光纤通信原理参考答案

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SiO 2的光纤。它是工作在近红外区，波长为～μm ，对应的频率为167～375THz 。

1-3 BL 积中B 和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—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。

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Hz 13

103 的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J ，持续 时间是τ=10ns(1ns=10-9s)。此激光束的圆形截面半径为r=1cm 。

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；

（1）m c

5138

10103103-=⨯⨯==νλ （2）213229/1018.3)

10(1010100ms J S W S ⨯=⨯⨯⨯=∆=--πτ （3）s m J c S w 25813

/1006.110

31018.3⨯=⨯⨯== （4）213/1018.3ms J S I ⨯==

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1m 。

（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6×10-7m ，求相邻两明纹间的距离。

（1）λδk D

ax ±== a D x λ=1 a

D x λ44= a

D x x λ314=- m D x x a 7141053)(-⨯=-=

λ （2）m a

D x 3103-⨯==

∆λ

2-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。油的折射率为，玻璃的折射率为 ，若单色光的波长可由光源连续调节，并观察到500nm 与700nm 这两个波长的单色光在反射中消失，求油膜的厚度。

解：由于空气的折射率小于油的折射率，油的折射率小于玻璃的折射率，薄油膜的上、下两表面反射而形成相干光，由于两束光的路程不同而引起的光程差为2 n 2e ；由于薄油膜的上、下两表面反射光都发生位相突变而不引起额外的光程差。

所以总的光程差为 e n 22=δ

当反射光因干涉而减弱，则有 λδ)2/1(22-==k e n

由上式得2211)2/1()2/1(λλ-=-k k k 1 ，k 2=1，2，3… …

所以k 1 =4，k 2=3

把n 2=代入得到油膜的厚度为干涉加强的光波波长为：

e=

2-4 、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9

略

2-9 一束线偏振光入射到偏振片上，光矢量方向与偏振化方向分别成30°角和60°角，问透过偏振片的光强之比是多少

解：利用马吕斯定律：α20cos I I = 1:360cos 30cos 2221=︒

︒=I I 2-10一束光强为I0的自然光通过两块偏振化方向正交的偏振片M 与N 。如果在M 与N 之间平行地插入另一块偏振片C ，设C 与M 偏振化方向夹角为θ，试求：①透过偏振片N 后的光强为多少②定性画出光强随θ变化的函数曲线，并指出转动一周，通过的光强出现几次极大和极小值。

（1）θθθ2sin cos sin 241

220==I I

（2）转动一周，通过的光强出现4次极大和极小值。

2-11 有一介质，吸收系数为1

32.0-=cm α，透射光强分别为入射光强的10%、50%及80%时，介质的厚度各多少

解：光束穿过厚度为z 的介质后强度为 z e I I α-=0

可得： 0

ln 1

I I z α-= 当透射光强分别为入射光强的10%时，介质的厚度为7.196cm ；

当透射光强分别为入射光强的50%时，介质的厚度为2.166cm ；

当透射光强分别为入射光强的10%时，介质的厚度为0.607cm ；

2-12 一个频率为14

106⨯Hz 的光源，其发射功率为10W ，它一秒内发射多少个光子 解： 1914

34141052.210610626.610106,10⨯=⨯⨯⨯==⨯==-ννh P N Hz

W P

2-13 构成激光器的三个基本条件是什么

构成一个激光器需要如下三个要素如图所示：

（1） 激光工作物质

（2） 激励

（3） 光学谐振腔

2-14 He —Ne 激光器的中心频率1401074.4⨯=ν Hz ，自发辐射谱线宽度为

8106⨯=∆ν Hz ，若想获得单模输出，腔长应为多少

解：纵模个数N 为 m

N νν∆∆= 当单模输出时N=1，即8106⨯=∆m ν Hz 由nL

c q q 2=ν得 =∆=

c

n L m ν24m

第三章习题

3-1 填空题

(1) 通信用的光纤绝大多数用 材料制成。

折射率高的中心部分叫 ，折射率稍低的外层称为 。

(2) 表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为 ，用 表示。

(3) 在阶跃型光纤中， 模是最低工作模式， 是第一高阶模。

(4) 阶跃型光纤的单模传输条件是 。

(5) 渐变型光纤中不同射线具有相同轴向速度的现象称为 。

答案： （1）石英，纤芯，包层

（2）数值孔径，NA

（3）LP 01，LP 11

（4）0＜V ＜

（5）光纤的自聚焦现象