光纤通信课后复习题答案
《光纤通信技术》复习题答案
《光纤通信技术》复习题一.基本概念1.什么样的电磁波叫做“光”?目前的光纤通信用的是什么光?波长是多少?答:光是一种电磁波,光频为10E14HZ量级,波长为μm 量级。
可见光大约指0.4μm ~0.76μm 波长范围的电磁波。
光通信采用的波长0.85μm、1.31μm和1.55μm。
即在电磁波近红外区段。
2.光纤通信的特点?答:一、传输频带宽,通信容量大二、传输损耗低,中继距离长三、不怕电磁干扰四、保密性好,无串音干扰五、光纤尺寸小,重量轻,利于敷设和运输六、节约有色金属和原材料七、抗腐蚀性能好3.光纤的NA和LNA各是什么意义?什么是光线模式的分立性?答:入射最大角称为孔径角,其正弦值称为光纤的数值孔径。
数值孔径表示光纤采光能力的大小。
在光纤端面上芯区各点处允许光线射入并形成导模的能力是不一样的,折射率越大的位置接收入射光的能力越强。
为了定量描述光纤端面各点位接受入射光的能力,取各点位激发最高次导模的光线入射角度为局部孔径角θ’C (r) ,并定义角的正弦值为该点位的局部数值孔径LNA。
光是有一定波长的,将光线分解为沿轴向和径向的两个分量,传输光波长λ也被分为λZ和λr。
沿径向传输的光波分量是在相对的芯/包层界面间(有限空间)往返传输,根据波形可以稳定存在的条件——空间长度等于半波长的整数倍,而空间长度已由光纤结构所确定,所以径向波长分量λr不能随意了,从而导致它们夹角不能随意也即不能连续变化,即光线模式的分立性。
4.什么是光纤的色散?光纤的色散分为哪几种?在单模光纤中有哪些色散?答:脉冲信号在光纤中传输时被展宽的现象叫光纤的色散。
分为模间色散和模内色散。
模内色散又分为材料色散和波导色散。
多模光纤:模式色散和材料色散;单模光纤:材料色散和波导色散。
5.归一化频率V和截止频率VC各如何定义?有何区别和联系?答:归一化频率见书28页,截止频率见27页。
实际光纤中能够传输的导模模式必须满足V>Vc。
光纤通信复习题答案
光纤通信复习题答案1. 光纤通信中,光纤的类型主要有哪两种?答案:光纤通信中,光纤的类型主要有两种,分别是单模光纤和多模光纤。
2. 光纤通信中,光信号的调制方式有哪些?答案:光纤通信中,光信号的调制方式主要包括幅度调制(AM)、频率调制(FM)、相位调制(PM)以及脉冲编码调制(PCM)。
3. 光纤通信中,光放大器的作用是什么?答案:光纤通信中,光放大器的作用是放大光信号,以补偿光纤传输过程中的损耗,从而延长通信距离。
4. 光纤通信中,色散是如何产生的?答案:光纤通信中,色散是由于光纤中不同波长的光信号传播速度不同,导致信号到达接收端的时间不同而产生的。
5. 光纤通信中,波分复用(WDM)技术是如何实现的?答案:光纤通信中,波分复用(WDM)技术是通过在同一根光纤中同时传输多个不同波长的光信号来实现的,这样可以大幅度提高光纤的传输容量。
6. 光纤通信中,光时分复用(OTDM)技术的原理是什么?答案:光纤通信中,光时分复用(OTDM)技术的原理是将时间划分为多个时隙,每个时隙传输一个光脉冲,通过这种方式实现多个光信号在同一光纤中的高速传输。
7. 光纤通信中,光纤的损耗主要由哪些因素造成?答案:光纤通信中,光纤的损耗主要由散射损耗、吸收损耗和非线性损耗等因素造成。
8. 光纤通信中,光纤的非线性效应有哪些?答案:光纤通信中,光纤的非线性效应主要包括自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、四波混频(FWM)和受激拉曼散射(SRS)等。
9. 光纤通信中,光纤的连接方式有哪些?答案:光纤通信中,光纤的连接方式主要有熔接、机械接续和光纤连接器连接等。
10. 光纤通信中,光纤的维护和检测方法有哪些?答案:光纤通信中,光纤的维护和检测方法包括光纤端面的清洁、光纤损耗的测量、光纤的弯曲半径检测以及光纤的折射率分布测量等。
光纤通信课后答案
全书习题参考答案第1章概述1.1 填空题(1)光导纤维(2)掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用(WDM) 非零色散光纤(NIDSF) 光电集成(OEIC)(3)0.85µm 1.31µm 1.55µm 近红外(4)光发送机 光接收机 光纤链路(5)光纤 C=BW×log2(1+SNR) 信道带宽(6)大 大(7)带宽利用系数(8)可重构性可扩展性透明性兼容性完整性生存性1.2 解:利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。
即以光波为载频,以光纤为传输介质的通信方式称为光纤通信。
1.3 解:(1)传输频带宽,通信容量大(2)传输距离长(3)抗电磁干扰能力强,无串音(4)抗腐蚀、耐酸碱(5)重量轻,安全,易敷设(6)保密性强(7) 原料资源丰富1.4 解:在光纤通信系统中,最基本的三个组成部分是光发送机、光接收机和光纤链路。
光发送机由电接口、驱动电路和光源组件组成。
其作用是将电信号转换为光信号,并将生成的光信号注入光纤。
光接收机是由光检测器组件、放大电路和电接口组成。
其作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。
光纤链路由光纤光缆、光纤光缆线路(接续)盒、光缆终端盒、光纤连接器和中继器等构成。
光纤光缆用于传输光波信息。
中继器主要用于补偿信号由于长距离传送所损失的能量。
光缆线路盒:将光缆连接起来。
光缆终端盒:将光缆从户外引入到室内,将光缆中的光纤从光缆中分出来。
光纤连接器:连接光纤跳线与光缆中的光纤。
1.5解:“掺铒光纤放大器(EDFA)+波分复用(WDM)+非零色散光纤(NIDSF)+光电集成(OEIC)”正成为国际上光纤通信的主要发展方向。
1.6 解:第一阶段(1966~1976年),实现了短波长(0.85µm)、低速(45或34 Mb/s)多模光纤通信系统,无中继传输距离约10km。
第二阶段(1976~1986年),光纤以多模发展到单模,工作波长以短波(0.85um)发展到长波长,实现了波长为1.31µm、传输速率为140~165Mb/s的单模光纤通信系统,无中继传输距离为50~100km。
光纤通信原理习题库与参考答案
光纤通信原理习题库与参考答案一、单选题(共10题,每题1分,共10分)1、光缆形式分类代号GY表示()。
A、室内光缆B、通信用室外光缆C、海底光缆D、特殊光缆正确答案:B2、光电型中继器主要由( )和光发送部分组成。
A、区间通信接口B、再放大(re-amplifying)C、再定时(re-timing)D、光接收部分正确答案:D3、()为客户提供端到端的传送网络业务,即提供客户信号端到端的传送。
A、段层B、通路层C、伪线层D、通道层(TMC)正确答案:D4、SDH的复用采用()。
A、按比特间插B、同步复用、按字节间插C、异步复用、D、按字节间插正确答案:B5、它有全世界统一的网络节点接口(NNI),从而简化了信号的互通以及信号的传输,交叉连接和交换过程。
它有一套标准化的信号结构等级,称为同步传输模块( )。
A、STM-16B、STM-1C、STM-4D、STM-N正确答案:D6、以下不是光有源器件的是()。
A、开关B、光检测器C、光放大器D、光源正确答案:A7、光缆中的GY指()。
A、室(局)内光缆B、通信用室(野)外光缆C、特殊光缆D、设备内光缆正确答案:B8、SDH系统是()。
A、准同步数字系列B、同步数字系列C、码分数字复用系统D、频分复用系统正确答案:B9、下列哪项是光纤的光学特性?( )A、偏心度B、带宽C、直径D、折射率分布正确答案:D10、基群PCM端机输出端口的接口码速率和码型分别为()。
