光纤通信第一章(2012)
光纤通信课后习题参考答案
光纤通信课后习题答案第一章习题参考答案1、第一根光纤是什么时候出现的？其损耗是多少？答：第一根光纤大约是1950年出现的。
传输损耗高达1000dB/km左右。
2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。
答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。
系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。
中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。
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渐变型光纤的折射率分布7．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n1=1.50，n2=1.45，光纤的长度L=10Km。
试求：（1）光纤的相对折射率差Δ；（2）数值孔径NA；（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的NA和相对折射率差Δ。
解：（1）＝n1-n2（2）（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则相当于包层的折射率n2=1，则＝n1-n25而最大为1，所以说只要光纤端面的入射角在90O以（2）若a=5μm，保证光纤单模传输时，＝n1-n2第三章光纤的传输特性2．当光在一段长为10km光纤中传输时，输出端的光功率减小至输入端光功率的一半。
一章光纤通信概述ppt课件
由于光纤具备一系列优点，所以广泛应用于公用 通信、有线电视图像传输、计算机、空航、航天、船 舰内的通信控制、电力及铁道通信交通控制信号、核 电站通信、油田、炼油厂、矿井等区域内的通信
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图1-1电磁波波谱图
1.11 光纤通信使用波段
2020/4/26
第一章：光纤通信概述
1.1 光纤传输系统的基本组成
光纤通信：以光导纤维（光纤）为传输媒 质，以光波为载波，实现信息传输。
光纤传输系统的基本组成
光发射机
光源
光调制器
已调光 光纤线路
信号
调制电信号
基带处理
光接收机
光检测器 解调电信号 基带处理
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基带电信号
基带电信号
1.1 光纤传输系统的基本组成
第三阶段（1986年～），全面深入开展新技术研究，实现 了1.55 μm单模光纤通信系统（SDH） ，速率达2.5~10Gb/s, 无中继距离为100～150km；2019年后，研发波分复用光纤 2020/4/通26 信系统，每波长传输速率10或40G及光波网络。
1.9 光纤通信的特点与应用
传输容量很大：2.5G～10G/波长；每光纤采用波分复用
1.4 光纤传输特性
传输损耗：由材料吸收和杂质散射等因素引起有 三个低损耗窗口：（1）0.85μm附近，损耗2~4dB/km;（2）
1.31 μm附近，损耗约0.5dB/km;（3）1.55 μm附近，损耗约0.2dB/km。
色散（Dispersion）：一般包括材料色散、模式色 散、波导色散等，引起接收的信号脉冲展宽，从 而限制了信息传输速率。
光纤通信复习（各章复习要点）
光纤通信复习（各章复习要点）光纤通信复习（各章复习要点）第⼀章光纤的基本理论1、光纤的结构以及各部分所⽤材料成分2、光纤的种类3、光纤的数值孔径与相对折射率差4、光纤的⾊散5、渐变光纤6、单模光纤的带宽计算7、光纤的损耗谱8、多模光纤归⼀化频率，模的数量第⼆章光源和光发射机1、光纤通信中的光源2、LD的P-I曲线，测量Ith做法3、半导体激光器的有源区4、激光器的输出功率与温度关系5、激光器的发射中⼼波长与温度的关系6、发光⼆极管⼀般采⽤的结构7、光源的调制8、从阶跃响应的瞬态分析⼊⼿，对LD数字调制过程出现的电光延迟和张弛振荡的瞬态性质分析（p76）9、曼彻斯特码10、DFB激光器第三章光接收机1、光接收机的主要性能指标2、光接收机主要包括光电变换、放⼤、均衡和再⽣等部分3、光电检测器的两种类型4、光电⼆极管利⽤PN结的什么效应第四章光纤通信系统1、光纤通信系统及其⽹管OAM2、SDH系统3、再⽣段距离的设计分两种情况4、EDFA第五章⽆源光器件和WDM1、⼏个常⽤性能参数2、波分复⽤器的复⽤信道的参考频率和最⼩间隔3、啁啾光纤光栅4、光环形器的各组成部分的功能及⼯作原理其他1、光孤⼦2、中英⽂全称：DWDM 、EDFA 、OADM 、SDH 、SOA第⼀章习题⼀、单选题1、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2、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3、⽬前，光纤在（B）nm处的损耗可以做到0.2dB/nm左右，接近光纤损耗的理论极限值。
