光纤通信_第二版_刘增基_参考答案要点
1-1光纤通信的优缺点各是什么？
答 与传统的金属电缆通信、磁波无线电通信相比，光纤通信具有如下有点：
（1）通信容量大。首先，光载波的中心频率很高，约为2×1014
Hz ，最大可用带宽一般取载波频率的10%，则容许的最大信号带宽为20000 GHz （20 THz ）；如果微波的载波频率选择为20 GHz ，相应的最大可用带宽为2GHz 。两者相差10000倍。其次，单模光纤的色散几乎为零，其带宽距离（乘）积可达几十GHz*km ；采用波分复用（多载波传输）技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍。目前，单波长的典型传输速率是10 Gb ／s ，一个采用128个波长的波分复用系统的传输速率就是1.28 Tb ／s 。
（2）中继距离长。中继距离受光纤损耗限制和色散限制，单模光纤的传输损耗可小于0.2 dB ／km ，色散接近于零。 （3）抗电磁干扰。光纤由电绝缘的石英材料制成，因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰，包括闪电、火花、电力线、无线电波的干扰。同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。
（4）传输误码率极低。光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小，而且稳定，噪声主要来源于量子噪声及光
检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声。只要设计适当，在中继距离内传输的误码率可达10-9
甚至更低。
此外，光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。 当然光纤通信系统也存在一些不足：
(1) 有些光器件(如激光器、光纤放大器)比较昂贵。
(2) 光纤的机械强度差。为了提高强度，实际使用时要构成包含多条光纤的光缆，在光缆中要有加强件和保护套。 (3) 不能传送电力。有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光纤显然不能胜任。为了传送电能，在光缆系
统中还必须额外使用金属导线。
(4) 光纤断裂后的维修比较困难，需要专用工具。 1-2 光纤通信系统由哪几部分组成?简述各部分作用。
答 光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成(参看图1．4)。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地，接收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作用是将信(息)源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等：光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性；光源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数(如光的强度)。光纤线路把来自于光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。光接收机把从光纤线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号。光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机相反的变换，包括码型反变换和多路分接等。
1-3 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5 GHz 的微波载波和1.55μm 的光载波
上能传输多少64 kb/s 的话路?
解 在5GHz 微波载波上能传输的64 kb/s 的话路数
93
5101%781()6410
k ??=≈?路 在1.55m μ的光载波上能传输的64kb/s 的话路数
8678310()1%1.5510 3.024210()6410
k -???==??路
1-4 简述未来光网络的发展趋势及关键技术。
答 未来光网络发展趋于智能化、全光化。其关键技术包括：长波长激光器、低损耗单模光纤、高效光放大器、WDM 复用技术和全光网络技术。
1-5 光网络的优点是什么?
答 光网络具有如下的主要优点：
(1) 可以极大地提高光纤的传输容量和结点的吞吐量，以适应未来宽带(高速)通信网的要求。
(2) 光交叉连接器(oXC)和光分插复用器(OADM)对信号的速率和格式透明，可以建立一个支持多种业务和多种通信模式的、透明的光传送平台。
(3) 以波分复用和波长选路为基础，可以实现网络的动态重构和故障的自动恢复，构成具有高度灵活性和生存性的光传送网。
光网状网具有可重构性、可扩展性、透明性、兼容性、完整性和生存性等优点，是目前光纤通信领域的研究热点和前沿。
2-3 均匀光纤，若n 1=1.50，0 1.30m λμ=，试计算：
(1) 若?=0.25，为了保证单模传输，其芯半径应取多大？ (2) 若取5a m μ=，为保证单模传输，?应取多大？ 解 (1) 由单模传输条件
2.405V =
≤
推导出
a ≤
其中， 1.3m λμ=，211 1.125n n n =-??=，则
60.501a m μ-≤
=
(2) 当5a m μ=时，
2.4052a
λ
π?
解得12
1
0.0016n n n -?≤
=。 2-4 目前光纤通信为什么采用以下三个工作波长：10.85m λμ=，2 1.31m λμ=，3 1.55m λμ=？
答 10.85m λμ=，2 1.31m λμ=，3 1.55m λμ=附近是光纤传输损耗较小或最小的波长“窗口”，相应的损耗分别为2~3dB/km 、0.5dB/km 、0.2dB/km ，而且在这些波段目前有成熟的光器件（光源、光检测器等）。
2-8 阶跃折射率光纤中n 1=1.52,n 2=1.49。
（1） 光纤浸在水中（n 0=1.33），求光从水中入射到光纤输入端面的最大接收角； （2） 光纤放置在空气中，求数值孔径。 解 （1）如图2.4所示，由
12sin sin90c n n οψ=
得
21 1.49sin 0.981.52
c n n ψ=
== 由 2
2cos
sin 1c c ψψ+=
得
cos 0.198c ψ≈
由
01sin cos c c n n θψ=
得
10cos 1.520.198
sin 0.2261.33
c c n n ψθ?=
== 13c οθ=
（2）
0.3NA =≈
2-9 一阶跃折射率光纤，折射率n 1=1.5，相对折射率差?=1%，长度L=1km 。求：
（1） 光纤的数值孔径；
（2） 子午线的最大时延差； （3） 若将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的NA 和最大时延差。 解 （1
）0.212NA n =≈≈
（2）1max 81.51000
0.0150310
n L ns c τ??≈
?=?=? （3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则此时n 1=1.5，n 2=1.0，所以
1.118NA ===
112
max 2
2.5n L n n s c n τμ-?≈
?= 2-10 一阶跃折射率光纤的相对折射率差?=0.005，n 1=1.5，当波长分别为0.85m μ、1.31m μ、1.55m μ时，
要实现单模传输，纤芯半径a 应小于多少？
解 由单模传输的条件
2.405V =
≤
推导出
a ≤
0.15n ≈=
当0.85m λμ=时，
6
2.4050.8510
2.16420.15
a m μπ-??≤
≈
=?
同理，当 1.31m λμ=时， 3.343a m μ≤；当 1.55m λμ=时， 3.955a m μ≤。
2-12 一个阶跃折射率光纤，纤芯折射率n 1=1.4258，包层折射率n 2=1.4205.该光纤工作在1.3m μ和1.55m μ两
个波段上。求该光纤为单模光纤时的最大纤芯直径。
解 由截止波长
c λ=
得c λλ≥时单模传输，由已知条件得 1.30c m λμ≤，则
2 1.39.53a m μ≤
=
=
即该光纤为单模光纤时，最大纤芯直径为9.53m μ。
2-18 已知阶跃光纤纤芯的折射率1n =1.5，相对折射率差?=0.01，纤芯半径25a m μ=。若01m λμ=，计算光
纤的归一化频率V 及其中传播的模数量M 。
解 由12
1
n n n -?=
得光纤包层折射率 21(1)n (10.01) 1.5 1.485n =-?=-?=
则光纤归一化频率
66
22251033.210
V π
πλ
--=
=
??≈ 对于阶跃光纤，传播的模数量
22
33.2551.1222
V M ≈==
2-21 有阶跃型光纤，若1n =1.5，0 1.31m λμ=，那么
（1） 若?=0.25，为保证单模传输，光纤纤芯半径a 应取多大?
（2） 若取纤芯半径a =5m μ，保证单模传输时，?应怎么样选择? 解 （1）由单模传输条件
2.405V =
≤
得
a ≤
而 1.31m λμ=，211 1.125n n n =-??=，则
60.5015a m μ-≤
=
（2）当a =5m μ时，
2.405 2.405 1.31
0.0995225
a λππ??≤
==?