A、2.048Mb/s,HDB3B、8.448Mb/sC、2.048Mb/sD、8448Mb/s正确答案:A二、多选题(共40题,每题1分,共40分)1、光纤的特性主要包括()、()、()、()。
A、几何特性B、物理特性C、化学特性D、传输特性正确答案:ABCD2、光纤通信系统是由以下哪几部分组成的?()、()、()、()A、光端机B、中继器C、光纤光缆线路D、电端机正确答案:ABCD3、掺铒光纤放大器主要由()、()、()、()及光滤波器等组成。
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课后习题答案(仅供参考)第二章7.解:(1)% = 1.5 n7 = 1.452 2△= ® —J =o.O3282衬(2)数值孔径NAW = /z1V2A =0.384(3)裸光纤的相对折射率差2-n an△'= ~ "278,其中n\ =12n'\ 2数值孔径W = n1V2A' = 1.118&解:(1)保证单模光纤传输须满足:光纤归一化频率小于次低阶模归一化截止频率Vc V =k0n m a42A =^n m a42A --------------------------- (1)儿0V<IZ « 2.405 -------------- (2)由(1)、(2)得a < 3.34//m保证光纤单模传输时,,光纤的纤芯半径a应该小于3.34 jLim(2)V = k Q n m a41R/~2 2~= —a^n{ -n2A)保证光纤单模传输要求V〈2. 405即V=— aJru-nl = —x5x 10* J\.5~-rq < 2.405入 J 2 1.3 lx IO 67 2解得“2 > 1.4966所以,保证光纤单模传输时,①选择应满足1.4966 <n2< 1.59.解:光纤归一化频率V =k0n m a42KA)«881 °N = -V2 =19364光纤可传输的模式数为193617.解:(1)如果光纤中存在EH21模,那么光纤归一化频率小于Vc=5.13562的模式都可能存在。
即至少还存在TE01模TM01模EH11模HE11模HE 12模HE21 HE41模(2)光纤中只存在HE11模,则光纤归一化频率V要求满足:0<V<2.404831&解:光纤归一化频率V=S,”aV^Z» 7.92258根据模式导行条件:V>Vc此阶跃型光纤的导模有:TE01模、TM01模、TE02模、TM02模、EH11 模、EH12 模、EH21 模、EH31 模、HE11 模、HE12模、HE13 模、HE21 模、HE22 模、HE31 模、HE32 模、HE41 模、HE51 模。
《光纤通信原理》习题集含答案(大学期末复习资料)
《光纤通信原理》习题及参考答案第1讲光纤通信概述1-1光纤通信是为传输媒质。
以为载波的通信方式。
光纤的工作波长为、和。
1-2光纤通信有哪些优点?第2讲光纤光缆的结构和分类2-1 光纤的主要材料是,结构从内到外依次是、、和。
其中是光纤导光部分。
2-2 光纤中的纤芯折射率必须包层折射率,单模光纤和多模光纤中中两者的相对折射率差一般分别为和。
2-3 单模光纤纤芯直径一般为,多模光纤纤芯直径为,光纤包层直径一般为。
2-4光缆结构包括、和。
常用光缆有、、、等结构。
第3讲光纤的导光原理2-5光纤的数值孔径NA=sin i n 它的含义是什么?2-6某阶跃折射率光纤的纤芯折射率n1=1.50,相对折射率差Δ=0.01,试求:1)光纤的包层折射率n2=?2)该光纤数值孔径NA=?2-7 阶跃光纤中相对折射率差Δ=0.005, n1=1.50,当波长分别为0.85μm和1.31μm时,要实现单模传输,纤芯半径a应小于多少?2-8 在渐变多模光纤中,n1=1.50,Δ=0.01,λ=0.85μm,a=60μm,试计算光纤能传输的模式数量N=?第4讲光纤的损耗特性2-9 光纤主要的传输特性是和。
2-10 什么叫光纤损耗?造成光纤损耗的原因是什么?2-11 当工作波长λ=1.31μm,某光纤的损耗为0.5dB/km,如果最初射入光纤的光功率是0.5mW,试问经过4km以后,以dB为单位的功率电平是多少?2-12 为什么光纤工作波长选择1.55μm、1.31μm、0.85μm三个窗口?第5讲光纤的色散特性2-13 什么叫光纤色散?试分析造成光脉冲展宽的原因?2-14 为什么光纤通信向长波长、单模传输方向发展?2-15 某激光二极管(LD)的谱线宽度Δλ1=1.5nm,某发光二极管(LED)谱线宽度Δλ2=40nm,某单模光纤在波长1.5μm时材料色散系数为20ps/km.nm,求经1 km光纤传播不同光源的光脉冲展宽值。
《光纤通信》课后习题答案
1.光纤通信的优缺点各是什么?答:优点有:带宽资源丰富,通信容量大;损耗低,中继距离长;无串音干扰,保密性好;适应能力强;体积小、重量轻、便于施工维护;原材料来源丰富,潜在价格低廉等。
缺点有:接口昂贵,强度差,不能传送电力,需要专门的工具、设备以及培训,未经受长时间的检验等。
2.光纤通信系统由哪几部分组成?各部分的功能是什么?答:光纤通信系统由三部分组成:光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。
光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤(尾纤或光纤跳线)组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配(限制输入信号的振幅)作用。
光源是LED或LD,这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。
电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口,用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。
光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。
光检测器组件包括一段光纤(尾纤或光纤跳线)、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。
常用的器件有PIN和APD。
然后再通过电流—电压转换器,变成电压信号输出。
模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。
光缆线路盒:光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘,因而,如果光发送与光接收之间的距离超多2km时,每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。
光缆终端盒:主要用于将光缆从户外(或户内)引入到户内(或户外),将光缆中的光纤从光缆中分出来,一般放置在光设备机房内。
光纤连接器:主要用于将光发送机(或光接收机)与光缆终端盒分出来的光纤连接起来,即连接光纤跳线与光缆中的光纤。
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5GHz的微波载波和 1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道?解:根据题意,求得在5GHz的微波载波下,数字通信系统的比特率为50Mb/s,则能传输781路64kb/s的音频信道。
《光纤通信》课后习题答案..