A、1050B、1550C、2050D、25504、普通⽯英光纤在波长（A）nm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、43105、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。
光纤通信第1章概论.pptx
1.2.3 光纤通信的应用 1·3 光纤通信系统的基本组成
1.3.1 发射和接收 1.3.2 基本光纤传输系统 1.3.3 数字通信系统和模拟通信系统
1.1 光纤通信发展的历史和现状
1.1.1 探索时期的光通信
原始形式的光通信:中国古代用“烽火 台”报警，欧洲人用旗语传送信息。 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用 光波作载波传送话音的“光电话”。贝 尔光电话是现代光通信的雏型。
第三阶段(1986~1996年)，这是以超大容
量超长距离为目标、全面深入开展新技术研
究的时期。
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1.1.3
1976年美国在亚特兰大进行的现场试验， 标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用 的新阶段。
此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多 模发展到单模，工作波长从0.85 μm发展到1.31 μm和1.55 μm(短波长向长波长），传输速率从 几十Mb/s发展到几十Gb/s。
1976年，日本电报电话公司研制成功发 射波长为1.3 μm的铟镓砷磷(InGaAsP) 激光器。
1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光 器寿命达到10万小时。
1979年美国电报电话(AT&T)公司和日 本电报电话公司研制成功发射波长为 1.55 μm的连续振荡半导体激光器。
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。
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1.2.2 光纤通信的优点
容许频带很宽，
损耗很小， 中继距离很长且误码率很小
重量轻、 体积小
抗电磁干扰性能好
泄漏小，
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节约金属材料， 有利于资源合理使用
光纤通信 第一章 引言
• 光纤通信技术的优势
• 6. 节约金属材料，有利于资源合理使用
• 制造同轴电缆和波导管的金属材料，在地球上的 储量是有限的； • 而制造光纤的石英（SiO2 ）在地球上几乎是取之 不尽的。
• 光纤通信技术的不足
1.光纤质地脆，强度差。
2.不能传送电力。 3.连接比较困难，分路、耦合不方 便，需要专用的工具、设备以及 培训。
• 光纤通信技术的优势
• 5. 泄漏小、保密性好
• 现代侦听技术已能做到在离同轴电缆几公里以外的地 方窃听电缆中传输的信号，可是对光缆却困难得多。 因此，要求保密性高的网络不能使用电缆。 • 在光纤中传输的光泄漏非常微弱，且光纤周围的不透 明涂覆层可完全吸收泄露信号。 • 信息在光纤中传输非常安全，对军事、政治和经济都 有重要的意义。
• 1970年 光纤研制取得了重大突破，美国康宁公司按 照高锟的思路，生产出了20 dB/km的石英光纤 • 1972年 该公司生产的多模光纤损耗已下降到4dB/km • 1973年 美国贝尔（Bell）实验室生产的光纤损耗为 2.5 dB/km，1974年已下降到 1.1 dB/km • 1976年 日本NTT公司已减小到 0.47 dB/km • 80年代初 单模光纤在波长1550nm的损耗已降到 0.2dB/km，接近了石英光纤的理论损耗极限。 1979 赵梓森拉制出我国自主研发的第一根实用光纤， 被誉为“中国光纤之父”
• 光纤通信技术的优势
1. 信道带宽极宽，传输容量大
• 光纤通信技术的优势
2. 损耗低，中继距离长
表１.1.1
类型 粗同轴电缆
电缆和光纤的损耗和频带比较
频带(或频率) 1MHz 60MHz 200~1 000MHz km ≥1 000MHz km >100GHz 10~100GHz 损耗 2.42 18.77 ≤3 ≤1.0 0.36 0.2 32000 (2.5Gb/s) 200 传输容量 1800 (dB/km) （话路/线）