则
2
2222210.0995 1.50.0995 2.2400n n ≥-=-=
即
2n 所以
1210.0016n n n -?=
≤=
3-1 设激光器激活物质的高能级和低能级的能量各为2E 和1E ，频率为f ，相应能级上的粒子密度各为2N 和1N 。
试计算：
（1） 当f =3000 MHz ，T =300 K 时，21N N =？ （2） 当1m λμ=，T =300 K 时，21N N =？
（3） 当1m λμ=，若21N N =0.1，环境温度T =？（按波尔兹曼分布规律计算） 解 由波尔兹曼条件得21E E hf -=，其中34
6.62810h J s -=??。
（1）f =3000 MHz ，T =300 K 时，
3492421 6.62810310 2.010E E hf ---==???≈?
所以
24
221231210exp()exp()0.99951.38110300
N E E N kT ---?=-=-=?? （2）当1m λμ=，T =300 K 时，
348
19216
6.62810310 1.9881010
hc
E E λ---???-===? 所以
212211exp() 1.4510N E E N kT
--=-=? （3）当1m λμ=， 21N N =0.1时，求得
19
142134
21 1.98810 6.2510(K)ln() 1.38110ln(0.1)
E E T k N N ---?=-=-=???? 3-2 某激光器采用GaAs 为激活媒质，问其辐射的光波频率和波长各为多少?
解 GaAs 禁带宽度为g E =1.424 eV ，由g hf E =（h 为普朗克常数，h =6.628×10-34
J ·s ），可得以GaAs 为激活
媒质的激光器的辐射光波频率和波长分别为
198
34
1.424 1.610 3.44106.62810
g
E f MHz h --??===?? 1.24 1.24
0.871.424
g g c hc m f E E λμ=
==== 3-3 半导体激光器（LD ）有哪些特性?
答 LD 的主要特性有：
（1） 发射波长和光谱特性：发射波长 1.24g E λ=；激光振荡可能存在多种模式(多纵模)，即在多个波长上满足激光振荡的相位条件，表现为光谱包含多条谱线。而且随着调制电流的增大，光谱变宽，谱特性变坏。 （2） 激光束空间分布特性：远场光束横截面成椭圆彤。 （3） 转换效率和输出功率特性：
d P e
I hf
η?=
?? ()d th th hf
P P I I e
η=+
-
（4） 频率特性：在接近驰张频率r f 处，数字调制要产生驰张振荡，模拟调制要产生非线性失真。 （5） 温度特性：
00
exp()th T
I I T =?
3-4 比较半导体激光器（LD ）和发光二极管（LED ）的异同。
答 LD 和LED 的不同之处：
工作原理不同，LD 发射的是受激辐射光，LED 发射的是自发辐射光。LED 不需要光学谐振腔，而LD 需要。和LD 相比，
LED 输出光功率较小，，光谱较宽，调制频率较低。但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。所以，LED 的主要应用场合是小容量（窄带）短距离通信系统；而LD 主要应用于长距离大容量（宽带）通信系统。
LD 和LED 的相同之处：
使用的半导体材料相同、结构相似，LED 和LD 大多采用双异质结（DH ）结构，把有源层夹在P 型和N 型限制层之间。
3-5 计算一个波长1m λμ=的光子的能量等于多少?同时计算频率f =1 MHz 和f =1000 MHz 无线电波的能量。
解 光子的能量为
34819
6
6.62810(J s)310/ 1.988410110
p hc
m s E hf J λ---????====?? 对于1 MHz 无线电波
346280 6.62810(J s)110 6.6310E hf Hz J ---==????=?
对于1000 MHz 无线电波
346250 6.62810(J s)100010 6.6310E hf Hz J ---==????=?
3-6 太阳向地球辐射光波，设其平均波长0.7m λμ=，射到地球外面大气层的光强大约为I =0.4 W/cm 2
。若大气
层外放一个太阳能电池，计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数是多少。
解 波长0.7m λμ=的光子能量为
34819
06
6.62810(J s)310/ 2.84100.710hc
m s E J m
λ---????===?? 每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的能量为
2210.4/14000E s W cm m J =??=
则每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数为
22
19
04000 1.4102.8410
E E -=≈??(个) 3-7 试说明APD 和PIN 在性能上的主要区别.
答 APD 和PIN 在性能上的主要区别有：
(1)API)具有雪崩增益，灵敏度高，有利于延长系统传输距离。 (2)APD 的响应时间短。
(3)APD 的雪崩效应会产生过剩噪声，因此要适当控制雪崩增益。 (4)APD 要求较高的工作电压和复杂的温度补偿电路，成本较高。
3-9 半导体激光器的发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs 材料的E g =1.43eV ，某一InGaAsP 材料的
E g =0.96eV ，求它们的发射波长。
解 对于GaAs 材料的LD
1.24 1.24
0.8671.43
g m E λμ=
=≈ 对于InGaAsP 材料的LD
1.24 1.24
1.290.96
g m E λμ=
=≈ 3-11 短波长LED 由材料Ga 1-x A1x As 制成，其中x 表示成分数。这样的材料的带隙能量
E g (eV)=1.424+1.266x+0.266x 2
已知z 必须满足0≤x ≤0.37，求这样的LED 能覆盖的波长范围。
解 由E g (eV)=1.424+1.266x+0.266x 2
，得
1.424≤E g ≤1.93
由λ=1.24/E g ，得
0.64μm ≤λ≤0.87 μm
3-15 一个GaAs PIN 光电二极管，平均每三个入射光子产生一个电子一空穴对，假设所有的电子都被收集。 (1)计算该器件的量子效率；
(2)设在0.8μm 波段接收功率是10-7
W ，计算平均输出光电流；
(3)计算这个光电二极管的长波长截止点λc 。(超过此波长光电二极管将不工作)。
解 (1)由量子效率的定义得
1
=
=33.3%3
η≈光生电子 -空穴对入射光子数
(2) 由公式0
=p I hf
P e
η?
，得 007196
8
348
=
110 1.6100.810
3 2.15106.62810310
p P e P e I hf hc
A ηηλ
-----=
?????==???? (3) 根据光电效应的产生条件hf>E g 可得λc =1.24/E g ，因GaAs 的禁带宽度为1.424 eV ，所以λc =0.87μm 。
3-17 一光电二极管，当λ=1.3μm 时，响应度为0.6 A/w ，计算它的量子效率。
解 由于响应度为ρ=I p /P 0，则量子效率为
348
619
0 6.628103100.657.4%1.310 1.610p I hf hc P e e ηρλ---???===?=???
3-18 如果激光器在λ=0.5μm 上工作，输出1 w 的连续功率，试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子
数。
解 波长λ=0.5μm 的光子能量为
()3481906
6.6310310/ 3.978100.510J s m s
hc
E J m λ---???===??
则每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数为
18
19
11 2.5103.97810W s J
-?≈??（个） 3-19 光与物质间的互作用过程有哪些?
答 光与物质之间的三种相互作用包括受激吸收、自发辐射和受激辐射。 (1)受激吸收。在正常状态下，电子处于低能级E 。，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E 2上，这种跃迁称为受激吸收。
(2)自发辐射。在高能级E 2的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动地跃迁到低能级E 1上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。
(3)受激辐射。在高能级E 2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E 2上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。
3-20 什么是粒子数反转?什么情况下能实现光放大？
答 假设能级E 1和E 2上的粒子数分别为N 1和N 2，在正常的热平衡状态下，低能级E 1上的粒子数N 1是大于高能级E 2上的粒子数N 2的，入射的光信号总是被吸收。为了获得光信号的放大，必须将热平衡下的能级E 。和E ：上的粒子数N1和N ：的分布关系倒过来，即高能级上的粒子数反而多于低能级上的粒子数，这就是粒子数反转分布。 当光通过粒子数反转分布激活物质时，将产生光放大。
3-21 什么是激光器的阈值条件?
答 对于给定的器件，产生激光输出的条件就是阈值条件。在阈值以上，器件已经不 是放大器，而是一个振荡器或激光器。
3-24什么是雪崩倍增效应?