1.光纤通信的优缺点各是什么?答:优点有:带宽资源丰富,通信容量大;损耗低,中继距离长;无串音干扰,保密性好;适应能力强;体积小、重量轻、便于施工维护;原材料来源丰富,潜在价格低廉等。
缺点有:接口昂贵,强度差,不能传送电力,需要专门的工具、设备以及培训,未经受长时间的检验等。
2.光纤通信系统由哪几部分组成?各部分的功能是什么?答:光纤通信系统由三部分组成:光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。
光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤(尾纤或光纤跳线)组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配(限制输入信号的振幅)作用。
光源是LED或LD,这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。
电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口,用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。
光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。
光检测器组件包括一段光纤(尾纤或光纤跳线)、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。
常用的器件有PIN和APD。
然后再通过电流—电压转换器,变成电压信号输出。
模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。
光缆线路盒:光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘,因而,如果光发送与光接收之间的距离超多2km时,每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。
光缆终端盒:主要用于将光缆从户外(或户内)引入到户内(或户外),将光缆中的光纤从光缆中分出来,一般放置在光设备机房内。
光纤连接器:主要用于将光发送机(或光接收机)与光缆终端盒分出来的光纤连接起来,即连接光纤跳线与光缆中的光纤。
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5GHz的微波载波和1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道?解:根据题意,求得在5GHz的微波载波下,数字通信系统的比特率为50Mb/s,则能传输781路64kb/s的音频信道。
《光纤通信》课后习题答案
习题二1.光波从空气中以角度1θ=33°投射到平板玻璃表面上,这里的1θ是入射光与玻璃表面之间的夹角。
根据投射到玻璃表面的角度,光束一部分被反射,另一部分发生折射,如果折射光束和反射光束之间的夹角正好为90°,请问玻璃的折射率等于多少?这种玻璃的临界角又是多少?解:入射光与玻璃表面之间的夹角1θ=33°,则入射角57i θ=°,反射角57r θ=°。
由于折射光束和反射光束之间的夹角正好为90°,所以折射角33y θ=°。
由折射定律sin sin i i y y n n θθ=,得到sin /sin sin 67/sin 33y i y n θθ==(自己用matlab 算出来)其中利用了空气折射率1i n =。
这种玻璃的临界角为1arcsinc yn θ=(自己用matlab 算出来) 2.计算1 1.48n =及2 1.46n =的阶跃折射率光纤的数值孔径。
如果光纤端面外介质折射率 1.00n =,则允许的最大入射角max θ为多少?解:阶跃光纤的数值孔径为max sin 0.24NA θ==允许的最大入射角()max arcsin 0.24θ=自己用matlab 算出来3.弱导阶跃光纤纤芯和包层折射率分别为1 1.5n =,2 1.45n =,试计算(1)纤芯和包层的相对折射率∆;(2)光纤的数值孔径NA 。
解:阶跃光纤纤芯和包层的相对折射率差为2212210.032n n n -∆=≈光纤的数值孔径为0.38NA4.已知阶跃光纤纤芯的折射率为1 1.5n =,相对折射(指数)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:光纤的归一化频率002233.3V a n ππλλ=⋅=光纤中传播的模数量25542V M ≈=5.一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在850nm 波长上可以支持1000个左右的传播模式。
光纤通信原理课后答案
光纤通信原理课后答案【篇一: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?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1第二章习题求:(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)??c3?108(??3?1013?10?5m(2)?ws?10010?10?9(10?2)2?3.18?1013j/ms2(3)?c?3.18?10133?108?1.06?105j/m2s(4)i??3.18?1013j/ms22-2 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;(1)??axd??k?x?d?d?1a x4?4axd?4?x1?3aa(x4?x1)3d?5?10?7m(2)?x?d?a?3?10?3m22-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。
油的折射率为1.3,玻璃的折射率为1.5 ,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 n2e;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。
光纤通信课后习题答案
光纤通信课后答案1-1 用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出答:1966年7月英籍华人高锟提出用光导纤维可进行通信。
1-2 光纤通信有哪些优点光纤通信具有许多独特的优点,他们是:1. 频带宽、传输容量大;2. 损耗小、中继距离长;3. 重量轻、体积小;4. 抗电磁干扰性能好;5. 泄漏小、保密性好;6.节约金属材料,有利于资源合理使用。
1-3 简述通信网络的分层结构构成通信网络的基础设施可用图,但是也可以提供全光端对端透明连接。
在光层中传输的网络功能,如分插复用(ADM )、交叉连接、信号存储以及业务调度均在光层中完成。
图1.1.3 通信网络的分层结构1-4 比较光在空气和光纤中传输的速度,哪个传输得快答:当光通过比真空密度大的光纤时,其传播速度要减慢,如图,减慢的程度与介质折射率n 成反比。
图1.2.3 光通过密度大的介质时传播速度要减慢1-5 简述抗反射膜的工作原理。
答:当光入射到光电器件的表面时总会有一些光被反射回来,除增加耦合损耗外,还会对系统产生不利的影响,为此需要在器件表面镀一层电介质材料,以便减少反射,如图,空气折射率11=n ,器件材料是硅,5.33=n ,电介质材料选用43N S i ,其折射率9.12≈n ,在空气和硅器件折射率之间。
当入射光到达空气和抗反射膜界面时,标记为A 的一些光被反射回来,因为它是外反射,所以反射光与入射光相比有180o 的相位变化。
该光波在电介质材料中传播,当到达抗反射膜和器件界面时,除大部分光进入器件外,一些光又被反射回来,标记为B 。
因为23n n >,还是外反射,B 光仍有180o 的相位变化,而且当它从抗反射膜出来时,已经受了2d 距离的传输延迟,d 为抗反射膜的厚度。
其相位差为()d k c 2,这里c k 是电介质材料的波矢量,并且c c π2=k ,式中c λ是光在电介质材料抗反射膜中的波长。
因为2c n λλ=,这里λ是自由空间波长,反射光A 和B 间的相位差是()()d n 2 π22λφ=∆ (为了减少反射光,光波A 和B 必须相消干涉,这就要求两者的相位差必须为 π 或者 π 的奇数倍,于是π2π22m d n =⎪⎭⎫ ⎝⎛λ 或 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=244n m m d c λλ ⋅⋅⋅= 5 ,3 ,1m ( 于是要求镀膜的厚度必须是四分之一镀膜介质波长的奇数倍。
光纤通信复习题(含答案)
1.Make a choice (共十题 每题1分)10p(1).Which of the following dispersion (色散)dose not exist in single-mode optical fiber? ( D )A .material (材料)dispersion B.waveguide (波导) dispersionC.polarization-mode (偏振)dispersionD.intermodal (联合) dispersion(2).The unit (单位)of the fiber attenuation coefficient (衰减系数)is (C)A. dBB. dBmC. dB/kmD. dBm/km(3).the bands of Optical fiber communication is (B)A.0.01um-0.39umB. 0.8um-2.0umC.0.39um-0.79umD.100um-1000um(4).If the optical input power of a Optical amplifier is 10mW ,and the optical output power is 100mW as well ,then its output gain level is (A)A.10dBB.20dBC.30dBD.40dB(5)In order to make sure of the system BER (比特误差率) conditions , if the minimum optical input power of the receiver is 1 uW, the sensitivity of the receiver must be (A)A.-30dBmB.-40dBmC.-20dBmD.