光纤通信二习题PPT课件
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光纤通信技术-第二章-光纤光缆技术-作业习题(2)
1.光纤是如何分类的？各分为那些类别？2.相对折射指数差的表示式是什么？什么是弱导条件？。
3.什么是光纤的径向归一化相位常数U、光纤的径向归一化衰减常数W和光纤的归一化频率V？4.渐变型光纤的本地数值孔径的定义为什么？5.当光纤中出现什么时，即认为导波截止。
6.单模光纤是如何定义的？在标量近似解中，阶跃单模光纤只传输什么模？7.光纤的传输特性有哪几种？8.什么是导行波，什么是辐射波？9.什么是全反射，全发射的条件是什么?10.什么是弱导光纤，为什么标量近似解只适用于弱导光纤？11.为什么说采用渐变型光纤可以减小光纤的色散？12.什么是自聚焦现象？13.说明造成光纤损耗的原因。
14.单模光纤和多模光纤有何区别？各有何用途？15.根据ITU-T建议，单模光纤分为那几类？G.655光纤有何特点？16.什么是光纤的数值孔径NA？有何物理意义？17.光纤的波动方程是什么?18.光纤的电磁场表达式是什么？19.光纤的特征方程是什么？有何物理意义？20.什么是光纤的截止波长？21.光纤传输特性通常有几种？分别是什么？22.什么是光纤的色散？分析多模光纤和单模光纤的色散机理。
23.为什么色散和损耗是光纤通信的主要限制因素？24.什么是G.652和G.655光纤，它们的特点分别是什么？。
25.通常光缆结构由那些组成？26.光缆型号是如何标识的？如GYGZL03-12T50/125代表什么意思？27.光纤通信中常用的波长是什么？28.阶跃型光纤的导光原理是什么？29.什么是光纤色散？光纤色散主要有几种类型？其对光纤通信系统有何影响？色散带来的危害是什么？30.解释光纤中的模式色散、材料色散及波导色散。
31.什么是色散位移单模光纤。
32.什么是非零色散光纤。
33.什么是色散平坦光纤。
34.什么是色散补偿光纤。
35.均匀光纤芯与包层的折射率分别为n1=1.5,n2=1.45 试计算：光纤芯与包层的相对折射率差。
光纤的数值孔径。
最新光纤通信第二章习题教学讲义PPT
2设PIN光电二极管的量子效率为80%，计 算在1.3 μm和1.55 μm波长时的响应度。
3如果激光器在0.5 μm上工作，输出1W的连续
功率，计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低 能级的粒子数。
义务教育课程标准实验教科书第十册
长方体和正方体的认 识
丰收学校:刁玉玲
教学目标
• 初步让学生认识长方体和正方体,知道长 方体和正方体由几部分组成,正确区分他 们的异同.
个顶点？你有（ ）种锯法？
2. (2) 从损耗角度来看:由多模突变型光纤、多模渐变 型光纤到单模光纤损耗依次减小,从而无中继距离依次 增大.
3.
从色散角度看:由多模突变型光纤、渐变型光纤
பைடு நூலகம்
到单模光纤,色散依次减小,从而带宽依次增大,传输容
量依次增大.
而通信的主要目的就是最大限度的实现远的传输距离和 大的传输容量,因此光纤通信的发展方向是由多模光纤到 单模光纤.
2、 判断。正确的在括号里画“√”，
错误的在括号里画“×”。
× （1）长方体的六个面一定是长方形；（
）
√ （2）正方体的六个面面积一定相等；（
）
（3）一个长方体（非正方体）最多有四个面面积相
√ 等；（
）
（4）相交于一个顶点的三条棱相等的长方体一定是
√ 正方体。（
）
3、拓展延伸
（1）、长方体最多有（ ）个面相等？ （2）、长方体锯掉一角后，还剩（ ）
光纤通信第二章习题
(3) 由于使用了新技术后,石英光纤的零色散窗口可以移到 更长的1.55μm处,并且此时的损耗要比使用1.31μm波 长传输更小,于是又开始使用工作波长为1.55μm的光 纤.
5 光纤通信为什么向长波长,单模光纤方向发展?