答 雪崩光电二极管工作时外加高反向偏压(约100~150 V)，在PN 结内部形成一高 电场区，入射光功率产生的电子空穴对经过高场区时不断被加速而获得很高的能量，这些 高能量的电子或空穴在运动过程中与价带中的束缚电子碰撞，使晶格中的原子电离，产生 新的电子空穴对。新的电子空穴对受到同样加速运动，又与原子碰撞电离，产生电子空穴 对，称为二次电子空穴对。如此重复，使载流子和反向光生电流迅速增大，这个物理过程 称为雪崩倍增效应。
3-26 光检测过程中都有哪些噪声？
答 光检测器的噪声主要包括由光生信号电流和暗电流产生的散粒噪声以及负载电阻产生的热噪声。热噪声来源于电阻内部载流子的不规则运动。散粒噪声源于光子的吸收或者光生载流子的产生，具有随机起伏的特性。光生信号电流产生的散粒噪声，称为量子噪声，这种噪声的功率与信号电流成正比，因此不可能通过增加信号光功率提高信噪比。在没有外界入射光的作用下，光检测器中仍然存在少量载流子的随机运动，从而形成很弱的散粒噪声，称为暗电流噪声。所以在有信号光作用的时间内，主要考虑量子噪声和热噪声；而在没有信号光的期间，主要考虑暗电流噪声和热噪声。
4-1 激光器(LD)产生弛张振荡和自脉动现象的机理是什么？它的危害是什么？应如何消除这两种现象的产生?
答 当电流脉冲注人激光器后，输出光脉冲出现幅度逐渐衰减的振荡，称为弛张振荡。弛张振荡的后果是限制调制速率。当最高调制频率接近弛张振荡频率时，波形失真严重，会使光接收机在抽样判决时增加误码率，因此实际中最高调制频率应低于驰张振荡频率。
某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡，这种现象称为自脉动现象。自脉动频率可达2 GHz ，严重影响LD 的高速调制特性。
4-3 在LD 的驱动电路里，为什么要设置功率自动控制电路APC?功率自动控制实际是控制LD 的哪几个参数？
答 在LD 的驱动电路里，设置功率自动控制电路(APC)是为了调节LD 的偏流，使输出光功率稳定。功率自动控制实际是控制LD 的偏置电流、输出光功率、激光器背向光平均功率。
4-6 为什么光接收机的前置放大器多采用跨组型?
答 在光接收机的前置放大器采用跨组型，是因为跨组型前置放大器改善了带宽特性及动态范围，并具有良好的噪声特性。
4-8 在数字光接收机中，为什么要设置AGC 电路?
答 自动增益控制(AGC)使光接收机具有较宽的动态范围，以保证在入射光强度变化时输出电流基本恒定。由于使用条件不同，输入光接收机的光信号大小会发生变化，为实
现宽动态范围，采用AGC 是十分有必要的。AGC 一般采用接收信号强度检测（一般设在放大器输出端）及直流运算放大器构成的反馈控制电路来实现。对于APD 光接收机，AGC
控制光检测器的偏压和放大器的增益；对于PIN 光接收机，AGC 只控制放大器的增益。
4-10 已测得某数字光接收机的灵敏度为10 pw ，求对应的dBm 值。 解 P w =10 lg[
min (mW)]=-20 dBm
4-11 在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素？
答 数字光纤通信系统对线路码型的主要要求如下： (1)能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。 (2)能给光接收机提供足够的定时信息。
(3)能提供一定的冗余度，用于平衡码流、误码检测和公务通信。但对高速光纤通信 系统，应适当减小冗余度，以免占用过大的带宽。
4-12 光接收机中有哪些噪声？
答 光接收机中主要有两种噪声：
第一种光检测器的噪声，包括量子噪声、暗电流噪声及由APD 的雪崩效应产生的附加噪声。这是一种散弹（粒）噪声，由光子产生光生电流过程的随机性所引起，即使输入信号光功率恒定时也存在。
第二种热噪声及前置放大器的噪声，热噪声是在特定温度下由电子的热运动产生，任何工作于绝对零度以上的器件都是存在的，在光接收机中主要包括光检测器负载电阻、前置放大器输入电阻的热噪声。前置放大器的噪声，严格说来，也是一种散粒噪声，但因这是由电域的载流子的随机运动引起的，可以通过噪声系数或噪声等效温度与热噪声一并进行计算，所以在本书中就将前置放大器的噪声和电阻热噪声合称为前置放大器的噪声。
4-14 光纤通信中常用的线路码型有哪些？
答 光纤通信中常用的线路码型有扰码、mBnB 码和插入码。
5-4 设140 Mb ／s 数字光纤通信系统发射光功率为-3 dBm ，接收机灵敏度为-38 dBm ，系统余量为4 dB ，连接器损耗
为0.5 dB 对，平均接头损耗为0.05 dB ／km ，光纤衰减系数为0.4 dB/km ，光纤损耗余量为0.05 dB/km ，计算中继距离L 。
解 2t r c e
f s m
P P M L αααα---≤
++
由题可知P t = -3 dBm ，P r = -38 dBm ，M e = 4 dB ，α = 0.5 dB/对，α =0.05 dB/km ，αf = 0．4 dB/km ，αm = 0.05 dB/km 。故得
233820.54
600.050.40.05
t r c e f s m P P M L km αααα----+-?-≤
==++++
所以受损耗限制的中继距离等于60 km 。
5-5 根据上式计算结果，设线路码传输速率F b =168 Mb/s ，单模光纤色散系数=5 ps/(nm ·km)。问该系统应采用rms 谱
宽为多少的多纵模激光器作光源。
解 根据6
010
||b L F C λ
εσ?=，代入由上题计算的L=60km 及F b =168 Mb/s ，ε=0.115，
0C =5 ps/(nm ·km)，可得多纵模激光器的rms 谱宽λσ=2.28 nm 。
5-6 已知有一个565 Mb ／s 的单模光纤传输系统，其系统总体要求如下：
(1) 光纤通信系统的光纤损耗为0.1dB/km ，有5个接头，平均每个接头损耗为0.2dB ，光源的入纤功率为-3 dBm ，接收机灵敏度为-46 dBm(BER=-1010)；
(2) 光纤线路上的线路码型是5B6B ，光纤的色散系数为2 ps/(km ·nm)，光源光谱宽度为1.8 nm 。 求最大中继距离为多少?
注：设计中选取色散代价为1 dB ，光连接器损耗为1 dB(发送和接收端各一个)，光纤 损耗余量为0.1dB/km ，系统余量为5.5 dB 。
解 (1) 2t r c e s d
f m
P P M L ααααα-----≤
+
式中s α和d α分别是接头总损耗和色散代价，其余符号的定义与式(5.8)相同。将已知数据代入上式得最大中继距离为212.5km 。
(2)因为 6
010
||b L F C λ
εσ?=
所以
最大中继距离应取上述计算结果212.5 km 与47.1km 中的较小者，因此系统的中继距离最大为47.1km 。
5-8简述PDH 和SDH 的特点。
答 PDH 的特点：我国和欧洲、北美、日本各自有不同的PDH 数字速率等级体系，这些体系互不兼容，使得国际互通很困难；PDH 的高次群是异步复接，每次复接要进行一次码速调整，使得复用结构相当复杂，缺乏灵活性；没有统一的光接口；PDH 预留的插入比特较少，无法适应新一代网络的要求；PDH 没有考虑组网要求，缺少保证可靠性和抗毁性的措施。
SDH 的特点：SDH 有一套标准的世界统一的数字速率等级结构；SDH 的帧结构是矩形块状结构，低速率支路的分布规律性极强，使得上下话路变得极为简单；SDH 帧结构中拥有丰富的开销比特，用于不同层次的OAM ，预留的备用字节可以进一步满足网络管理和智能化网络发展的需要；SDH 具有统一的网络结点接El ，可以实现光路上的互通；SDH 采用同步和灵活的复用方式，便于网络调度；SDH 可以承载现有的TDM 业务，也可以支持ATM 和IP 等异步业务。
6-2某模拟光信号接收机前置放大器的等效输入电阻1S R M =Ω，放大器的带宽B=10 MHz ，噪声系数为6 dB ，采用PIN 。正弦信号直接光强调制的调制指数m=1，信号的工作波长0.85m λμ=。传输至接收机处的光信号功率046P dBm =-。求接收机输出信噪比SNR ，此时光接收机的极限灵敏度应为多少?