-43dBm(6)The principal (主要)light sources used for fiber optical communications applications are :(D )A.OA 、LDB.PIN 、APDC.PD 、LEDD.LD 、LED(7)laser (激光) action is the result of three key process ,which one of the following is not be included ?(D )A.photon absorption (光子吸收)B.spontaneous emission (自发发射)C.stimulated emission (受激发射)pound radiation (复合发射)(8) A single mode fiber usually has a core diameter (芯径)of A.A. 10mB. 62.5nmC. 125nmD. 50mm (9)To make sure that the APD photo-detector works properly, a sufficiently D is applied across the p-n junction.A. high forward-bias voltage (高的前置偏压)B. low forward-bias voltageC. low reverse-bias voltage (低的反相偏压)D. high reverse-bias voltage(10) When DFA fiber amplifier uses as light Repeaters (中继器), its main effect is B.A. amplifying and regenerating the signalB. regenerating the signalC. amplifying the signalD. reducing the signal noise(11) In graded-index optical fiber, the numerical aperture (数值孔径) NA can be expressed as C. A. 21n n - B. ∆2a C. ∆2n 1 D. 21n n a -(12) In practical SMFs, the core diameter is just below the cutoff (截止) of the first higher-order (高阶)mode; that is, for V slightly A.A. <2.4B. > 2.4C. =3D. =3.5(13) It is well known that the total dispersion in the single-mode regime is composed of two components: C.A. mode-partition noise (电流分配噪声), inter- symbol InterferenceB. frequency chirp, modal dispersionC. material dispersion, waveguide dispersionD. modal dispersion, waveguide dispersion(14)At present, erbium doped (涂饵的)fiber amplifier’s maximum small signal gain (小信号增益)is around A.A. 40 dBB. 30 dBC. 20 dBD. 10 dB(15)Which of the following doesn’t belong to passive optical components (无源光学组件)BA. Directional coupler(定向耦合器)B. Semiconductor laser(半导体激光)C. Optical fiber connector(光纤连接器)D. Optical attenuator(光学衰减器)(16) The A mode has no cut off(截止)and ceases(停止)to exist only when the core diameter (芯径)is zero.A. HE11B. TE01C. TM01D. EH11(17)When the phase difference(相位差)is an integral multiple(整数倍)of A, the two modeswill beat and the input polarization(偏振)state will be reproduced.A. 2πB. πC. 1800D. π/2(18)which one of the following model can transmit in the single-mode optical fiber ?(A)A.HE11B. TE01C. TM01D. EH112. Write the full name of the following acronym(共十题每题1分)10p(1)DCF: dispersion compensating fiber(色散补偿光纤)(2)CNR: carrier to noise ratio(载噪比)(3)SRS: Stimulated Raman Scattering(受激的拉曼色散)(4)SOA: Semiconductor optical amplifier(半导体激光放大器)(5)NA: numerical aperture(数值孔径)(6)PON: passive optical network(无源光网络)(7)SLM: single longitudinal mode(单纵向模式)(8)NEP: noise-equivalent power(噪声等效功率)(9)DSF: dispersion shift fiber(色散转移光纤)(10)SONET: synchronous optical network(同步光网络)(11)A TM: asynchronous transfer mode(异步传输模式)(12)ISDN: integrated services digital network(综合业务数字网)(13)WDM: wavelength-division multiplexing(波分多路复用)(14)SDH: Synchronous digital hierarchy(同步数据系列)(15)TLLM: transmission-line laser model(传输线激光模式)(16)ONSL: optical network simulation layer(光网络模拟层)(17)OVPO: outside vapor-phase oxidation(外气相沉积法)(18)V AD: vapor-phase axial deposition(汽相轴向沉积)(19)CDMA: code-division multiple access(码分多址)(20)FDM: frequency-division multiplexing(频分复用)(21)DSP: digital signal processing(数字信号处理)(22)MCVD: modified chemical vapor deposition(修正的化学汽相沉积)(23)EDFA: erbium-doped fiber amplifier(惨饵光纤放大器)(24)FDDI: fiber distributed data interface(光纤分布式数据接口)(25)SIOF: step index optical fiber(阶跃指数光纤)(26)GIOF: graded index optical fiber(渐变性光纤)(27)SQW: single quantum-well(单量子井)(28)ARQ: automatic reapt request(自动重发请求)(29)FEC: forward error correction(前向纠错)3. Filling blanks(共20空每空1分) 20p(1) According the mode which propagate(传播)in the fiber, the fiber can be divided into (single mode) fiber) and (multimode) fiber.(2) The most common misalignment(非线性)occurring in practice, which also causes the greatest power loss, is (axial displacement轴向移位).(3) The electromagnetic energy(电磁能)of a guided mode is carried partly in the (core) and partly in the (cladding包层).(4)The basic attenuation mechanisms(衰减机制)in a fiber are (absorption吸收), (scattering散射) and (radiative losses辐射损耗) of the optical waveguide.(5) The two main optical amplifier types can be classified as (SOAs半导体激光放大器) and (DFAs).(6) Networks are traditionally divided into: (LANs局域网), (MANs城域网),(W ANs广域网).(7)The principal light sources used for fiber optic communications applications are (ILDs注入型激光二极管) and (LEDs发光二级管) .(8) The dominant noise generated in an optical amplifier is (ASE).(9) The two most common samples of these spontaneous fluctuations(波动)are (shot noise) and (thermal noise热噪声).(10)According to the refractive index(折射率)of the core, the fiber can be divided into (step-index) fiber and (graded-index) fiber .(11)The total dispersion in single-mode fibers consists mainly of (material) and (waveguide) dispersion.