《光纤通信》PPT课件 (2)
– 目前光纤通信实用的波长即短波长段的 0.85μm、长波长波段的1.31μm和1.55μm ，通常称其为是目前光纤通信的三个实用窗
13
衰减（dB/km）
6 5 4 3
第一窗口 2
1
C 波段
1525~1565nm
第二窗口
0。4
第三窗口
0。2
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.57 1.62
2
5.1
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。
• 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光
器， 给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用， 使 沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。
1979 年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986 年 是0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论极限。6
光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：
• 第一阶段(1966~1976年)，这是从基础研 究到商业应用的开发时期。
• 第二阶段(1976~1986年)，这是以提高传 输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应 用的大发展时期。
10 G 100 G 1 T 10 T 100 T 1000 T
频 率/Hz
(注) M： 106 G： 109
T：
1 012
图 各种传输线路的损耗特性
9
5.1.2 光纤通信的特点
• 容许频带很宽，传输容量很大 • 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， • 节约金属材料， 有利于资源合理使用
13
衰减（dB/km）
6 5 4 3
第一窗口 2
1
C 波段
1525~1565nm
第二窗口
0。4
第三窗口
0。2
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.57 1.62
2
5.1
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。
• 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光
器， 给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用， 使 沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。
1979 年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986 年 是0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论极限。6
光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：
• 第一阶段(1966~1976年)，这是从基础研 究到商业应用的开发时期。
• 第二阶段(1976~1986年)，这是以提高传 输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应 用的大发展时期。
10 G 100 G 1 T 10 T 100 T 1000 T
频 率/Hz
(注) M： 106 G： 109
T：
1 012
图 各种传输线路的损耗特性
9
5.1.2 光纤通信的特点
• 容许频带很宽，传输容量很大 • 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， • 节约金属材料， 有利于资源合理使用
光纤通信课件2-optical-fiber
导波的特征方程
23
BUPT-EE
弱导光纤，即n1≈n2， k0n2 ≈ β ≈ k0n1。所以在弱导 光纤中 :
2
2
v
2
2
c
2
n k0 n 2 k 2
2
2
2
特征方程可以简化为：
1 Jm U 1 K m W k 0 n1 U J U W K W m m
W描述了导波电场和磁场在包层横截面上的分布。
15
BUPT-EE
u a (n k ) 2 2 2 2 2 w a ( n2 k0 )
2 2 2 2 1 0 2
在纤芯内，F( )的解:
u u F ( ) AJ m ( ) BYm ( ) a a
2
BUPT-EE
Numerical aperture
(Numerical aperture数值孔径) NA= sin max = n1sin(900- fc)=
= ( n 1 － n2) / n1 cladding interface
3
n1 2 － n2 2
= n1
2
Fractional index change at the coreBUPT-EE
u 2 a 2 (n12 k02 2 )
2 2 w2 a 2 ( 2 n2 k0 )
V
2a
0
2 n12 n 2
2a
0
n1 2
光纤的归一化频率
