光纤通信课后习题解答第7章光放大器参考题答案 (1)
《光纤通信》第7章复习思考题参考答案
第7章复习思考题参考答案7-1 光纤数字通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素答：光纤传输系统光源的发射功率和线性都有限，因此通常选择二进制脉冲传输，因为传输二进制脉冲信号对接收机SNR的要求非常低（15.6 dB，见5.5.2节），甚至更低（见7.7.2 节），对光源的非线性要求也不苛刻。
信道编码的目的是使输出的二进制码不要产生长连“1”或长连“ 0" （Consecutive IdenticalDigits, CID），而是使“ 1”码和“ 0”码尽量相间排列，这样既有利于时钟提取，也不会产生因长连零信号幅度下降过大使判决产生误码的情况。
7-2 光纤数字通信系统中常用的线路码型是什么答：大多数高性能干线系统使用扰码的NRZ码，如SDH干线。
这种码型最简单，带宽窄，SNR高，线路速率不增加，没有光功率代价，无需编码。
在发送端只要一个扰码器，在接收端增加一个解扰码器即可，使其适合长距离系统应用。
扰码和解扰可由反馈移位寄存器和对应的前馈移位寄存器实现。
通过扰码器可将简单的二进制序列的“0”码和“ 1”码的分布打乱，并按照一定的规律重新排列，从而减少长串连“0”，或长串连“ 1 ”，并使“ 0”码和“1”码的分布均匀，使定时提取容易。
但是，扰码没有引入冗余度，还不能根本解决问题，所以在现代通信系统中，还需要进行码变换。
mBnB编码就是一种码变换。
另一种在ITU-T G703建议中规定PDH 接口速率139.264 Mb/s和SDH 接口速率155.520 Mb/s的物理/电接口码型是CMI码，它规定输入码字为“ 0”时，输出为01;输入码字为“ 1”时，输出为00或11。
双二进制编码（Duo Bin ary，DB ）技术能使“ 0”和“ 1”的数字信号，经低通滤波后转换为具有三个电平“ 1”、“0”和“ X ”的信号。
这种技术与一般的幅度调制技术比较，信号谱宽减小一半，这就使相邻信道的波长间距减小，可扩大信道容量，所以有的高速光纤通信系统采用双二进制编码。
光纤通信课后习题答案
光纤通信课后习题答案光纤通信课后习题答案光纤通信作为现代通信技术的重要组成部分，已经在我们的日常生活中扮演着至关重要的角色。
通过光纤传输信息可以实现高速、大容量的数据传输，极大地改善了我们的通信体验。
而在学习光纤通信的过程中，习题是检验我们对知识掌握程度的重要途径。
下面是一些光纤通信课后习题的答案，希望能对大家的学习有所帮助。
1. 什么是光纤通信？光纤通信是一种利用光纤作为传输媒介，使用光信号来传输信息的通信方式。
它通过将信息转换为光信号，并通过光纤进行传输，最后再将光信号转换为电信号，实现信息的传输和接收。
光纤通信具有高速、大容量、低损耗等优点，被广泛应用于电话、互联网、电视等领域。
2. 光纤通信的基本原理是什么？光纤通信的基本原理是利用光的全反射特性来实现光信号的传输。
光信号在光纤中传输时，会一直沿着光纤内壁发生反射，从而避免了光信号的能量损失。
光纤通信系统主要由光源、光纤、光探测器等组成。
光源产生的光信号经过调制后，通过光纤传输到目的地，然后被光探测器接收并转换为电信号。
3. 光纤通信相比于传统通信有哪些优势？光纤通信相比于传统通信具有以下优势：- 高速传输：光信号的传输速度非常快，可以达到光速的30%左右，远远超过了传统的电信号传输速度。
- 大容量传输：光纤通信可以同时传输大量的信息，其传输容量远远超过了传统的铜线通信。
- 低损耗：光信号在光纤中传输时，损耗非常小，可以实现长距离的传输。
- 抗干扰性强：光信号在光纤中传输时，不容易受到外界电磁干扰的影响，保证了通信的稳定性和可靠性。
4. 光纤通信的应用领域有哪些？光纤通信在现代社会的各个领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：- 电话通信：光纤通信在电话网络中被广泛应用，可以实现高质量、高速度的语音通信。
- 互联网通信：光纤通信是互联网的基础设施之一，可以实现高速、大容量的数据传输，提供了更快速、稳定的网络连接。
- 电视传输：光纤通信在有线电视网络中被广泛应用，可以实现高清晰度、大容量的视频传输。
《光纤通信》第7章复习思考题参考答案分解
第7章复习思考题参考答案7-1 光纤数字通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素答：光纤传输系统光源的发射功率和线性都有限，因此通常选择二进制脉冲传输，因为传输二进制脉冲信号对接收机SNR的要求非常低（15.6 dB，见5.5.2节），甚至更低（见7.7.2节），对光源的非线性要求也不苛刻。
信道编码的目的是使输出的二进制码不要产生长连“1”或长连“0”（Consecutive Identical Digits, CID），而是使“1”码和“0”码尽量相间排列，这样既有利于时钟提取，也不会产生因长连零信号幅度下降过大使判决产生误码的情况。
7-2 光纤数字通信系统中常用的线路码型是什么答：大多数高性能干线系统使用扰码的NRZ码，如SDH干线。
这种码型最简单，带宽窄，SNR高，线路速率不增加，没有光功率代价，无需编码。
在发送端只要一个扰码器，在接收端增加一个解扰码器即可，使其适合长距离系统应用。
扰码和解扰可由反馈移位寄存器和对应的前馈移位寄存器实现。
通过扰码器可将简单的二进制序列的“0”码和“1”码的分布打乱，并按照一定的规律重新排列，从而减少长串连“0”，或长串连“1”，并使“0”码和“1”码的分布均匀，使定时提取容易。
但是，扰码没有引入冗余度，还不能根本解决问题，所以在现代通信系统中，还需要进行码变换。