(12) The most meaningful criterion(标准)for measuring the performance of a digital communication system is the (average error probability平均概率误差). In an analog system the fidelity criterion is usually specified in terms of a (peak signal-to-noise ratio).(13) The simplest transmission link is a (point-to-point line) that has a transmitter on one end an a receiver on the other.(14)The commonly used materials for fiber lasers are (erbium) and (neodymium).(15)Absorption is related to the fiber material, whereas scattering is associated both with the (fiber material) and with (structural imperfections) in the optical waveguide.(16)The two basic LED configurations being used for fiber optics are (surface emitters) and (edge emitters).(17) The basic schemes for improving the reliability are (ARQ自动重发请求) and (FEC前向纠错).4. Give a brief description of following terms and questions(共5题每题3分)15p (1) Briefly describe the key system features of WDM.波分复用1) capacity upgrade(容量升级)2) transparency (透明度)3) wavelength routing(波长选路)4) wavelength switching(波长转换)5) the connectors used to join individual fiber cables to each other and to the source anddetector(2) Briefly describe there major goals of SDH.同步数据系列1) Avoid the problems of PDH2) Achieve higher bit rates3) Better means for operation, administration and Maintenance(3) List at least three advantages of SOA半导体激光放大器.1) Small size, and easy to be integrated with semiconductor circuits.2) Fabrication(制造)is simple and with low power consumption(功耗), long life-span and low cost.3) Gain response is very quick and well suited for switching and signal processing in optical networks application.4) Can amplify optical signal and process signal in the same time such as switch, so can be used in wavelength converting and optical switch.(4) List more than three disadvantages of SOA.1) The coupling loss with optical fiber is too large2) Sensitive to polarization3) Noise figure is high(~8 dB)4) crosstalk串音干扰5) Easy to be affected by temperature, low stability(5) Stimulated Emissions受激发射If a photon(光子)of energy hv12 impinges on(撞击)the system while the electron is still in its excited state, the electron is immediately stimulated to drop to the ground state and give off a photon of energy hv12.(6)Dynamic rangeSystem dynamic range is the maximum optical power range to which any detector must be able to respond.(7) What conditions should be met to achieve a high signal-to-noise ratio?1) The photodetector(光电探测器)must have a high quantum efficiency(量子效率)to generate a large signal power.2) The photodetector and amplifier noises should be kept as low as possible.(8) Please write the three basic categories(类别)of degradation of light sources1) internal damage2) ohmic contact degradation3) damage to the facets of laser diodes(激光二极管)(9)List the three factors largely determining the frequency response of an LED1) the doping level(掺杂度)in the active region2) the injected carrier lifetime Ti in the recombination region3) the parasitic capacitance(寄生电容) of the LED.(10)Write the three basic types of two-level binary line codes that can be used for optical fiber transmission links.1) non-return-to-zero (NRZ) format2) return-to-zero (RZ) format3) phase-encoded (PE) format(11) Please write the three different mechanisms causing absorption briefly1) Absorption by atomic defects (原子缺陷) in the glass composition.2) Extrinsic (非固有的) absorption by impurity atoms in the glass material.3) Intrinsic absorption by the basic constituent atoms of the fiber material.(12) The disadvantage of Raman amplifierNeed large output power pump laser. As Raman Scattering, the energy is transferred from high frequency to low frequency. Cross talk will affect signal.5. Figure (共1题 每题5分)5p(1)Please draw the basic step for an automatic-repeat-request (ARQ) error-correction scheme. Solution:(ARQ纠错机制)(2)Please draw out the basic elements of the optical receiver.(5p)(光接收器)Solution:(3)Please draw out the basic elements of an analog link and the major noise contributions. Solution:(模拟链路及噪声源)光发送机电模拟输入信号谐波失真互调失真RIN激光削波光纤信道模式失真损耗GVD 光放大器ASE 噪声光检测器散弹噪声热噪声放大器噪声APD 倍增噪声电模拟输出到RF 接收机(3) consider the encoder shown in Fig.1that changes NRZ data into a PSK ing this encoder,draw the NRZ and PSK waveforms for the data sequence 0001011101001101.clock/2PSK dataNRZ datafrequency Afrequency BFig.1Solution:6. Calculation Problems(共3-4题,统计40分) 40p(1) A wave is specified by 8cos 2(20.8)y t z π=-,where y is expressed in micrometers and the propagation constant (传播常数) is given in 1m μ-.Find (a) the amplitude,(b) the wavelength,(c) the angular frequency (角频率), and (d) the displacement at time 0t = and 4z m μ=. Solution:The general form is:y = (amplitude) cos()cos[2(/)]t kz A vt z ωπλ-=-.Therefore(a) amplitude 8m μ=(b) wavelength: 11/0.8m λμ-= so that 1.25m λμ=(c) 