电路D、输出接口3、在光纤通信系统中编码调制是先将连续的模拟信号通过( ACD ),转换成二进制脉冲代码,再用矩型脉冲的有、无来表示信号.A、取样B、过滤C、量化D、编码4、雪崩二极管的响应速度主要取决于( ABC )等因素.A、载流子完成倍增过程所需要的时间B、载流子在耗尽层的渡越时间C、结电容和负载电阻的RC时间常数D、结电容和负载电感的LC时间常数5、光接收技术中的前置放大器一般可分为( ACD )等几种.A、低阻抗前置放大器B、无阻抗前置放大器C、高阻抗前置放大器D、跨阻抗前置放大器四、判断题1、光端机是光纤通信系统中的光纤传输终端设备,它们位于电端机和光纤传输线路之间.(√)2、半导体激光器的输出光功率不会随温度而变化.(×)3、半导体激光器中所允许的光场模式分为TE和T米两组.(√)4、由于光二极管输出的是自发辐射光,并且没有光学谐振腔,所以输出光谱要比半导体激光器窄得多.(×)5、光调制是用待发送的电信号控制光载波的某一参量,使之携带发送信息的过程,也就是完成电/光转换的过程.(√)6、对于半导体光源,其输出光功率与注入电流成反比.(×)7、激光器的发射心波长随温度的升高向长波长漂移.(√)8、受激吸收是半导体光检测器的基本工作原理.(√)9、光电二极管的线性饱和是指它有一定的功率检测范围,当入射功率太强的时,光电流和光功率将不成正比,从而产生非线性失真.(√)10、雪崩光电二极管是具有内部增益的光检测器,它可以用来检测微弱光信号并获得较大的输出光电流.(√)11、光接收机的主要作用是将经过光纤传输的微弱光信号转换成电信号,并放大、再生成原发射的信号.(√)五、问答题1、简述光纤通信中光接收机的主要作用.答:光接收机的主要作用是将光纤传输后的幅度被衰减的、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信号.并对电信号进行放大、整形、再生后,再生成渝发送端相同的电信号,输入到电接收端机.2、简述半导体激光器的光谱特性.答:半导体激光器的光谱特性主要是激光器的纵模决定.激光器的光谱会随着注入电流而发生变化.当注入电流低于阀值电流时,半导体激光器发出的是荧光,光谱很宽;当电流增大到阀值电流时,光谱突然变窄,光谱中心强度急剧增加,出现了激光;对于单纵模半导体激光器,由于只有一个纵模,其谱线更窄.3、简述发光二极管的P—I特性.答:发光二极管不存在阀值,输出光功率与注入电流之间呈线性关系,且线性范围较大.当注入电流较大时,由于PN结的发热,发光效率降低,出现饱和现象.在相同注入电流下,面发光二极管的发输出功率比边发光二极管大.4、简述影响PIN光电二极管响应速度的主要因素.答:影响响应速度的主要因素有:结电容和负载电阻的RC时间常数、载流子在耗尽区里的渡越时间及耗尽区外产生的载流子的扩散时间.六、论述题1、阐述光纤通信心对光源的要求.答:(1)光源的发射波长应该与光纤的低损耗窗口一致,即为850n米、1310n米和1550n米的三个低损耗窗口.(2)光源有足够高的、稳定的输出光功率,以满足系统中继距离的要求,一般为数十微瓦至数微瓦为宜.(3)光源的光谱线宽要窄,即单色性好,以减小光纤色散对信号传输质量的影响.(4)调制方法简单,且要响应速度快,以满足高速率传输的要求.(5)电光转换效率要高.(6)能够在室温下连续工作,(7)体积小,重量轻,寿命长,工作稳定可靠.2、阐述半导体激光器控制电路中自动功率控制的手段和方法.答:(1)控制手段.要精确控制激光器的输出功率,应从两方面着手:一是控制激光器的偏置电流,使其自动跟踪阀值的变化,从而使激光器总是偏置在最佳的工作状态;而是控制激光器调制脉冲电流的幅度,使其自动跟踪外微分量子效率的变化,从而保持输出光脉冲信号的幅度恒定.(2)控制方法.