答 从表3.3中查参数，取PIN 暗电流Id =0.6nA ；取响应度0.4A/W ρ=。取T 为 常温300 K ，则接收机输出信噪比
2(m P )/2
10lg
(2P 24/)
b b d L SNR B e eI T R ρρκ=++ 6197.6199230.66
11
10lg
10102 1.6100.4102 1.6100.6104 1.381030010/10-----=?
?????+????+????18.5dB =
光接收机所需的最小信号光功率为
min P B S P SNR N η==
1.85
10= 7
7.9310mW -=?
光接收机的极限灵敏度为
min 10lg 61P dBm =-
6-5什么叫副载波复用(SCM)?副载波复用光纤通信有哪些优点?
答 副载波复用是在电域上实现的频分复用(FDM)。N 路模拟基带信号分别对射频正弦载波123,,,
,n f f f f 进行调制，
然后把这N 个已调信号组合成一路信号，再用这个复合电信号对光载波(主载波)进行调制，然后将产生的已调光信号发送到光纤上。光信号经光纤传输后，由光接收机实现光／电转换，得到FDM 电信号，再经分离(一般采用带通滤波器)和解调，最后输出N 路模拟基带信号。
副载波复用光纤通信的主要优点是：便于实现多路模拟电视信号的传输，副载波调制的方式比较灵活，可以是VSB —AM ，也可以是FM 。采用FM ，每路电视信号尽管需要占用较大的带宽(27 MHz)，但以带宽换来了输出信噪比的改善。换言之，在输出信噪比要求一定情况下，可降低对载噪比(CNR)的要求，即降低对发射功率的要求。
7-1 EDFA 工作原理是什么?有哪些应用方式?
答 掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理：在掺铒光纤(EDF)中，铒离子有三个能级：其中能级1代表基态，能量最低；能级2是亚稳态，处于中间能级；能级3代表激发态，能量最高。当泵浦光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(13)→。但是激发态是不稳定的，铒离子很快返回到能级2。如果输入的信号光的能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的铒离子将跃迁到基态(21)→，产生受激辐射光，因而信号光得到放大。由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光能量的结果。为提高放大器增益，应提高对泵浦光的吸收，使基态铒离子尽可能跃迁到激发态。
EDFA 的应用，归纳起来可以分为三种形式：
(1)中继放大器。在光纤线路上每隔一定距离设置一个光纤放大器，以延长传输距离。 (2)前置放大器。此放大器置于光接收机前面，放大非常微弱的光信号，以改善接收 灵敏度。作为前置放大器，要求噪声系数尽量小。
(3)后置放大器。此放大器置于光发射机后面，以提高发射光功率。对后置放大器的 噪声要求不高，而饱和输出光功率是主要参数。
7-2 对于980 nm 泵浦和1480 nm 泵浦的EDFA ，哪一种泵浦方式的功率转换效率高?哪一种泵浦的噪声系数小?为什么?
答 980 nm 泵浦方式的功率转换效率高，980 nm 泵浦的噪声系数小，因为更容易达到激发态。
7-4 光交换有哪些方式?
答 光交换主要有三种方式：空分光交换、时分光交换和波分光交换。
空分光交换的功能是使光信号的传输通路在空间上发生改变。空分光交换的核心器件 是光开关。光开关有电光型、声光型和磁光型等多种类型，其中电光型光开关具有开关速 度快、串扰小和结构紧凑等优点，有很好的应用前景。
时分光交换是以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交换功能的。时分复用是把时 间划分成帧，每帧划分成N 个时隙，并分配给N 路信号，再把N 路信号复接到一条光纤 上。为了实现时隙互换，首先使时分复用信号通过分接器分离出各路信号，然后使这些信
号通过不同的光迟延元件，最后用复接器把这些信号重新组合起来。
波分光交换(或交叉连接)是以波分复用原理为基础，采用波长选择或波长变换的方法实现交换功能的。为了实现波分交换，N条输入光纤承载的波分复用光信号首先分别通过解复用器(分波器)分为W个不同波长的光信号，然后所有N×W个波长用空分光交换器
进行交叉连接，最后由复用器(合波器)复接到N条输出光纤上。在没有波长变换器的条件下，需对应每个波长配置一个空分交换器，所以共需W个。
7-5 光弧子通信的原理是什么?
答光弧子是经光纤长距离传输后，其宽度保持不变的超短(ps数量级)光脉冲。光弧子的形成是光纤的群速度色散和非线性效应相互平衡的结果。利用光弧子作为载体的通信方式称为光弧子通信。光弧子通信的传输距离可达上万千米，甚至几万千米，目前还处于试验阶段。
光弧子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉冲，即光弧子流，作为信息的载体进入光调制器，使信息对光弧子流进行调制。被调制的光弧子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后，进入光纤进行传输。为克服光纤损耗引起的光弧子减弱，在光纤线路上周期地插入EDFA，向光弧子注入能量，以补偿因光纤传输而引起的能量消耗，确保光弧子稳定传输。在接收端，通过光检测器和解调装置，恢复光弧子所承载的信息。
光纤通信课后习题参考答案邓大鹏
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。 3、光纤通信有哪些优缺点？ 答：光纤通信具有容量大，损耗低、中继距离长，抗电磁干扰能力强，保密性能好，体积小、重量轻，节省有色金属和原材料等优点；但它也有抗拉强度低，连接困难，怕水等缺点。 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 () 2 1 ?? ?≥<=a r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121? ????≥
光纤通信试题汇总
1.光纤通信一般采用的电磁波波段为( )。 A. 可见光 B. 红外光 C. 紫外光 D. 毫米波 2.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 μm B．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 3.限制光纤传输容量（积）的两个基本因素是( )和光纤色散。A．光纤色散B．光纤折射 C．光纤带宽D．光纤损耗 4.一光纤的模色散为20，如果一瞬时光脉冲（脉冲宽度趋近于0） 在此光纤中传输8，则输出端的脉冲宽度为( ) A.20 B.40 C.80 D.160 5.下列说法正确的是( ) A．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率 B．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率 C．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率 D．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂层的折
射率 6.对于工作波长为1.31μm的阶跃折射率单模光纤，纤芯折射率 为1.5，包层折射率为1.003(空气)，纤芯直径的最大允许值为（）。 A.0.34μm B.0.90μm C.3.0μm D.4.8μm 7.在阶跃型光纤中，导波的传输条件为( ) A．V＞0 B．V＞ C．V＞2.405 D．V＜ 8.下列现象是光纤色散造成的，是（）。 A.光散射出光纤侧面 B.随距离的增加，信号脉冲不断 展宽 C.随距离的增加，信号脉冲收缩变窄 D.信号脉冲衰减 9.将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是（）。 A.折射 B.在包层折射边界上的全内反 射 C.纤芯—包层界面上的全内反射 D.光纤塑料涂覆层的反射 10.1的光向光纤耦合时，耦合损耗为1.0，而在光纤输出端需要 0.1的信号，则在衰减为0.5的光纤中，可以将信号传输多 远？（）。 A.1.8 B.10 C.18 D.20
2013年10月光纤通信原理试题
全国2013年10月高等教育自学考试 光纤通信原理试题 课程代码：02338 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.随着温度的逐步升高，LD 的阈值电流（ ） A.逐渐降低 B.逐渐增大 C.不变 D.先降低后增大 2.在下列因素中，不属于．．． 影响接收机灵敏度的因素是（ ） A.光发射机的消光比 B.光电检测器响应度 C.光纤衰减 D.光电检测器噪声 3.速率为f b 的NRZ 码经4B1H 码型变换后，线路码的速率是（ ） A.b f B. b f 5 6 C.b f 54 D.b f 4 5 4.在STM-1信号的帧结构中，AU 指针区域的位置是在（ ） A.1～9列，第4行 B.1～9列，1～9行 C.1～3列，第4行 D.1～3列，1～9行 5.EDFA 中将光信号和泵浦光混合后送入掺铒光纤中的器件是（ ） A.光滤波器 B.光隔离器 C.光耦合器 D.光连接器 6.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是（ ） A.0.85μm ，1.20μm ，1.55μm B.0.85μm ，1.31μm ，1.55μm C.0.85μm ，1.20μm ，1.31μm D.1.05μm ，1.20μm ，1.31μm 7.薄膜波导中，导波的截止条件为（ ） A.λ0≥λc B.λ0＜λc C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 8.薄膜波导中，导波的特征方程为（ ） A.2k 0d-2Φ12-2Φ13=2m π B.2k 1d-Φ12-Φ13=2m π C.2k 1z d-2Φ12-2Φ13=2m π D.2k 1x d-2Φ12-2Φ13=2m π 9.在下列特性参数中，不属于．．．单模光纤的特性参数是（ ） A.数值孔径 B.截止波长 C.衰减 D.折射率分布 10.在阶跃型弱导波光纤中导波的基模为（ ） A.LP 00 B.LP 11 C.LP 01 D.LP 12 二、填空题(本大题共15小题，每小题1分，共15分) 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。