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义与发展历程1.2 光纤通信的优势与局限性1.3 光纤通信的基本原理1.4 光纤通信的应用领域第二章：光纤与光纤器件2.1 光纤的制备与分类2.2 光纤的传输特性2.3 光纤的连接与耦合技术2.4 光纤通信系统中的关键器件第三章：光发送与接收技术3.1 光发送器的工作原理与分类3.2 光发射机的性能指标3.3 光接收器的工作原理与分类3.4 光接收机的性能指标第四章：光纤传输系统设计4.1 光纤传输系统的基本组成4.2 光纤传输损耗与色散4.3 光纤传输系统的性能评估4.4 光纤传输系统的设计步骤与方法第五章：光纤通信网络与技术5.2 光纤传输网（OTN）5.3 光纤接入网（FTTx）5.4 光纤交换技术与光互联网第六章：光纤通信系统的测试与维护6.1 光纤通信系统性能测试指标6.2 光纤通信系统测试设备与方法6.3 光纤通信系统维护与管理6.4 故障诊断与处理方法第七章：光纤通信技术在特定领域的应用7.1 光纤通信在数据通信中的应用7.2 光纤通信在电信网络中的应用7.3 光纤通信在有线电视网络中的应用7.4 光纤通信在其他领域的应用案例第八章：光纤通信技术的未来发展8.1 新型光纤材料与技术8.2 光子集成电路与光电子技术8.3 光纤通信网络的智能化与自动化8.4 量子光纤通信技术的发展第九章：光纤通信技术的工程实践9.1 光纤通信系统的设计与实施9.2 光纤通信设备的安装与调试9.4 工程案例分析与实践第十章：课程总结与复习10.1 光纤通信技术的关键概念与技术10.2 光纤通信系统的性能评估与优化10.3 光纤通信技术在现代通信网络中的应用10.4 课程复习与考试要点重点和难点解析一、光纤通信的定义与发展历程重点：光纤通信的基本原理、优势与局限性难点：光纤通信技术的发展历程及其对现代通信的影响二、光纤与光纤器件重点：光纤的制备与分类、光纤的传输特性难点：光纤的连接与耦合技术、光纤通信系统中的关键器件的工作原理与性能三、光发送与接收技术重点：光发送器的工作原理与分类、光接收器的工作原理与分类难点：光发射机的性能指标、光接收机的性能指标四、光纤传输系统设计重点：光纤传输系统的基本组成、光纤传输损耗与色散难点：光纤传输系统的性能评估方法、光纤传输系统的设计步骤与方法五、光纤通信网络与技术重点：光纤通信网络的分类与结构、光纤传输网（OTN）、光纤接入网（FTTx）、光纤交换技术与光互联网难点：光纤通信网络的设计与实施、光纤通信设备的安装与调试、光纤通信网络的运营与管理六、光纤通信系统的测试与维护重点：光纤通信系统性能测试指标、光纤通信系统测试设备与方法难点：光纤通信系统维护与管理、故障诊断与处理方法七、光纤通信技术在特定领域的应用重点：光纤通信在数据通信、电信网络、有线电视网络等领域的应用难点：光纤通信在其他领域的应用案例分析八、光纤通信技术的未来发展重点：新型光纤材料与技术、光子集成电路与光电子技术难点：光纤通信网络的智能化与自动化、量子光纤通信技术的发展九、光纤通信技术的工程实践重点：光纤通信系统的设计与实施、光纤通信设备的安装与调试难点：光纤通信网络的运营与管理、工程案例分析与实践十、课程总结与复习重点：光纤通信技术的关键概念与技术、光纤通信系统的性能评估与优化难点：光纤通信技术在现代通信网络中的应用、课程复习与考试要点全文总结和概括：本课程《光纤通信技术》涵盖了光纤通信的基本概念、技术原理、系统设计、网络应用以及未来发展等多个方面。
光纤通信新技术 第一章 概述 要点
光纤通信新技术第一章概述要点1.光纤通信是采用光波作为信息载体，并采用光导纤维作为传输介质的一种通信方式。
其中，光导纤维就是我们通常说的光纤，之所以称为纤维，是因为它的半径很小，是微米量级。
制成光纤的主要材料是二氧化硅（玻璃），也有部分采用塑料拉制而成。
光纤的主要结构是圆柱体结构，包括了纤芯、包层和保护套。
纤芯：折射率较高，用来传送光；包层：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件，引导光在纤芯中不断发生全发射，从而将光传到远端。
保护套：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。
2.利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导器件。
光波是一种电磁波，电磁波按照波长或频率不同可分成如图所示的种类，其中，紫外光、可见光、红外光都属于光波，光纤通信工作在近红外区，即波长是0.8~1.8微米，对应的频率为167~375THz。
1.光纤通信是上世纪70年代诞生的一种新兴技术，到现在已经经历了3、40年的发展，发展速度很快，应用范围也很广泛。
光纤通信的飞速发展主要得益于它有线传输的显著优点的，主要有这么几个方面，第一点就是它的；另外，随着光纤生产工艺的提高，。
基于频带宽，通信容量大；◆损耗低，中继距离长；◆抗电磁干扰；◆无串音干扰，保密性好；◆光纤线径细、重量轻、柔软；◆原材料资源丰富，可节约金属材料；◆耐腐蚀，寿命长，不怕潮湿与卫星通信、移动通信一起被看做是三大主要通信技术。
光通信具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。
光纤通信的应用领域是很广泛的，光纤通信主要用于遍及全球的电信网中作数字语言通信。
（长途干线、市话中继网）。
长距离通信（包括越洋洲际通信）系统要求有大容量的干线，光纤通信系统可发挥最大的优势。
短距离通信像城市之间，距离几十至几百公里。
光纤通信的发展通常由长途电信应用推动，光波系统的每一代系统都力争能工作于更高的比特率数据通信，早期主要用于计算机数据和传真信息的通信，距离一般比较短、速率较低，如工矿企业、办公大楼、宾馆医院、船舶、飞机、列车等场合，距离几百米到几公里，现在已开始向高速长距离方向发展，光纤通信系统将发挥巨大作用。