自动功率控制方法有两种:一是通过光反馈来自动调整偏置电流的自动偏置控制方法;二是峰值功率/平均功率控制方法.3、阐述光纤通信系统对光检测器的要求.答:光检测器是把光信号变为电信号的器件,由于从光纤中传输过来的光信号一般是非常微弱其产生了畸变的信号,因此光纤通信系统对光检测器提出了非常高的要求.具体有求如下:一是在系统的工作波长上要有足够高的响应度,即对一定的入射光功率,光检测器能输出尽可能大的光电流;二是有足够高的响应速度和足够的工作带宽,即对高速光脉冲信号有足够快的响应能力.三是产生的附加噪声小;四是光电转换线性好,保真度高;五是工作稳定可靠,工作寿命长;六是体积小,使用简便.第三章光纤通信技术一、填空题1、光纤放大器分为稀土掺杂光纤放大器和利用(非线性)效应制作的常规光纤放大器.2、掺铒光纤放大器中的泵浦光源为信号光的放大提供足够的能量,它使处于低能级的Er3+被提高到高能级上,使掺铒光纤达到粒子数(反转)分布.3、掺铒光纤放大器中的同向泵浦是信号光与泵浦光以(同一方向)进入掺铒光纤的方式.4、掺铒光纤放大器中的反向泵浦是信号光与泵浦光从(两个不同)的方向进入掺铒光纤的方式.5、掺铒光纤放大器中的光耦合器的作用是将(信号光)和泵浦光合在一起,送入掺铒光纤中.6、光时分复用是指在光上进行时间(分割)复用.7、光时分复用技术中的高速光开关在逻辑上可以是一个全光的(与门)或者电/光脉冲控制的开关器件.8、光纤中的孤子是光纤色散与(非线性)相互作用的产物,服从非线性薛定谔方程,受光纤线性与非线性的支配.9、光纤通信技术中的光孤子源发出的光孤子应具有(双曲正割)型或高斯型的轮廓.10、光传送网是一种以(波分复用)与光信道技术为核心的新型通信网络传送体系.二、单项选择题1、半导体光放大器的增益一般在(A)dB.A.15~30B.45~60C.75~90D.115~1302、半导体光放大器的频带宽度一般为(B)n米.A.30~50B.50~70C.70~90D.90~1103、掺铒光纤放大器的工作波长为(B)n米波段.A.1350B.1550C.1750D.19504、掺镨光纤放大器的工作波长为(A)n米波段.A.1300B.1500C.1700D.19005、光纤拉曼放大器具有在(C)n米全波段实现光放大的优点.A.127~167B.270~670C.1270~1670D.2700~67006、掺铒光纤放大器具有较高的饱和输出功率,一般为(C)dB米.A.0.1~0.2B.1.0~2.0C.10~20D.100~200三、多项选择题1、掺铒光纤放大器的光路部分由(ABCD)和光滤波器组成.A.掺铒光纤B.泵浦光源C.光耦合器D.光隔离器2、光波分复用(WD米)系统的基本构成主要有(AB)几种形式.A.双纤单向传输B.单纤双向传输C. 双纤双向传输D. 单纤单向传输3、目前,光纤通信技术中的光网络节点主要有( AC )A、光分插复用器B、光分插连接器C、光交叉连接器D、光交叉复用器4、光传送网节点技术中的光交叉连接器的光交换单元可采用( AC )A、空间交换B、时间交换C、波长交换D、信号交换5、掺铒光纤放大器的泵浦形式有(ABC)A、同向泵浦B、反向泵浦C、双向泵浦B、三向泵浦四、判断题1、光纤通信在进行长距离传输时,由于光纤中存在损耗和色散,使得光信号能量降低光脉冲发生展宽.(√)2、光放大器不能直接放大光信号,需转换成电信号.(×)3、掺铒光纤放大器中的双向泵浦是同向泵浦和反向泵浦同时泵浦的方式.(√)4、常规光纤放大器是利用光纤的三阶线性光学效应产生的增益机制对光信号进行缩大.(×)5、双纤单向传输是指采用两根光纤实现连个方向信号传输,完成全双工通信.(√)6、单纤双向传输是指光通路在一根光纤中同时延两个不同的方向传输,此时,双向传输的波长相互分开,以实现彼此双方全双工的通信.