截止条件：w
0, 意味着模式的场不断向包层扩展， 最后能量分散于广大的空间，不再能传输，此时称该模 式截止。该模式截止时V所满足的条件称为这个模的截 止条件。截止时w=0, u=V
光纤通信原理-(全套)PPT课件
为了描述光纤中传输的模式数目，在
此引入一个非常重要的结构参数，即光纤
的归一化频率，一般用V表示，其表达式 如下：
V k 0 n m a2 2 0n m a2 C n m a2
1. 多模光纤
顾明思义，多模光纤就是允许多个模 式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤 中允许存在多个分离的传导模。
光纤的作用是为光信号的传送提供传 送媒介(信道)，将光信号由一处送到另一 处。
中继器分为电中继器和光中继器(光放 大器)两种，其主要作用就是延长光信号的 传输距离。
1.3.2 光纤通信系统的分类
根据调制信号的类型，光纤通信系统 可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通 信系统。
根据光源的调制方式，光纤通信系统 可以分为直接调制光纤通信系统和间接调 制光纤通信系统。
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载 波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区 的 损 耗 可 低 到 0 . 1 8 dB/km， 比 已 知 的 其 他通信线路的损耗都低得多，因此，由其 组成的光纤通信系统的中继距离也较其它 介质构成的系统长得多。
图2.2 光纤的折射率分布
光纤的折射率变化可以用折射率 沿半径的分布函数n(r)来表示。
n r n n 1 2
r a r a
2. 按传输模式的数量分类
按光纤中传输的模式数量，可以将光 纤分为多模光纤(Multi-Mode Fiber，MMF) 和单模光纤(Single Mode Fiber，SMF)。
光纤通信第二单元课件
按加强构件材料分类
分为金属加强构件光缆和无金属光缆。 按加强构件位置分类
集中型加强构件：又分为层绞式光缆、骨架式光缆。 分布型加强构件：又称为中心管式光缆。
有无铠装分类 简式光缆：主要用于架空光缆、管道光缆。
铠装光缆：主要用于长途干线直埋光缆。
第十四页，编辑于星期五：二点 二十七分。
2.1.5 光缆（光纤）型号命名方法
②光纤端面临界入射角为0(r) =
上入射点位置r有关。其中，0(r
=arc0s)in，称与为n12中光(r)心纤临端n22界面入
射角，0(r 0)称为非中心临界入射角。
可见，0(r = 0)＞0(r 0)，表明中心入射光线
最大角比非中心入射光线可以有大一些的入射角。
③光纤端面入射角in越小，则光纤纤芯内光线越靠近轴
周方向的投影是一段段搭接在纤芯边界圆上的等 长弦。
等长弦绕轴一周后不一定合成一个正多边形，而绕轴足 够多圈后，不同方位的弦互相交叠，将充满以纤芯边 界为外缘的环形区，环的内圆半径等于等长弦的弦心 距。
光纤中的斜光线是以此环形为底面的圆管壁中曲 折行进的，圆管内圆柱面又称内焦散面。
第二十三页，编辑于星期五：二点 二十七分。
第二十八页，编辑于星期五：二点 二十七分。
（2）在渐变光纤内（光线轨迹分析）
图2-8 子午光线在渐变光纤内的传播示意图 （光纤纵剖面图）
第二十九页，编辑于星期五：二点 二十七分。
子午光线在渐变光纤内传播的基本特点：
①光纤纤芯内传光路线是周期性连续曲线，与光纤轴心 线相交，并且传光路线与光纤轴心线共面。
第六页，编辑于星期五：二点 二十七分。
横截面
折射率分布 r
输入脉冲 Ai
光线传播路径
光纤通信第二章PPT课件
c v3 v2 v v1
(2.9)
因而有
c v3 v2 v v1
(2.10)
-
10
第2章光纤的传输特性
2. 垂直极化波(TM)与水平极化波(TE)
介质平板波导中可以存在两类传输模式：垂直极化波(又称横磁 波，缩写作TM波)与水平极化波(又称横电波，缩写作TE波)
E
k
H
横磁波（TM波）
-
2
第2章光纤的传输特性
两种不同折射率的介质之间的界
面A如图所示，界面上部介质１的
折 射 率 为 n1 ， 下 部 介 质 ２ 的 折 射
率为n2一根光线以入射角 i 从介质
1入射到该界面上，光线的能量将
部分反射回介质1，部分透射到介
质2。根据折射定律，反射角
折射角 t将满足
r
和
介质１
A
介质２
r i
的传播由波矢的 x 分量 k x 决定，即在 x 方向电磁波在两个界面上来回反
射（电磁波在上下界面上全反射），在一定的条件下形成稳定的驻波，即 稳定的横向振荡。此条件为
kx 2d 22 23 2m ， m =1,2,…
(2.11a)
因为 kx k0n cosi ，其中 n 为波导介质的折射率，所以(2.11a)式成为
-
6
第2章光纤的传输特性
设介质平板波导在y方向无限大， n1、 n2、 n3和k1、k2、 k3分
别是介质平板(1区)，基底（2区） 和敷层（3区）中的折射率和 波数，其相应的波矢为 k1 、k和2 k。3 一般有n1> n2> n3，则根据
折射定律，在1,2区界面和1,3区界面上存在全内反射临界角 c12和 c13
《光纤通信》课件第2章 光纤
图 2.5 光纤的折射率分布 (a) 阶跃分布； (b) 三角分布； (c) 高斯分布
根据光纤横截面上折射率分布的情况来分类， 光 纤可分为阶跃折射率型和渐变折射率型（也称为梯度 折射率型）， 即阶跃光纤和渐变光纤。