光纤通信原理全套讲解课件
如果今后采用非石英光纤，并工作在 超长波长(＞2μm)，光纤的理论损耗系数可 以下降到10-3～10-5dB/km，此时光纤通信 的中继距离可达数千，甚至数万公里。
3. 抗电磁干扰能力强
我们知道，电话线和电缆一般是不能 跟高压电线平行架设的，也不能在电气铁 化路附近铺设。
4. 保密性能好
对通信系统的重要要求之一是保密性好。 然而，随着科学技术的发展，电通信方式 很容易被人窃听：只要在明线或电缆附近 (甚至几公里以外)设置一个特别的接收装 置，就可以获取明线或电缆中传送的信息。 更不用去说无线通信方式。
2.1 光纤的结构与类型 2.2 光纤的射线理论分析 2.3 均匀光纤的波动理论分析 2.4 光 缆
2.1 光纤的结构与类型
2.1.1 光纤的结构
光纤(Optical Fiber，OF)就是用来导 光的透明介质纤维，一根实用化的光纤是 由多层透明介质构成的，一般可以分为三 部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的 包层和外面的涂覆层，如图2.1所示。
第一章 概 述
1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 光纤通信的主要特性 1.3 光纤通信系统的组成和分类
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电 话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通 信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在 话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱 变化的反射光束，这个过程就是调制。
反射定律：反射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，反射光线和入射光 线处于法线的两侧，并且反射角等于入射
角，即：θ1′＝θ1。
折射定律 ：折射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，折射光线和入射光 线位于法线的两侧，且满足：
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•Light is an electromagnetic wave that satisfies Maxwell’s Equations. •The electromagnetic spectrum is a range of frequencies classified into groups.
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2 Why go digital?
Analog (continuous) Time
Digital (discrete) 1 0 1 0 1 Time
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Chapter 1
By QianSheng, HDU
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Cause
Effect Attenuation
By QianSheng, HDU
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Digitizing Steps
1) Pick the highest frequency: fu = 4 kHz for voice 2) Sample at twice the highest frequency
yielding: :
Sampling Rate = 2fu = 8000 samples/second
2012年2月27日4时18分 Chapter 1 By QianSheng, HDU Page 13
The electron volt (eV) is another useful unit for analysis of fiber optic systems. The electron volt is defined as the energy acquired by an electron
Transmitter
Message Origin Modulator
Receiver
Destination Processor
Electric Domain Carrier Source Coupler
Detector
Optic Domain
Channel
Coupler
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where v is the velocity of the wave in the medium.