《光纤通信》试卷题及问题详解
2007-2008年度教学质量综合评估测验试卷 《光纤通信》试题 注：1、开课学院：通信与信息工程学院。 命题组：通信工程教研组·延锋 2、考试时间：90分钟。 试卷满分：100分。 3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。 4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题 纸一并上交。 试题如下： 一、 选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2 分，共20分） 1、表示光纤色散程度的物理量是 A.时延 B.相位差 C.时延差 D.速度差 2、随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会 A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大,后逐渐减少 3、当平面波的入射角变化时，在薄膜波导中可产生的三种不同的波型是 A.TEM 波、TE 波和TM B.导波、TE 波和TM 波 C.导波、衬底辐射模和敷层辐射模 D.TEM 波、导波和TM 波 4、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于 A. 121n n n - B. ?21n C. 22V D. 4 2 V 5、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为 A. 均衡器 B. 判决器和时钟恢复电路 C. 放大器 D. 光电检测器
6、在光纤通信系统中，EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度 A.作前置放大器使用 B.作后置放大器使用 C.作功率放大器使用 D.作光中继器使用 7、EDFA中用于降低放大器噪声的器件是 A.光耦合器 B.波分复用器 C.光滤波器 D.光衰减器 8、关于PIN和APD的偏置电压表述，正确的是 A.均为正向偏置 B.均为反向偏置 C.前者正偏,后者反偏 D.前者反偏,后者正偏 9、下列哪项技术是提高每个信道上传输信息容量的一个有效的途径？ A.光纤孤子(Soliton)通信 B. DWDM C. OTDM D. OFDM 10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是 A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0” C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大 二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分） （一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分） 11、以色散为基，对于单模光纤来说，主要是材料色散和，而对于 多模光纤来说，占主要地位。 12、渐变型光纤中,不同的射线具有相同轴向速度的现象称为现 象。 13、EDFA中的关键器件是和。 14、SDH的帧结构除行、列、字节、帧长等外，还包括信息净负荷区域、支路 单元指针区域和区域。 （二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分） 15、某种光纤的纤芯和包层的折射率分别是 1.48和 1.46，则其临界传播角 为。 16、设PIN光电二极管的量子效率为75％，渡越时间为10ps，则该检测器的3dB 带宽为。 （三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）
光纤通信的基本原理
光纤通信的基本原理 光纤是由单根玻璃光纤、紧靠纤心的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成，内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高，因此当光从折射率高的一侧射入折射率低的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。 由发光二极管LED 或注入型激光二极管ILD 发出光信号沿光纤传播，在另一端则有PIN 或APD 光电二极管作为检波器接收信号。为确保信号的有效传输，在光发送端之前需增加光放大器，以提高入纤的光功率，在接收端的光电检测器之后将微信号进行放大，以提高接收能力。 光纤类型 根据光在光纤中的传播方式可将光纤划分为两种类型：即多模光纤和单模光纤。多模光纤又根据其包层的折射率进一步分为突变型折射率光纤和渐变型折射率光纤。多模光纤主要用于短距离、低速率的通信，用于干线传输网建设的光纤主要有三种，即G.652 常规单模光纤、G.653 色散位移单模光纤和G.655 非零色散位移光纤。而其中的G.65 3 光纤除了在日本等国家的干线网上有应用之外，在我国的干线网上几乎没有应用。G.655 光纤中的新型光纤最多，如低色散斜率光纤、大有效面积光纤、无水峰光纤等。 G.652 单模光纤：在C 波段1530 ～1565 nm 和L 波段1565 ～1625nm 的色散较大，系统速率达到2.5 Gbit/s 以上时，需要进行色散补偿，在10 Gbit/s 时系统色散补偿成本较大，它是目前传输网中敷设最为普遍的一种光纤。 G.653 色散位移光纤：在C 波段和L 波段的色散很小，在1550nm 是零色散，系统速率可达到20 Gbit/s 和40 Gbit/s ，是单波长超长距离传输的最佳光纤。但是，由于其零色散的特性，在采用DWDM 扩容时会出现非线性效应，产生四波混频（FWM ），导致信号串扰，因此不太适用于DWDM 。 G.655 非零色散位移光纤：在C 波段和L 波段的色散较小，避开了零色散区，既抑制了四波混频，也可以开通高速系统。新型的G.655 光纤可以使有效面积扩大到一般光纤的1.5 ～2 倍，大有效面积可以降低功率密度，减少光纤的非线性效应。 光纤的优点 传输频带宽、通信容量大。 光纤传输损耗低、中继距离长。 光纤传输的信号不受电磁的干扰、保密性强、使用安全。 光纤具有抗高温和耐腐蚀的性能，因而可以抵御恶劣的工作环境。 光纤的体积小、重量轻，便于敷设。 制作光纤的原材料丰富，石英光纤的主要成分是二氧化硅（SiO 2 ）。 光缆的制造： 光缆的制造过程一般分以下几个过程： 光纤的筛选：选择传输特性优良和张力合格的光纤。 光纤的染色：应用标准的全色谱来标识，要求高温不退色不迁移。
吉大19年9月《光纤通信原理》作业考核试题1答案
吉大19年9月《光纤通信原理》作业考核试题-0001 试卷总分:100 得分:0 一、单选题(共17 道试题,共68 分) 1.下列哪一个不是SDH网的特点( )。 A.具有全世界统一的接口标准 B.大量运用软件进行系统配置的管理 C.复用映射结构灵活 D.指针调整技术降低了设备复杂性 正确答案:D 2.光纤通信指的是( ) A.以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式 B.以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式 C.以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式 D.以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式 正确答案:B 3.在误码性能参数中，严重误码秒（SES）的误码率门限值为( )。 A.10-6 B.10-5 C.10-4 D.10-3 正确答案:D 4.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（），它由判决电路和时钟恢复电路组成。 A..模拟信号 B.数字信号 C.电子信号 D.光子信号 正确答案:B 5.在系统光发射机的调制器前附加一个扰码器的作用是( )。 A.保证传输的透明度 B.控制长串“1”和“0”的出现 C.进行在线无码监测 D.解决基线漂移 正确答案:A