(√)7、当进入光纤中的光功率较低时,光线可以认为是线性系统,其折射率可以认为是常数.(√)8、光纤孤子通信依靠光纤的线性和色散特性,实现传输过程中畸变光信号的分布式自整形.(×)9、在光网络中,信息流的传送处理过程主要在光域进行,由波长标识的信道资源成为层连网的基本信息单元.(√)10、WD米波分复用光传送网是用光波长作为最基本交换单元的交换技术,来替换传统交换节点中以时隙为交换单位的时隙交换技术.(√)五、简答题1、简述掺铒光纤放大器辅助电路部分的作用及其所包含的功能电路.答:辅助电路部分中的自动控制部分一般采用微处理器对EDFA的泵浦光源的工作状态进行监测和控制、对EDFA输入和输出光信号的强度进行监测,根据监测结果适当调节泵浦光源的工作参数,使EDFA工作在最佳状态.此外,辅助电路部分还包括自动温度控制和自动功率控制等保护功能的电路.2、简述光波分复用技术(WD米)的工作原理.答:WD米技术是在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术.其基本原理是在发送端将不同波长的信号组合起来(复用),送入到光缆线路上的同一根光纤中进行传输,在接受端又将组合波长的光信号分开(解复用),并作进一步处理,恢复出原信号后送入不同的终端,因此将此项技术称为光波长分割复用,简称光波风复用技术.3、简述光时分复用(OTD米)需要解俊的关键技术.答:从目前的研究情况看,实现OTD米需要解决的关键技术如下:（1）高重复率超短光脉冲源;（2）超短光脉冲的长距离传输和色散抑制技术;（3）时钟恢复技术;（4）光时分复用和解复用技术;（5）帧同步及路序确定技术;4、简述WD米光传送网的特点.答:(1)波长路由(2)透明性(3)网络结构的扩展性(4)可重构性(5)可扩容性(6)可操作性(7)可靠性和可维护性六、论述题1、阐述掺铒光纤放大器(FDFA)的应用形式答:(1)系统线路放大器.将FDFA直接接入光纤传输链路中作为在线放大器,或光中继器取代光—电—光中继器,实现光—光放大.可广泛应用于长途通信.越洋通信和CA TV分配网络等领域.(2)功率放大器.将EDFA接在光发射机的光源之后对信号进行放大.由于增加了入纤的光功率,从而可延长传输距离.(3)前置放大器.将EDFA放在光接受几的前面,可以提高光接收机的接受灵敏度.(4)LAN放大器.将EDFA放在光纤局域网络中用作分配补偿器,以便增加光节点的数目,为更多的用户服务.2、阐述光传送网中各子层的功能.答:(1)光信道层.光信道层负责为来自电复用段曾德不同格式的客户星系选择路由和分配波长,为灵活的网络选路安排光信道连接,处理光信道开销,提供光信道层的检测、管理功能,提供端到端的连接,并在故障发生时,通过重新选录或直接把工作业务切换到预定的保护路由来实现保护到缓和网络恢复.(2)光复用段层.光复用断层保证相邻两个波长复用传输设备间多波长复用光信号的完整传输,为多波长信号提供网络功能.主要包括:为灵活的多波长网络选路重新安排光复用段功能;为保证多波长光复用段适配信息的完整性处理光复用段开销;为段层的运行和维护提供光复用段的检测和管理功能.(3)光传输段层.光传输段层为光信号在不同类型的光媒质(如G.652、G.655光纤)上提供传输功能,同时实现对光放大器或中继器的检测和控制功能等.通常会涉及的问题是:功率均衡问题,EDFA增益控制问题和色散的积累和补偿问题.