阶跃光纤： 在纤芯中折射率的分布是均匀的， 常 用n1表示， 在纤芯和包层的界面上折射率发生突变。
光缆的最主要的技术要求是保证在制造成缆、 敷 设以及在各种使用环境下光纤的传输性能不受影响并 具有长期稳定性。 其主要性能有：
(1) 机械性能： 包括抗拉强度、 抗压、 抗冲击和 弯曲性能。
(2) 温度特性： 包括高温和低温温度特性。 (3) 重量和尺寸： 每千米重量(kg/km)及外径尺寸。
其中最关键的是机械性能， 它是保持光缆在各种 敷设条件下都能为缆芯提供足够的抗拉、 抗压、 抗弯 曲等机械强度的关键指标。 必须采用加强芯和光缆防 护层（简称护层）， 根据敷设方式的不同， 护层要求 也不一样：
图 2.3 光纤制造的拉丝工艺
2.1.4 光缆的技术要求 为了构成实用的传输线路， 同时便于工程上安装
和敷设， 常常将若干根光纤组合成光缆。虽然在拉丝 过程中经过涂覆的光纤已具有一定的抗拉强度， 但仍 经不起弯折、 扭曲等侧压力， 所以必须把光纤和其他 保护元件组合起来构成光缆， 使光纤能在各种敷设条 件下和各种工程环境中使用， 达到实际应用的目的。
状式和束管式四大类。 图2.4为各类光缆的典型结构示 意图。 我国和欧亚各国多采用前两种结构。
层绞式光缆结构(图2.4(a))与一般的电缆结构相似， 能用普通的电缆制造设备和加工工艺来制造， 工艺比 较简单， 也较成熟。 这种结构由中心加强件承受张力， 而光纤环绕在中心加强件周围， 以一定的节距绞合成 缆， 光纤与光纤之间排列紧密。
光纤通信第二章练习题幻灯片PPT
是相干的。
7、目前光通信光源：（LD ）、（LED ）。
8、半导体激光器的P-I特性是指它的 （ 输出功率P （ 注入电流I ）的变化关系。
）随
9、有源区是实现（ 粒子数反转分布 ）、（光增益 ）的区域。
10、光波导的实现两种技术是（ 增益导引 ）和 折射率导引
（
）。
光栅周期
11、ＤＦＢ激光器的发射波长主要由（ 空间 ）决定。
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。（ √ ）
四、简答
1、什么是粒子束反转分布？
2、构成激光器必须具备哪些功能部件？
3、有哪些方法实现光学谐振腔？与之对应的激光器类 型是什么？
4、激光器激射的条件是什么？
5、在光纤通信中，对光源的调制可以分为哪两类？
6、半导体激光器的纵模随注入电流怎么变化？
1 2、激光器的横模决定了输出光束的（ ）分布。双斜率法
13反、向由延P-长I关法系法测量二激阶光求器导的法阈值电流有三种做法（
）、
（
）和（
）。 加大
14、激光器阈值电流随温度的升高而（
）。（选“加大”还
是“减小”）。
Hale Waihona Puke 15、边模抑制比最（高SS光R谱）峰是值指发射光谱中次，高在光规谱定峰的值输出功率和规
6、下面的四个选项中哪一个不属于光发送机的功能（ C）。 A、电端机输出的电信号转换为光信号； B、用耦合技术注入光纤线路； C、从受到各种干扰的信号中恢复出原始数据 D、用电信号对光源进行调制。
7、在外来光子的激发下，高能级E2上的电子跃迁到低能级E1， 并发射出一个与外来光子完全相同的光子的过程称为（ C）。
7、半导体激光器的峰值波长随温度怎么变化？
7、目前光通信光源：（LD ）、（LED ）。
8、半导体激光器的P-I特性是指它的 （ 输出功率P （ 注入电流I ）的变化关系。
）随
9、有源区是实现（ 粒子数反转分布 ）、（光增益 ）的区域。
10、光波导的实现两种技术是（ 增益导引 ）和 折射率导引
（
）。
光栅周期
11、ＤＦＢ激光器的发射波长主要由（ 空间 ）决定。
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。（ √ ）
四、简答
1、什么是粒子束反转分布？
2、构成激光器必须具备哪些功能部件？
3、有哪些方法实现光学谐振腔？与之对应的激光器类 型是什么？
4、激光器激射的条件是什么？
5、在光纤通信中，对光源的调制可以分为哪两类？
6、半导体激光器的纵模随注入电流怎么变化？
1 2、激光器的横模决定了输出光束的（ ）分布。双斜率法
13反、向由延P-长I关法系法测量二激阶光求器导的法阈值电流有三种做法（
）、
（
）和（
）。 加大
14、激光器阈值电流随温度的升高而（
）。（选“加大”还
是“减小”）。
Hale Waihona Puke 15、边模抑制比最（高SS光R谱）峰是值指发射光谱中次，高在光规谱定峰的值输出功率和规
6、下面的四个选项中哪一个不属于光发送机的功能（ C）。 A、电端机输出的电信号转换为光信号； B、用耦合技术注入光纤线路； C、从受到各种干扰的信号中恢复出原始数据 D、用电信号对光源进行调制。
7、在外来光子的激发下，高能级E2上的电子跃迁到低能级E1， 并发射出一个与外来光子完全相同的光子的过程称为（ C）。
7、半导体激光器的峰值波长随温度怎么变化？
光纤通信2
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演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/5
光纤通信2
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波导色散是由于光纤的几何结构所引起的色散. 色散的危害:色散会引起接收端接收到的信号波形失
真.对于模拟信号,色散会限制系统带宽.对于数字 信号,色散会引起脉冲展宽.