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Chapter 1
பைடு நூலகம்
By QianSheng, HDU
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Example: If is 0.85 m, find the frequency. In this example the medium is not specified, so let us assume that the medium is free space.
The major operation regions (windows) are: Wavelength Window
0.8-0.9 m
~1.300 m
First Window
Second Window
~1.550 m
~1.600 m
Third Window
Fourth Window
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accelerated across a 1 volt potential difference. The
conversion between electron volts and joules is:
1 eV = 1.6 x 10-19 J
The 0.8 m photon has an energy of: (2.48/1.6) = 1.55 eV
= 0.8 m? Answer
m 3 10 c s W p h 6.626 1034 J s 6 0.8 10 m J 19 W p 2.48 10 photon
8
W Pt 106 1 106 Joules W 106 J 4.03 1012 photons W p 2.48 1019 J photon
光纤通信 Fiber Optic Communications
联系方式
姓 名： 钱胜 Email： hiqian@ Handset: 13777455099 办公地点：第一教研楼北楼428光纤通信网实验室
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Reference
• 《光纤通信第五版（英文版）》, J C Palais, 电子工业出版社（教材）
photon has energy:
W p hf h
c
(1.4)
h = 6.626 x 10-34 J s (Planck’s constant) Shorter wavelength (higher frequency) waves have greater photon energy.
Information: voice, video data
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Chapter 1
By QianSheng, HDU
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A typical telephone system
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Chapter 1
By QianSheng, HDU
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Loss
Gain
Amplification & Noise
Dispersion
Distortion
2012年2月27日4时18分
Chapter 1
By QianSheng, HDU
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Pulse-code modulation(PCM) technique
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Chapter 1
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From 29th ICCNC
1987年9月20日,在德国卡尔斯鲁厄大学教授维纳· 措恩的帮 助下,中国首次接入国际互联网.当天,维纳· 措恩教授和中国互联 网先驱王运丰教授联手起草了中国第一封跨国电子邮件,从北京 成功发往德国的卡尔斯鲁厄.这标志着中国跨出了走向互联网时 代的第一步.
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By QianSheng, HDU
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◆ Telecommunications
★ What It is
Tele-over a distance; communicationsexchange of information; Telecommunications: exchange of information over a distance using some type of equipment
Information
Information Channel
Information
N
5
Link
Station
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Chapter 1
By QianSheng, HDU
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★Information- carrying capacity
1 Why produce more information?
Electric
phone
Radio TV
AM无线电 同轴电缆 双铰线
FM无线电
micro wave
卫星/微波
infra red
Visible light
光纤
107
106
105
104
103
102
101
100
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
Wave length（m）
2012年2月27日4时18分 Chapter 1 By QianSheng, HDU Page 7
Most of the frequencies in fiber optic systems are
In the Infrared.
Wavelength and frequency are related by:
v f
In free space, v = c = 3 x108 m/s
(1.3)
3 108 m / s 14 f 3.53 10 Hz 6 0.85 10 m c
The period of oscillation T is defined as the time it takes for the wave to complete one cycle. The period for the frequency in the preceding example is then
◆ Nature of Light
Sometimes light behaves as a wave and sometimes light behaves as a particle. We will look at both
behaviors.
1.3.1
Wave Nature of Light
• Fiber-Optic Communications Technology, Djafar K. Mynbaev, Lowell L. Scheiner eds., Pearson Education, Inc., 2001（教材） • 《光纤通信技术》, Djafar K. Mynbaev, 徐功 权等译, 机械工业出版社
1 1 14 T 0.28 10 s 14 f 3.53 10 Hz
2012年2月27日4时18分 Chapter 1 By QianSheng, HDU Page 9
Fiber optic systems must have low loss. For