m B n B编码就是一种码变换。
另一种在ITU-T G.703建议中规定PDH接口速率139.264 Mb/s和SDH接口速率155.520 Mb/s的物理/电接口码型是CMI码，它规定输入码字为“0”时，输出为01；输入码字为“1”时，输出为00或11。
双二进制编码（Duo Binary，DB）技术能使“0”和“1”的数字信号，经低通滤波后转换为具有三个电平“1”、“0”和“ 1”的信号。
这种技术与一般的幅度调制技术比较，信号谱宽减小一半，这就使相邻信道的波长间距减小，可扩大信道容量，所以有的高速光纤通信系统采用双二进制编码。
哈工大 光纤通信答案第7章答案
第7章答案1.答：光放大器是可将微弱光信号直接进行光放大的器件。
意义：（1）使光波分复用技术实用化；（2）使光接入网迅速成熟并得以商用；（3）促进光孤子通信新技术发展；（4）为未来的全光通信网，奠定了扎实的基础。
WDM+EDFA使光纤通信技术产生了质的飞跃。
2.答：掺杂光纤放大器，传输光纤放大器，半导体光放大器。
3.答：增益、放大器的带宽、增益饱和和饱和输出功率。
4.答：掺杂光纤放大器是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器，将激光工作物质掺与光纤纤芯即成为掺杂光纤，目前最成功的典型是掺饵光纤放大器，掺谱光纤放大器。
它是依靠光激励(泵浦光)使工作物质发生粒子数反转分布，在外来信号光的作用下通过受激辐射进行光放大。
5.答：优点：(1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600nm)。
其主体是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小，可达0.1dB。
(2)能量转换效率高。
激光工作物质集中在光纤芯子的近轴部分，而信号光和泵浦光也在近轴部分最强，则光与物质作用很充分。
(3)增益高，噪声低，输出功率大。
增益达40dB。
输出功率在单向泵14dBm，双向泵浦17dBm-20dBm，充分泵浦时，噪声系数可低至3－4dB，串话也很小(4)增益特性不敏感。
对温度不敏感，在100°C内增益特性保持稳定；与偏振无关。
(5)可实现信号的透明传输。
在波分复用系统中，同时传输模拟信号和数字信号，高速率信号和低速率信号。
缺点：(1)波长固定，只能放大1.55μm左右的光波。
换用不同基质的光纤时，铒离子能级也只能发生很小的变化，可调节的波长有限，只能换用其他元素。
(2)增益带宽不平坦。
在WDM系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。
(1)EDFA用作前置放大器光接收器之前，接收机灵敏度可提高10～20dB。
即，在光信号进入接收机前，得到放大，以抑制接收机内的噪声。
小信号放大，要求低噪声，但输出饱和功率则不要求很高。
《光纤通信》课后习题答案
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。
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》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】部分课后题答案.doc
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》课后习题答案
解： 时的响应度为 ；
时的响应度为 。
因为响应度正比于波长，故在 处光电二极管比 处灵敏。
解：粒子数为
4．光与物质间的相互作用过程有哪些？
答：受激吸收，受激辐射和自发辐射。
5．什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？
答：粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数。处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。
6．什么是激光器的阈值条件？
答：阈值增益为
其中 是介质的损耗系数， 分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器的增益 时，才能有激光放出。（详细推导请看补充题1、2）
（1）纤芯和包层的相对折射率 ；
（2）光纤的数值孔径 。
解：阶跃光纤纤芯和包层的相对折射率差为
光纤的数值孔径为
4．已知阶跃光纤纤芯的折射率为 ，相对折射（指数）差 ，纤芯半径 ，若 ，计算光纤的归一化频率 及其中传播的模数量 。
解：光纤的归一化频率
光纤中传播的模数量
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：
由折射定律 ，得到
（自己用matlab算出来）
其中利用了空气折射率 。这种玻璃的临界角为
（自己用matlab算出来）
2．计算 及 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 ，则允许的最大入射角 为多少？
解：阶跃光纤的数值孔径为
允许的最大入射角
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 ， ，试计算
解：对于1300nm波长的光信号，在8km和20km处的功率各是