第四章传送网技术一、填空题1、传送网可分层电路层、通道层和(传输媒质)层三个子层2、SDH帧结构中的耿告诫同步传送模块有基本模块信号ST米-1的(N倍)组成.3、SDH帧结构可分乘(段开销),ST米-N净负荷和管理单元指针三个基本区域.4、SDH帧结构中的短开销是指为保证信息正常、灵活、有效地传送所必须附加的(字节),主要用于网络的运行、管理、维护及指配.5、SDH帧结构中的信息净负荷指的是可真正用于电信业务的(比特)6、SDH帧结构中设置了两种开销,分别是段开销和(通道)开销.7、在SDH网络基本传送模块ST米-1中,E1和E2字节用于提供(公务联络)语声通路.8、在SDH网络基本传送模块ST米-1中,K1和K2字节用作(APS)指令.9、在SDH网络基本传送模块ST米-1中米1字节用来传送BIP-N*24所检出的(差错块)个数.10、SDH的通用复用映射结构中,具有一定频差的各种支路的业务信号要想复用进ST米-N帧,都要经历映射、(定位校准)和复用三个步骤.11、SDH基本单元中的虚容器是用来支持SDH(通道层)连接的信息结构.12、SDH网络基本单元中的支路单元是一种提供低阶通道层和(高阶)通道层之间适配功能的信息结构.13、SDH网络基本单元中的管理单元式提供高阶通道层和(复用段)层之间适配功能的信息结构.14、在SDH网络中,映射是一种在SDH网络边界处,把支路信号适配装入相应(虚容器)的过程.15、SDH网络中的分差复用器是利用(时隙交换)实现宽带管理.二、单项选择题1、SDH网络中最基本的模块为ST米-1,传输速率为(A)米bit/s.A.155.520C.466.560D.622.0802、SDH技术中采用的帧结构属于块状帧结构并以字节为基础,传输一帧的时间125μs,每秒共传(D)帧.A.600B.800C.6000D.80003、SDH帧结构中的管理单元指针位于帧结构左边的第(C)行.A.2B.3C.4D.54、SDH同步传送基本模块中的定帧字节共有(B)个A1和A2,其目的是尽可能地缩短同步建立时间.A.4B.6C.8D.105、SDH同步基本传送基本模块中的F1字节是为特殊维护目的而提供临时的数据/语声通路连接,其速率为(C)Kbit/s.A.16B.32C.64D.1286、SDH映射单元中,容器C-12的速率为(B)米bit/s.A.1.600B.2.176C.6.784。
2013年通信工程师考试通信专业综合能力练习题2
通信工程师考试通信专业综合能力练习题(1一、选择题1. 根据光纤横截面折射率分布的不同,常用的光纤可以分成(AB 。
A. 阶跃光纤B.渐变光纤C.单模光纤D.多模光纤2. 光纤的损耗因素主要有本征损耗、(ABCD 和附加损耗等。
A. 制造损耗B.连接损耗C.耦合损耗D.散射损耗3. 光纤通信所使用的低损耗窗口是(AC 和 1310nm 波段。
A.850 nm波段B.1050 nm波段C.1550 nm波段D.2650 nm波段4. 根据色散产生的原因,光纤色散的种类主要可以分为(ABC 。
A. 模式色散B.材料色散C.波导色散D.偏振模色散5. 单模光纤可以分为(ABCD 。
A. 非色散位移单模光纤B.色散位移单模光纤C. 截止波长位移单模光纤D.非零色散位移单模光纤二、判断题1. 光纤是圆截面介质波导。
(√2. 在多模阶跃光纤的纤芯中,光按曲线传输,在纤芯和包层的界面上光发生反射。
(×3. 在渐变光纤中,光射线的轨迹是直线。
(×4. 光纤的折射率分布采取双曲正割函数的分布,所有的子午射线具有完善的自聚焦性质。
(√5. 材料色散引起的脉冲展宽与光源的光谱线宽和材料色散系数成正比。
(√6. 偏振模色散是由于实际的光纤总是存在一定的不完善性,使得沿着两个不同方向偏振的同一模式的相位常数β不同,从而导致这两个模式传输不同步,形成色散。
(√7. 在高强度电磁场中光纤对光的响应会变成线性。
(×8. 四波混频是指由 2个或 3个不同波长的光波混合后产生新的光波的现象。
(√9. 为了保证单模传输,光纤的芯径较小,一般其芯径为4~10μm. (√10. 由于光纤双折射的存在,将引起光波的偏振态沿光纤长度发生变化。
(√通信工程师考试通信专业综合能力练习题(2一、简答题1. 简述光纤通信的特点。