22(2)4v ωπππ===(d) At 0t = and 4z m μ= we have 18cos[2(0.8)(4)]8cos[2( 3.2)] 2.472y m m πμμπ-=-=-=(2) A certain optical fiber has an attenuation of 0.6dB/km at 1300nm and 0.3dB/km at 1550nm.Suppose the following two optical signals are launched simultaneously into the fiber: an optical power of 150W μ at 1300nm and an optical power of 100W μ at 1550nm. What are the Solution:power levels in W μof these two signals at (a) 8km and (b) 20km?Since the attenuations are given in dB/km, first find the power levels in dBm for100W μ and 150W μ. These are, respectively,P(100W μ) = 10 log (100 W μ/1.0 mW) = 10 log (0.10) = - 10.0 dBmP(150W μ) = 10 log (150 W μ/1.0 mW) = 10 log (0.15) = - 8.24 dBm(a) At 8 km we have the following power levels:P 1300(8 km) = - 8.2 dBm – (0.6 dB/km)(8 km) = - 13.0 dBm = 50W μP 1550(8 km) = - 10.0 dBm – (0.3 dB/km)(8 km) = - 12.4 dBm = 57.5W μ(b) At 20 km we have the following power levels:P 1300(20 km) = - 8.2 dBm – (0.6 dB/km)(20 km) = - 20.2 dBm = 9.55W μP 1550(20 km) = - 10.0 dBm – (0.3 dB/km)(20 km) = - 16.0 dBm = 25.1W μ(3) A double-heterojunction (异质结) InGaAsP LED emitting at a peak wavelength of 1310nm has radiative and nonradiative recombination times of 25 and 90ns, respectively. The drive current is 35mA.(a) Find the internal quantum efficiency and the internal power level.(b) If the refractive index (折射率) of the light source material is n=3.5, find the power emitted from the device.Solution: (a) From Eq. int 11/r nr rτητττ==+, the internal quantum efficiency is int 10.783125/90η==+, and from Eq.int intint I hcI p hv q q ηηλ== the internal power level is int (35)(0.783)26(1310)hc mA p mW q nm ==(b) From Eq.int e int 2p (1)n t p P n n η==+, 21260.373.5(3.51)P mW mW ==+ (4) An LED with a circular emitting area of radius 20m μ has a lambertian emission pattern with a 1002()W cm sr ∙axial radiance at a 100mA drive current. How much optical power can be coupled into a step-index fiber having a 100m μ core diameter and NA=0.22? How much optical power can be coupled from this source into a 50m μ core-diameter graded-index fiber having 12.0, 1.48n α== and 0.01∆=?Solution:The source radius (半径) is less than the fiber radius,so Eq. 222222,1()2LED step s o s o P r B NA r B n ππ==∆ holds: 22223222,()(210)(100/)(0.22)191LED step s o P r B NA cm W cm W ππμ-==⨯= From Eq. 222,122[1()]2s LED graded s o r P r B n απαα=∆-+ 232222,122(210)(100/)(1.48)(0.01)[1()]15925LED graded P cm W cm W πμ-=⨯-=(5)Suppose an avalanche photodiode hasthe following parameters :1/231,1,0.85,,10L D L I nA I nA F M R η=====Ω, and 1B kHz=.Consider a sinusoidally(正弦) varying 850nm signal, which has a modulation index m=0.85 and an average power level 050P dBm =-, to fall on the detector at room temperature. At what value of M does the maximum signal-to-noise ratio occur?Solution: Using Eq.2222()()24/p P D L B Li M S N q I I M F M B qI B k TB R <>=+++ we have 22005/2001()22()24/D L B LR P m M S N qB R P I M qI B k TB R =+++ 162235/2191.215102.17610 1.65610M M ---⨯=⨯+⨯ The value of M for maximum S/N is found from Eq.224/()x L B L opt P D qI k T R M xq I I ++=+, with x = 0.5:Moptimum = 62.1.(6)An LED operating at 1300 nm injects 25W μ of optical power into a fiber. If the attenuation (衰减) between the LED and the photodetector (光电探测器) is 40 dB and the photodetector quantum efficiency (量子效率) is 0.65, what is the probability that fewer than 5 electronhole pairs (电子空穴对) will be generated at the detector in a 1-ns interval ?Solution: From ⎰==τηη0)(hvN hv E dt t P ,the average number of electron-hole pairs generated in a time t is 6.10)/103)(106256.6()103.1)(101)(1025(65.0/8346910=⨯⨯⨯⨯⨯===----s m Js m s W hc Pt h E N ληνη Then,from Eq.(7-2)%505.0120133822!5)6.10(!)(6.106.105=====---e e n e N n P N n(7) An engineer has the following components available:(a) GaAlAs laser diode operating at 850 nm and capable of coupling 1 mW (0 dBm) into a fiber. (b) Ten sections of cable each of which is 500 m long, as a 4-dB/km attenuation, and hasconnectors on both ends.(c) Connector loss of 2dB/connector.(d) A pin photodiode receiver.(e) An avalanche photodiode receiver.Using these components, the engineer wishes to construct a 5-km link operating at 20 Mb/s. If the sensitivities of the pin and APD receivers are -45 and -56 dBm, respectively, which receiver should be used if a 6-dB system operating margin is required?Solution:(a)Use margin 2system L l P P P f C R S T ++=-=α,to analyze the link power budget.(a) For the pin photodiode,with 11 jointsdB L km dB dB dBm dBm insystemm L l P P P f C R S T 6)/4()2(11)45(0arg )(11++=--=++=-=αWhich gives L=4.25km. the teansmission distance cannot be met with these components. (b)For the APDdB L km dB dB dBm dBm 6)/4()2(11)56(0++=--Which gives L=7.0km. the transmission distance can be met with these components.