6.为保证多模光纤的测试结果准确，应考虑在测试前对该光纤进行( )。 A.扰模 B.包层模消除 C.滤模 D.裹模 正确答案:A 7.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（）而使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 正确答案:B 8.光纤的制造工艺中，哪个环节对光纤的质量最关键？( )。 A.提纯 B.熔炼 C.拉丝 D.套塑 正确答案:B 9.光纤的损耗测试方法中，哪一种是基本参考测试法。（）。 A.背向散射法 B.插入损耗法 C.OTDR D.切断法 正确答案:D 10.不属于半导体激光器特性参数的是（） A.输出光功率 B.阈值电流 C.转换效率 D.消光比光发射机的 正确答案:D 11.下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因?( ) A.光纤的损耗可能发生变化 B.光源的输出功率可能发生变化
全国高等教育自学考试光纤通信原理试题历年试卷
全国2007年1月高等教育自学考试光纤通 信原理试题历年试卷 全国2007年1月高等教育自学考试光纤通信原理试题.doc 试卷内容预览网站收集有1万多套自考试卷，答案已超过2000多套。我相信没有其他网站能比此处更全、更方便的了。 全国2007年1月高等教育自学考试 光纤通信原理试题 课程代码：02338 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。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 μm B．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．在薄膜波导中，导波的基模是( ) A．TE0B．TM0 C．TE1D．TM1
3．在SiO2单模光纤中，材料色散与波导色散互相抵消，总色散等于零时的光波长是( ) A．0.85 μmB．1.05 μm C．1.27 μmD．1.31 μm 4．在阶跃型光纤中，导波的传输条件为( ) A．V＞0B．V＞Vc C．V＞2.40483D．V＜Vc 5．半导体激光二极管(LD)的一个缺点是( ) A．光谱较宽B．温度特性较差 C．与光纤的耦合效率较低D．平均发光功率较小6．EDFA光纤放大器作为光中继器使用时，其主要作用是( ) A．使信号放大并再生B．使信号再生 C．使信号放大D．降低信号的噪声 7．目前，掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达( ) A．40 dB左右B．30 dB左右 C．20 dB左右D．10 dB左右 8．STM-16信号的码速率为( ) A．155.520 Mb/sB．622.080 Mb/s C．2 488.320 Mb/sD．9 953.280 Mb/s 9．对于2.048 Mb/s的数字信号，1 UI的抖动对应的时间为( )
光纤通信 期末考试试卷(含答案)
2、光在光纤中传输是利用光的（折射）原理。 5、光纤通信系统中最常用的光检测器有：（ PIN光电二极管）、（雪崩光电二极管）。 6、要使物质能对光进行放大，必须使物质中的( 受激辐射 )强于( 受激吸收 )，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 7、在多模光纤中，纤芯的半径越( 大 )，可传输的导波模数量就越多。 9、（波导色散）是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 11、PDH的缺陷之一：在复用信号的帧结构中，由于( 开销比特 )的数量很少，不能提供足够的运行、管理和维护功能，因而不能满足现代通信网对监控和网管的要求。 12、光接收机的主要指标有光接收机的动态范围和（灵敏度）。 13、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的（阈值条件）。 14、光纤的（色散）是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 15、误码性能是光纤数字通信系统质量的重要指标之一，产生误码的主要原因是传输系统的脉冲抖动和（噪声）。 二、选择题：（每小题2分，共20分。1-7:单选题，8-10：多选题） 4、CCITT于（）年接受了SONET概念，并重新命名为SDH。 A、1985 B、1970 C、1988 D、1990 6、掺铒光纤放大器（EDFA）的工作波长为（）nm波段。 A、1310 B、1550 C、1510 D、850 7、发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（）。 A、受激吸收 B、自发辐射 C、受激辐射 D、自发吸收 9、要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手：一是控制（ B ）；
光纤通信原理试题讲解学习
1.决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和传输带宽 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 2.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是( A ) A.n1≈n2 B.n1=n2 C.n1>>n2 D.n1< ★★一、填空题★★ ★光接收机中，PIN光电二极管引入的主要噪声有（暗电流）噪声和（量子）噪声。 ★光隔离器是一种只允许光沿（一个方向）通过而在（相反方向）阻挡光通过的光无源器件。 ★光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：（自发辐射）,（受激吸收）,（受激辐射）;产生激光的最主要过程是:（受激辐射）。★光源的作用是将（电信号）变换为（光信号）。 ★光检测器的作用是将（光信号）转换为（电信号）。 ★光中继器实现方式主要有（光-电-光中继器）和（对光信号直接放大的中继器）两种。 ★光纤传输衰减分为（材料的吸收）衰减、（光纤的散射）衰减和（辐射）衰减。 ★光纤数字通信系统中,（误码）性能和（抖动）性能是系统传输性能的两个主要指标。 ★光纤中的传输信号由于受到光纤的（色散）和（损耗）的影响,使得信号的幅度受到衰减，波形岀现失真。 ★光与物质作用时有（输岀功率与效率）、（输岀光谱特性）和（响应速率与带宽）三个物理过程。 ★光纤的主要材料是（二氧化硅），光纤的结构从里到外依次为（纤芯）、（包层），其中（纤芯）部分是用来传导光信号的。 ★光纤的传输特性是光纤的（损耗）特性、（色散）特性。 ★光纤的色散分为（材料）色散、（波导）色散和（模式）色散。 ★光纤的分类中按传输的模式来分可分为（单模）和（多模）光纤，按纤芯的折射率分布的不同来分可分为（阶跃型）和（渐变型）光纤。 ★光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长:（0.85um ）,（1.31um）,（1.55um），最低损耗窗口的中心波长是在（1.55um）。 ★目前光纤通信所用光波的光波波长范围为（0.8~1.8um丄属于电磁波谱中的（近红外区）区。 ★EDFA称为（掺铒光纤放大器）,其实现放大的光波长范围是（1.53~1.56um ）。 ★光纤通信是以（光纤）为传输媒质。以（光波）为载波的通信方式。 ★光纤通信系统的长期平均误码率定义为（传送错误的码元数占传送的总码元数的百分比），反映突发性误码，用（严重误码秒（SES））、（误码秒 （ES））两个性能指标来评价。 ★单模光纤是指在给定的工作波长上，只传输（单一基模）|的光纤。 ★单模光纤的波长色散分为（材料）色散、（波导）|色散和|（光纤）色散。 ★mBnB码又称为（分组码），它是把（把输入码流中M比特分为一组，然后变换为N比特）。 ★PIN光电二极管，是在P型材料和N型材料之间加上一层（轻掺杂质的N型材料，1层）。 ★WDM技术从传输方向分：有（双向结构）和（单向结构）|两种基本应用形式。 ★在热平衡条件下，一个电子占据一个能量为E的能级的概率f（E）的计算式为（f（E）=1/{1+eA［（E-EAf）/KT］} ）。 ★在阶跃型光纤中,001）模是最低工作模式|（LP11）是第一高阶模。 ★在光纤通信系统中光接收机的基本功能是：（把接收来的光信号转变为原来的电信号）。 ★在光接收机中，与光电检测器相连的放大器称—（前置放大器）|,它是|（低噪声、髙增益）|的放大器。 ★渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的~（光纤的自聚焦）|现象。 ★随着半导体激光器温度的上升，其输岀功率会（降低）。 ★发光二极管依靠（自发辐射）发光，半导体激光器依靠受激辐射』发光。 ★通常用的光纤绝大多数用（石英材料制成，折射率高的中心部分叫做（纤芯）］，折射率稍低的外层称为|（包层）。 ★阶跃型光纤的单模传输条件是（0 v V V 2.405 ）。 ★目前光纤通信的长波波长低损耗波长 ★表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为数值孔径）|,用（NA）表示。 ★对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，这时输出的光为|（激光）| ,这个电流称为|（阈值）电流。 ★由于双异质结激光器在有源区两侧，既限制了（光波）|，又限制了 |（载流子）|,故它的光强分布基本被约束在有源区，而且|（阈值）|电流大大降低 ★根据ITU-T的建议,STM-1码速率分别=（155.520 ）Mb/s。 ★★二、选择题★★ ★光纤单模传输条件_，归一化频率V应满足（B） A . V>2.405 B . V<2.405 C . V>3.832 D . V<3.832 ★激光是通过什么产生的？（A） 第一章基本理论 1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么答：当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，即0＜V＜时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。 2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响答：在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离；光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。 3、光纤中有哪几种色散解释其含义。答：（1）模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。（2）材料色散：由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。（3）波导色散：统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。 5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响答：光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。 6、单模光纤有哪几类答：单模光纤分为四类：非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。 12、光缆由哪几部分组成答：加强件、缆芯、外护层。 *、光纤优点：巨大带宽（200THz）、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。*、光纤损耗：光纤对光波产生的衰减作用。 引起光纤损耗的因素：本征损耗、制造损耗、附加损耗。 *、光纤色散：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，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。 引起光纤色散的因素：光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。 色散种类：模式色散（同波长不同模式）、材料色散（折射率）、波导色散（同模式，相位常数）。 *、单模光纤：指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。 2009年10月光纤通信原理自考试题 全国2009年10月光纤通信原理自考试题 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分)在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.随着温度的逐步升高，LD的阈值电流（） A.逐渐降低 B.逐渐增大 C.不变 D.先降低后增大 2.在下列因素中，不属于影响接收机灵敏度的因素是（） A.光发射机的消光比 B.光电检测器响应度 C.光纤衰减 D.光电检测器噪声 3.在STM-1信号的帧结构中，AU指针区域的位置是在（） A.1～9列，第4行 B.1～9列，1～9行 C.1～3列，第4行 D.1～3列，1～9行 4.EDFA中将光信号和泵浦光混合后送入掺铒光纤中的器件是（） A.光滤波器 B.光隔离器 C.光耦合器 D.光连接器 5.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是（） A.0.85μm，1.20μm，1.55μm B.0.85μm，1.31μm，1.55μm C.0.85μm，1.20μm，1.31μm D.1.05μm，1.20μm，1.31μm 6.薄膜波导中，导波的截止条件为（） A.λ0≥λc B.λ0＜λc C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 7.薄膜波导中，导波的特征方程为（） A.2k0d-2Φ12-2Φ13=2mπ B.2k1d-Φ12-Φ13=2mπ C.2k1zd-2Φ12-2Φ13=2mπ D.2k1xd-2Φ12-2Φ13=2mπ 8.在下列特性参数中，不属于单模光纤的特性参数是（） A.数值孔径 B.截止波长 C.衰减 D.折射率分布 9.在阶跃型弱导波光纤中导波的基模为（） A.LP00 B.LP11 C.LP01 D.LP12 二、填空题(本大题共15小题，每小题1分，共15分)请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 10.光发射机主要由输入电路和________两大部分组成。 11.半导体激光器中光学谐振腔的作用是提供必要的________以及进行频率选择。 12.雪崩光电二极管具有________效应，使光电流在管子内部即获得了倍增。 13.光接收机中判决器和________合起来构成脉冲再生电路。 14.在光纤通信系统中，利用光纤来传输监控信号时，通常可 一、填空题(每空格0.5分，40空格共20分) 1、光纤通信系统按光纤的模式可分为_______和_______通信系统。 答案：单模光纤、多模光纤 2、光纤通信是以_______为载频，以_______为传输媒质的一种通信方式。 答案：光波、光导纤维 3、本地传输网采用的主要传送技术有_______、_______、_______等。 答案：SDH、PDH、微波 4、对于4 节点STM－4 二纤环，若为双向复用段倒环，环的最大可保护的业务容量为_______ 个E1 信号。 答案：504 5、传输设备使用标称电压________伏。 答案：–48V 6、传输设备接地应该_____极接地。 答案：正(或+) 7、STM－N 帧中再生段DCC 的传输速率为_____；复用段DCC 的传输速率为_____。 答案：192kb/s、576kb/s 8、在主从同步数字网中，从站时钟通常有_____、_____、_____三种工作模式。 答案：锁定上级时钟模式、保持模式、自由振荡模式。 9、SDH的四种开销分别是：（再生段）开销、（复用段）开销、（高阶通道）开销、（低阶通道）开销。 10、目前联通本地网广泛使用光纤的种类为（G.652）常规单模光纤，在1550nm 处实际的衰减为（≤0.3）dB/km。G.655光纤为（非零色散）光纤，将零色散点移到（1570）nm附近，适用开通DWDM系统。 11、根据维护过程中不同阶段的不同要求。维护限值可分为四种为（投入业务）限值、（维护）限值、（修复）限值、（不可接受退出业务和恢复业务）限值。 12、4、SDH网络管理结构目前实际运用可以分为（网元层NE）（网元管理层EM）（网络管理层NM）三层。 13、SDH系统的VC-12通道的在线监测采用的方式是（BIP-2）。 14、在SDH传输系统中，指针的调整会引起（抖动）。 15、应用G.652光纤，局内或短距离通信宜选用(1310 nm)波长，长距离通信宜选用(1550 nm)波长。 16、2Mb/s 速率DDF连接器有(75/75欧姆)不平衡式和(120/1120欧姆)平衡式两种类型。 17、某光接口的类型为S-4.1，其含义为(短距离，速率为622Mb/s，传输光波长为1310nm,G652光纤)。 18、2Mbit/s速率通信电缆的允许哀耗dB， 参考答案：6dB。 19、计算中继电缆的允许传输长度公式。 参考答案： 电缆衰减常数架的插入损耗 电缆衰减－ 设备端到端之间的允许DDF； 20、应用G.652光纤，局内或短距离通信宜选用nm工作波长，长距离通信宜选用nm工作波长。 参考答案：1310nm、1550nm。 光纤通信基本理论 第四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截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．当光纤中的非线性效应和色散(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。 11、光纤通信是以（光波）为载频，以光纤为（传输媒介）的通信方式。 12、目前光纤通信在（1550nm）波段附近的损耗最小。 13、（数值孔径）表征了光纤的集光能力。 14、G．653光纤又称做色散位移光纤是通过改变折射率的分布将(1310)nm 附近的零色散点，位移到(1550)nm附近，从而使光纤的低损耗窗口与零色散窗口重合的一种光纤。 15、G．655在1530-1565nm之间光纤的典型参数为：衰减<（0.25）dB/km; 色散系数在(1-6ps/nm·km)之间。 16、克尔效应也称作折射率效应，也就是光纤的折射率n随着光强的变化而变化的（非线性）现象。 17、在多波长光纤通信系统中，克尔效应会导致信号的相位受其它通路功率的（调制），这种现象称（交叉相位调制）。 18、当多个具有一定强度的光波在光纤中混合时，光纤的（非线性）会导致产生其它新的波长，就是（四波混频）效应。 19、G．652光纤有两个应用窗口，即1310nm和1550nm,前者每公里的典型衰耗值为（0.34dB）,后者为（0.2dB）。 20、单模光纤的（模场直径）是作为描述单膜光纤中光能集中程度的度量。 