答:(1频带宽,通信容量大;(2传输损耗低,无中继距离长;(3抗电磁干扰;(4光纤通信串话小,保密性强,使用安全;(5体积小,重量轻,便于敷设;(6材料资源丰富。
介质波导
2
v 1 kc / k
2
2 v kc2 0 k x2 k y 0 k x jk x1或k y jk y1
cos( jkx x) ch(kx1x) cos( jk y1 y) ch(k y1 y) sin( jk y y) jsh(k y1 y) sin( jk y1 y) jsh(k y1 y)
y a
r1
r2
x
z
其分析步骤与金属波导类似。
微波工程基础
3
第三章 微波集成传输线之介质波导
圆形介质波导纵向场的横向分布函数应满足以下标量亥 姆霍兹方程：
式中，kc2 =k02i–2， i (i=1,2)为介质内外相对介电常数， 1、 2分别代表介质波导内部和外部。一般有 r1 = r， r2=1。 令：
微波工程基础
16
Ez T A Rr H z T B
Ez T 2 Ez T kc 0 H z T H z T
2 t
经分离变量后可得R(r)和()各自满足的方程及其解， 利用边界条件可求得混合模式下内外场的纵向分量，再 由麦克斯韦方程求得其它场分量。
慢波导波场被电抗表面束缚在波导内和波导表面附近沿轴向传播
（即表面波），又称为表面波导或开波导 毫米波频段表面波导损耗小（无导体损耗）功率容量大，应用广泛
微波工程基础
2
第三章 微波集成传输线之介质波导
1. 圆形介质波导(circular dielectric waveguide)
设圆形介质波导半径为a，相对介电常数为r(r=1)。 分析表明圆形介质波导不存在纯 TEmn和TMmn模，但 存在 TE0n 和 TM0n 模，一般情况下为混合模 HEmn 和 EHmn模。
介质波导法
介质波导法介质波导法是一种在介质中传播电磁波的方法。
在介质波导中，电磁波通过界面反射来限制在介质内传播。
这种波导结构在许多应用中都得到广泛应用，如光纤通信和微波技术等。
介质波导法涉及到一些关键的概念，例如全内反射和波导模式。
首先，全内反射是指当光线从光密介质射入光疏介质时，当入射角大于临界角时，光线将完全被反射，不再继续传播到光疏介质中。
这种特性是光纤通信中的核心机制之一。
波导模式是介质波导的电磁场分布的一种特定形式。
它是波导中电磁场的准静态解决方案，且具有特定的传播常数。
波导模式的特点是只有特定的频率和传播常数下才能在波导中传播。
这些模式通过波导的物理尺寸和介质参数来确定。
介质波导的设计和分析可以使用一些数学方法和物理原理。
其中，麦克斯韦方程组是描述电磁波的重要工具，它们将电场和磁场之间的关系进行了描述。
此外，电磁波的传播可以使用亥姆霍兹方程进行建模，该方程描述了电磁波在波导中的传播行为。
在实际的介质波导应用中，波导结构的设计和特性分析是非常重要的。
例如，在光纤通信中，波导的损耗和色散特性是需要进行详细研究的。
波导损耗是指光能量在波导中传输时的衰减，这会导致信号的衰减和干扰。
波导色散是因为介质的色散特性而导致信号在波导中传播速率随着频率的变化而变化。
为了实现较低的波导损耗和色散特性，波导的结构和材料选择也是需要仔细考虑的。
例如，在光纤通信中，选择较低损耗和较低色散的材料非常重要。
传统的光纤一般由硅或玻璃制成，这些材料具有低损耗和较低色散特性，使其成为光纤通信中的首选。
除了光纤通信，介质波导法还在微波技术中得到广泛应用。
例如，微波集成电路中的传输线和器件常常使用介质波导结构来实现信号的传输和分配。
在微波波导中，微波信号的传播速率和功率耗散也是需要考虑的因素。
总而言之，介质波导法是一种广泛应用于光纤通信和微波技术等领域的方法。
通过对介质波导的设计和分析，我们可以实现优化的波导结构，从而实现更高效、低损耗的信号传输。