(8) Suppose we want to frequency-division multiplex 60 FM signals. If 30 of these signals have a per-channel modulation index i m =3 percent and the other 30 signals have i m =4 percent, find the optical modulation index (调制指数) of the laser.Solution:The total optical modulation index is%4.27])04(.30)03(.30[][2/1222/12=+==∑ii m m(9) An optical transmission system is constrained to have 500-GHz channel spacings. How many wavelength channels can be utilized in the 1536-to-1556-nm spectral band (频谱带)? Solution: In terms of wavelength,at acentral wavelength of 1546nm a 500-GHz channel spacing isnm s sm nm f c 410500/103)1546(19822=⨯⨯=∆=∆-λλ The number of wavelength channels fitting into the 1536-to-1556 spectral band then is 54/)15361556(=-=nm nm N(10) The output saturation (饱和) power sat out P , is defined as the amplifier output power for which the amplifier gain G is reduced by 3 dB (a factor of 2) from its unsaturated value 0G . Assuming 0G >>1, show that in terms of the amplifier saturation power sat amp P ,, the output saturation power issat amp sat out P G G P ,00,)1(2ln -=Solution: Let 2/0G G = and 0,/22/G P P P sat out out in ==.then Eq.(11-15) yields2ln 212,,00satout sat amp P P G G += Solving for s a t out P , and with 10>>G ,we havesat amp sat amp sat amp sat out P P P G G P ,..00,693.0)2(ln 22ln =≈-=。
光纤通信(题和答案)
一、填空1. 光纤是由中心的 纤芯 和外围的 包层 同轴组成的圆柱形细丝;为实现光能量在光纤中的传输,要求中心的 的折射率 稍高于 外围的 包层 的折射率。
2. 渐变型光纤的 自聚焦效应 说明不同入射角的光线,虽然经历的路程不同,但最终都会聚在 一点上。
3. 单模光纤传输的条件为 v=(2πa/λ)405.22122<=-n n 。
4. 由于 色散 的存在,使得在光纤中传输的光纤信号,无论是模拟信号还是数字信号的幅度都要减小;光纤的 损耗 决定了系统的 传输距离 。
(色散限制了带宽)5. 通信网由 SDH 传送网 、 WDM 光网络 、光接入网 组成。
6. PON 即 无源光网络 多址(TDMA) 波分多址(WDMA) (AON 有源光网络)7. 接入网由 业务节点接口(SNI ) 和 用户网络接口(UNI ) 之间的一系列传送实体组成,为供给电信业务而提供所需的传送承载能力,可经由网络管理接口 3Q 配置和管理。
8. 在SDH 中,将低速的支路信号复接为高速信号,需经过 传输媒质层网络 、通道层网络 、 电路层网络 。
9.DWDM系统可分为双纤单向传输 WDM系统和单纤双向传输 WDM系统。
光与物质互相作用时有三种基本过程:受激吸收/自发辐射/受激辐射二、选择题1.1970年,光纤研制取得了重大突破,美国康宁公司成功研制了损耗为( A )的石英光纤,从而展现了光纤通信美好的前景。
A)20 dB/km B)1000 dB/km C) 2.5 dB/km D) 4 dB/km2.光纤中传送的电磁场模式为 DA)TM波 B)EM波 C) TEM波 D) TM、EM及其混合波3.影响多模光纤中的色散主要是 C>A>BA)材料色散 B)波导色散 C) 模式色散 D)色度色散4.下列哪项不属于光无源器件 :DA)连接器 B)光耦合器 C)光隔离器 D)光检测器5.下列不属于数字光发射机调制特性的是 DA)电光延迟 B)弛张振荡 C)自脉动现象 D)暗电流噪声6.平均故障间隔时间常用下列哪项表示 BA)MTTR B)MTBF C)MFRB D)MRTT7.EDFA工作的窗口是 BA)1310 nm B)1550nm C)980nm D)1480nm8.下列哪项不属于我国在传输参考模型中提出的参考数字DA)420 km B)5000km C)280km D)6400km (美国)9.二纤单向复用段倒换环利用下列甚磨协议实现倒换环功能(A)A)APS B)AIS C)AC D)SOA10.STM-1是SDH的同步传输模块,传输速率是AA)155.520 Mb/s B)2.048 Mb/s C)1.544 Mb/sD)622.080 Mb/s三、判断正确与错误1.1960年,美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器(T )2.NA越大,则光纤中的信息传输量越大。
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。
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 () 21⎩⎨⎧≥<=ar n ar n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121⎪⎩⎪⎨⎧≥<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=ar n a r a r n r n cm α 3.阶跃型光纤和渐变型光纤的数值孔径NA 是如何定义的?两者有何区别?它是用来衡量光纤什么的物理量?答:阶跃型光纤的数值孔径2s i n 10∆==n NA φ 渐变型光纤的数值孔径 ()() 20-0s i n220∆===n n n NA c φ两者区别:阶跃型光纤的数值孔径是与纤芯和包层的折射率有关;而渐变型光纤的数值孔径只与纤芯内最大的折射率和包层的折射率有关。
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解:信号的周期为
T =1/ f0
信号在纤芯中传输的速度为
v = c / n1
由于信号延迟半个脉冲周期,则光纤的长度 L 为
T c 1 3×108 1
L =v × = × =
=12.5m
2 n1 2 f0 1.5 2 × 8 ×106
7.有阶跃型光纤,若 n1 = 1.5 , λ0 = 1.31mm ,那么
, = Po Pi10−α = L/10 100 ×10−0.24 µW 100 ×10−0.6 µW
10.一段 12km 长的光纤线路,其损耗为1.5dB / km 。试回答:
(1)如果在接收端保持 0.3µW 的接收光功率,则发送端的功率至少
为多少?
(2)如果光纤的损耗变为 2.5dB / km ,则所需的输入光功率为多少?
解:(1)由 V1=
2π a
λ1
n12 − n22 =
2π a ⋅ NA ,得到纤芯直径为
λ1
a = λ1 ⋅ V1 = λ1 ⋅ 2M1 = 0.85 2000 ≈ 30.27 2π NA 2π NA 2π 0.20
(2)当 λ2 = 1.31mm ,有
λ1 ⋅ 2M1 =λ2 ⋅ 2M 2 2π NA 2π NA
全光网络的关键技术主要有光放大中继技术、光复用技术、光交换技 术、光分插复用技术等。
6.简述 WDM 的概念。
答:波分复用的基本思想是将工作波长略微不同、各自携带了不同信 息的多个光源发出的光信号,一起注入到同一根光纤中进行传输。
7.解释光纤通信为何越来越多地采用 WDM+EDFA 方式。
答:采用 WDM 技术的原因是和它的优点分不开的,它有如下优点: (1)充分利用了光纤的巨大带宽资源; (2)同时传输多种不同类型的信号; (3)实现单根光纤双向传输;
(4)由于 SDH 有多种网络拓扑结构,它所组成的网络非常灵活,它 能增强网监,运行管理和自动配置功能,优化了网络性能,同时也使网络 运行灵活、安全、可靠,使网络的功能非常齐全和多样化;
(5)SDH 有传输和交换的性能,它的系列设备的构成能通过功能块 的自由组合,实现了不同层次和各种拓扑结构的网络,十分灵活;
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光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有 PIN 和 APD。然后 再通过电流—电压转换器,变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出 电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继 器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。光缆线路盒: 光缆生产厂家生产的光缆一般为 2km 一盘,因而,如果光发送与光接收之 间的距离超多 2km 时,每隔 2km 将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。光 缆终端盒:主要用于将光缆从户外(或户内)引入到户内(或户外),将光 缆中的光纤从光缆中分出来,一般放置在光设备机房内。光纤连接器:主 要用于将光发送机(或光接收机)与光缆终端盒分出来的光纤连接起来, 即连接光纤跳线与光缆中的光纤。
2π λ0
a
⋅
n1
2=∆
33.3
光纤中传播的模数量
V2 M ≈ = 554
2
5.一根数值孔径为 0.20 的阶跃折射率多模光纤在 850nm 波长上可以支持 1000 个左右的传播模式。试问:
(1)其纤芯直径为多少?