7. 光纤损耗产生的原因及其危害是什么?
答:损耗是指由各种原因引起的光功率的损失. 吸收损耗:是指由于组成光纤的材料及其中的杂质 对光的吸收,使一部分光能转变为散失是热能,从 而造成光功率的损失. 散射损耗:是指由远小于波长的不均匀(如折射率 的不均匀,掺杂离子浓度的不均匀等)引起的光的 散射造成的光.
2设PIN光电二极管的量子效率为80%，计 算在1.3 μm和1.55 μm波长时的响应度。
3如果激光器在0.5 μm上工作，输出1W的连续
功率，计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低 能级的粒子数。
SUCCESS
THANK YOU
2019/6/25
(2) 从损耗角度来看:由多模突变型光纤、多模渐变型光 纤到单模光纤损耗依次减小,从而无中继距离依次增大. 从色散角度看:由多模突变型光纤、渐变型光纤到单 模光纤,色散依次减小,从而带宽依次增大,传输容量依 次增大.
而通信的主要目的就是最大限度的实现远的传输距离和 大的传输容量,因此光纤通信的发展方向是由多模光纤到 单模光纤.
SUCCESS
THANK YOU
2019/6/25
波导不完善损耗由于光不能全部进行全反射而造 成的光功率损失.
附加损耗由于光纤弯折、接续而引起的光功率的 损失.
光纤损耗的危害:限制通信系统的无中继通信距离 附加题 1 已知单模光纤的材料色散系数为-2ps/km.nm，
光源谱线宽度为△λ=10nm，若光纤长度为 20KM，问此光纤的脉冲展宽和带宽各是多少？
第二章习题
4、目前光纤通信为什么采用以下三个工作波长： 0.85μm、1.31μm 、1.55 μm？
答:(1)光纤通信使用0.85μm工作波长的光纤主要是受到 早期光源发光波长的限制,早期发明的光源都是短波长 光源,由于光纤损耗随波长的增加而减小,因而选择了相 对来说波长较长损耗较小的0.85μm作为光纤的工作波 长. (2)由于石英光纤在1.31μm处可以达到零色散并且损耗 也达到极小,因而在长波长光源问世后开始使用这种工 作波长的光纤.
6. 光纤色散产生的原因及其危害是什么?
答:光纤色散是指由于各种不同频率的光在光纤中传输的 速度不同,从而使得各个频率的光在到达终点时产生了一 个时间上的延迟,造成输出波形失真的一种现象.
光纤色散一般包括模式色散,材料色散和波导色散. 模式色散是指在光纤中由于个频率光的轴向速度不同 而引起的色散. 材料色散是指由于构成光纤的材料的折射率随传输光 波的频率变化而导致不同频率光信号的速度不同,从而引 起的色散.
(3) 由于使用了新技术后,石英光纤的零色散窗口可以移到 更长的1.55μm处,并且此时的损耗要比使用1.31μm波 长传输更小,于是又开始使用工作波长为1.55μm的光 纤.
5 光纤通信为什么向长波长,单模光纤方向发展?
答:(1)在长波长波段石英光纤可以实现零色散传输,从而使 系统带宽达到最大.同时光纤的损耗也随着波长的增加 而减小,即系统的无中继通信距离随着波长的增加而增 长,因此光纤通信系统要向长波长方向发展.