二、单项选择题 1．将光纤的低损耗和低色散区做到1 450～1 650 rim波长范围，则相应的带宽为( B)THz。 A.2．5 B．25 C．5.0 D．50 2．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 )而使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．间断变化D．基本不变 4．目前，光纤在( B )nm处的损耗可以做到0．2dB／km左右，接近光纤损耗的理论极限值。 A．1050 B．1550 C．2050 D．2550 5．石英光纤材料的零色散系数波长在( B )nm附近。 光纤通信原理试题＿1 参考答案 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1. 光纤通信指的是（ B ） A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式； D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2.已知某Si-PIN 光电二极管的响应度R 0＝0.5 A/W ，一个光子的能量为2.24×10－19 J ，电子电荷量为1.6×10 －19 C ，则该光电二极管的量子效率为（ ） A.40％ B.50％ C.60％ D.70％ R 0=e 错误！未找到引用源。 /hf 3.STM-4一帧中总的列数为（ ） A.261 B.270 C.261×4 D.270×4 4.在薄膜波导中，要形成导波就要求平面波的入射角θ1满足（ ） A.θc13<θ1<θc12 B.θ1=0° C.θ1<θc13<θc12 D.θc12<θ1<90° 5.光纤色散系数的单位为（ ） A.ps/km B.ps/nm C.ps/nm.km ? D.nm/ps?km 6.目前掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达（ ） A.20 dB B.30 dB C.40 dB D.60 dB 7.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会（ ） A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大后逐渐减少 8.在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为（ ） A.LP00 值为0 B.LP01 C.LP11为第一高次模 D.LP12 9.在薄膜波导中，导波的截止条件为（ ） A.λ0≥λC B.λ0<λC C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 10.EDFA 在作光中继器使用时，其主要作用是（ ） A.使光信号放大并再生 ? B.使光信号再生 C.使光信号放大 D.使光信号的噪声降低 二、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.根据传输方向上有无电场分量或磁场分量，可将光（电磁波）的传播形式分为三类：一为_TEM_波；二为TE 波；三为TM 波。 2.对称薄膜波导是指敷层和衬底的_折射率相同_的薄膜波导。 3.光学谐振腔的谐振条件的表示式为__错误！未找到引用源。______。q L c n 2= λ 4.渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的这种现象称为_自聚焦_现象。 5.利用_光_并在光纤中传输的通信方式称为光纤通信。 6.在PIN 光电二极管中，P 型材料和N 型材料之间加一层轻掺杂的N 型材料，称为本征层（I ）层。 7. 光源的作用是将 电信号电流变换为光信号功率 ；光检测器的作用是将 光信号功 课程教案 （2015—2016学年第二学期） 课程名称：光纤通信 授课学时： 44学时 授课班级：电子信息工程13级 任课教师： 教案（首页） 第2章光纤与光缆 （一）教学内容： 基本光学定律和定义，光纤模式和结构，光纤波导传输的基本原理，圆波导的模式理论，单模光纤的基本原理，光纤材料和制造基本原理。 重点：光纤模式和结构，光纤波导传输的基本原理，单模光纤的基本原理，光 纤材料和制造基本原理。 难点：圆波导的模式理论 （四）概述 对光纤的结构和分类做简单介绍,对光纤的导光原理采用射线法和标量近似解法进行重点分析。对单模光纤的结构特点、主模及单模传输条件进行讨论。介绍光纤的传输特性及特殊光纤。 教学环节教学过程 引言 本章课程的讲授 在整个通信技术的发展中传输介质始终是人们需要不断研究和改进的课题，光通信从19世纪前就已得到应用，但由于没有找到合适的传输介质，使得光通信无法充分发挥其优点。1966年英籍华人科学家C.K.Kao发表论文提出可以利用纯度极高的石英玻璃作为传输煤质来传送光信号，从而拉开了光纤通信技术飞速发展的序幕（C.K.Kao博士也因此成就获得2009年Nobel物理学奖）。近半个世纪来，人们对光纤的结构、制造工艺不断改善，使得光纤的传输性能越来越优良，光纤已经成为现代长途干线网络信息传输的首选传输介质。 本章将对光纤进行详细的讨论，使学生对光纤通信课程建立较好的基本理解。 在讲授基本内容之前请学生回答自己对实际生活中所接触的光纤光缆的认识和理解，大家在什么地方用过光纤呢？家里或宿舍上网时信息是通过什么进行传输或如何进行传输的呢？通过提问对学生进行较好的引导，让学生上课时很快提高兴趣。 2.1 光纤的结构和分类 2.1.1 光纤的结构 光纤有不同的结构形式。目前，通信用的光纤绝大多数是用石英材料做成的横截面很小的双层同心玻璃体，外层玻璃的折射率比内层稍低。折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为，直径为2a；折射率低的外围部分称为包层，其折射率为，直径为2b。 让学生自行思考为何要采用这种结构？提问！强调纤芯和包层的折射率很接近、差值不能太大。 采用芯包结构的目的： （1）进行全反射，减小散射损耗。 （2）增加纤芯的机械强度。 （3）保护纤芯不受外界的污染。 1 n 2 n 光纤通信模拟试题1 一、选择题 1. 目前光纤通信中所使用的光波的波长区域是( ) A. 红外区 B. 远红外区 C. 紫外区 D. 近红外区 2. 表示光纤色散程度的物理量是( ) A. 时延 B. 频带带宽 C. 时延差 D. 相位差 3. 在外来光子的激发下，低能级E1上的电子吸收了光子的能量hf(=E2-E1)而跃迁到高能级 E2的过程称为( ) A. 自发辐射 B. 受激辐射 C. 受激吸收 D. 康普顿效应 4. EDFA中，光滤波器的主要作用是( ) A. 使泵浦光和信号光耦合 B. 滤除光放大器的输出噪声 C. 提高光放大增益 D. 使信号再生 5. 目前，掺铒光纤放大器的噪声系数可低达( ) A. -3 dB～0 dB B. 0 dB～3 dB C.4 dB～5 dB D. 10 dB～15 dB 6. STM-1的帧结构中，段开销区域的位置是在( ) A. 1～9列，1～3行和5～9行 B. 1～9列，1～9行 C.1～3列和5～9列，1～9行 D. 1～3列和5～9列，1～3行和5～9行 7. 不属于PIN光电二极管特性参数的是( ) A. 暗电流 B. 消光比 C. 响应度 D. 响应时间 二、填空题 11. 利用光波作为载频的通信方式称为___________________。 12. 通常根据传播方向上有无电场分量或磁场分量，可将光(电磁波)的传播形态分成TE波， TEM波和___________________三类。 13. 薄膜波导由衬底、敷层和___________________三层介质构成。 14. 在薄膜波导中，导波的基模是___________________。 15. 按照射线理论，阶跃型光纤中光射线主要有___________________和斜射线两类。 16. 渐变型光纤中，子午射线的自聚焦是指光纤中不同的射线具有___________________的现象。 17. 光纤是一种介质光波导,具有把光封闭在其中进行传播的导波结构。它是由直径大约只有 ___________________的细玻璃丝构成。 18. 处于粒子数反转分布状态的工作物质称为___________________。 19. 激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的___________________。 20. 随着激光器温度的上升，其输出光功率会___________________。 21. EDFA的输出饱和功率是指___________________时所对应的输出功率。 22. EDFA作为发射机功率放大器使用的主要作用是___________________。 23. 在光纤通信系统中，利用光纤来传输监控信号时，通常可采用频分复用和____________ _______两种传输方式。 24. 对光隔离器的主要要求是：插入损耗低和___________________。 25. 光纤通信系统中(武汉自考)常用的线路码型有：mBnB码、插入比特码和_____________ ______等。 26. STM-1帧结构中，管理单元指针的位置在___________________列中的第4行。 27. 虚容器是SDH中最重要的一种信息结构，它由容器输出的信息净负荷和_________来组光纤通信试卷(整理)
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