(2)在 1310nm 波长上可以支持多少个模?
(3)在 1550nm 波长上可以支持多少个模?
3
传输; (8)SDH 是严格同步的,从而保证了整个网络稳定可靠,误码少,
且便于复用和调整; (9)标准的开放型光接口可以在基本光缆段上实现横向兼容,降低了
联网成本。
5.简述未来光网络的发展趋势及关键技术。
答:全光网络将成为继纯电缆网络、光电耦合网络后的第三代网络。 全光网络是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的变换,而在网络 中传输和交换的过程中始终以光的形式存在,因此在整个传输过程中没有 电的处理。
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(4)多种应用形式; (5)节约线路投资; (6)降低器件的超高速要求。 采用 EDFA 技术的原因是和它的优点分不开的,它有如下优点: (1)中继器的价格下降了; (2)对传送的数据速率和调制格式透明,这样系统只需改变链路的终 端设备就很容易升级到高的速率; (3)可以同时放大多个波长信号, 使波分复用(WDM)的实现成为 可能; (4)提供了系统扩容的新途径, 无需增加光纤和工作的速率, 只需 通过增加波长就可提高系统的容量; (5)最关键的是系统的成本下降了。 8.全光网络的优点是什么? 答:能充分利用光纤的带宽资源,故容量大,传输质量好,开放性, 易于实现网络的动态结构,可扩展性,结构简单,透明性,可靠性高,可 维护性好。
a < λ0 = 2.405 1.31 2.405 ≈ 0.47mm 2π n1 2∆ 2π 1.5 × 2 × 0.25
(2)若取芯径 a = 5mm ,保证单模传输时,则
8
=∆
1 2
λ0 2π
V 2
n1a
<
1 2
λ0 2π
2.405 2
n1a
≈
0.002
8.渐变光纤的折射指数分布为
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 5GHz 的微波载波和 1.55μm 的光载波上能传输多少路 64kb/s 的音频信道?
解:根据题意,求得在 5GHz 的微波载波下,数字通信系统的比特率 为 50Mb/s,则能传输 781 路 64kb/s 的音频信道。
根据题意,求得在 1.55μm 的光载波下,数字通信系统的比特率为 1.935Gb/s,则能传输 30241935 路 64kb/s 的音频信道。 4.SDH 体制有什么优点?
第一章
1.光纤通信的优缺点各是什么?
答:优点有:带宽资源丰富,通信容量大;损耗低,中继距离长;无 串音干扰,保密性好;适应能力强;体积小、重量轻、便于施工维护;原 材料来源丰富,潜在价格低廉等。
缺点有:接口昂贵,强度差,不能传送电力,需要专门的工具、设备 以及培训,未经受长时间的检验等。
2.光纤通信系统由哪几部分组成?各部分的功能是什么?
答:光纤通信系统由三部分组成:光发射机、光接收机和光纤链路。 光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。 光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤(尾纤或光纤跳线)组 成。 模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配(限制输入 信号的振幅)作用。光源是 LED 或 LD,这两种二极管的光功率与驱动电 流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口,用来将输 入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器的作用是把光源 发出的光耦合到光纤或光缆中。 光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检 测器组件包括一段光纤(尾纤或光纤跳线)、光纤—光检波器耦合器、光检 测器和电流—电压转换器。
θr = 57 °。由于折射光束和反射光束之间的夹角正好为 90°,所以折射角
θy = 33 °。
由折射定律 ni sinθi = ny sinθy ,得到
= ny s= inθi / sinθy sin 67 / sin 33 (自己用 matlab 算出来)
其中利用了空气折射率 ni =1。这种玻璃的临界角为
(6)SDH 并不专属于某种传输介质,它可用于双绞线、同轴电缆, 但 SDH 用于传输高数据率则需用光纤。这一特点表明,SDH 既适合用作 干线通道,也可作支线通道。例如,我国的国家与省级有线电视干线网就 是采用 SDH,而且它也便于与光纤电缆混合网(HFC)相兼容;
(7)从 OSI 模型的观点来看,SDH 属于其最底层的物理层,并未对 其高层有严格的限制,便于在 SDH 上采用各种网络技术,支持 ATM 或 IP
θmax = arcsin (0.24) 自己用 matlab 算出来
3.弱导阶跃光纤纤芯和包层折射率分别为 n1 = 1.5, n2 = 1.45 ,试计算
(1)纤芯和包层的相对折射率 ∆ ;
6
(2)光纤的数值孔径 NA 。
解:阶跃光纤纤芯和包层的相对折射率差为
=∆
n12 − n22 2n12
≈ 0.03
常有规律,而净负荷与网络是同步的,它利用软件能将高速信号一次直接 分插出低速支路信号,实现了一次复用的特性,克服了 PDH 准同步复用方 式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程,由于大大简化了数 字交叉连接(DXC),减少了背靠背的接口复用设备,改善了网络的业务传 送透明性;
(3)由于采用了较先进的分插复用器(ADM)、数字交叉连接(DXC)、 网络的自愈功能和重组功能就显得非常强大,具有较强的生存率。因 SDH 帧结构中安排了信号的 5%开销比特,它的网管功能显得特别强大,并能 统一形成网络管理系统,为网络的自动化、智能化、信道的利用率以及降 低网络的维管费和生存能力起到了积极作用;
θc
=
arcsin
1 ny
(自己用
matlab
算出来)
2.计算 n1 = 1.48 及 n2 = 1.46 的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果光纤端面外介 质折射率 n = 1.00 ,则允许的最大入射角θmax 为多少?
解:阶跃光纤的数值孔径为
允许的最大入射角
NA = sinθmax = n12 − n22 ≈ 0.24
得到模的个数为
7
M2=
λ12 λ22
M1=
(0.85)2 (1.31)2 ×1000=
421
(3)当 λ2 = 1.55mm ,得到模的个数为
M3=
λ12 λ22
M1=
(0.85)2 (1.55)2 ×1000=
354
6.用纤芯折射率为 n1 =1.5,长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率 f0 = 8MHz 的 光脉冲,经过该光纤后,信号延迟半个脉冲周期,试估算光纤的长度 L 。