《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22max 12sin 0.24NA n n 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22120.38NA n n -4．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22120022233.3V a n n 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。
梁瑞生《现代光纤通信技术及应用》课后习题及参考答案
第1章概述1－1、什么是光纤通信？参考答案：光纤通信(Fiber-optic communication)是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，其先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。
光经过调变后便能携带资讯。
光纤通信利用了全反射原理，即当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。
1－2、光纤通信技术有哪些特点？参考答案：(1)无串音干扰，保密性好。
(2)频带极宽，通信容量大。
(3)抗电磁干扰能力强。
(4)损耗低，中继距离长。
(5)光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设。
除以上特点之外，还有光纤的原材料资源丰富，成本低;温度稳定性好、寿命长等特点。
1－3、光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
参考答案：光纤通信系统最基本由光发送机、光接收机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。
其中光发送机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光接收机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。
(1)光发送机：由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。
其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
(2)光接收机：由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。
其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。
(3)光纤线路：其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
(4)中继器：由光检测器、光源和判决再生电路组成。
它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。
(5)无源器件：包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。
光纤通信课后习题答案
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。
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。
光纤通信课后习题参考答案
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n?r????n1?n2r?a r?a?2??r???nm?1?2?????n?r????a???????nc渐变型光纤的折射率分布r?a r?a7．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。
《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。
光纤通信第7章课后习题答案
习题七1．商业级宽带接收机的等效电阻Ω=75eq R 。
保持发送机和接收机的参数和图7.5的例子相同，在接收机光功率范围内0~－16dBm 时计算总载噪比，并画出相应的曲线。
类似于7.2.2节的推导，推出其载噪比的极限表达式。
证明当Ω=75eq R 时，任何接收光功率电平下，热噪声都超过量子噪声而成为起决定作用的噪声因素。
解：因为是PIN ，所以1G =，由eqeq t eq xD P eq R B kTF B G I I e B P R RIN P mRG N C /4)(2)()(5.0222+++=+得到 eqeq t eq D P eq R B kTF B I I e B P R RIN P mR N C /4)(2)()(5.022+++=再由一次光生电流P I RP =，得到eqeq t eq D eq eq R B kTF B eI B P eR B P R RIN P mR N C /422)()(5.022+++= 其中P 是光检测器接收到的平均光功率。
把参数191.610e C -=⨯，0.6/R A W =，143/RIN dB Hz =-，10eq B MHz =，10D I nA =，231.3810/k J K -=⨯，290T K =，75eq R =Ω，3t F dB =代入上式，就得出/C N 随P 变化的关系曲线方程。
当接收机的光功率较低时，系统的噪声主要是前置放大器电路的噪声，于是载噪比为20.5()4/t eq eqC mRP N kTF B R =把01P dBm mW ==代入可以求出其值。
对于设计较好的光电二极管，与中等强度的接收光信号的散弹（量子）噪声相比，体暗电流和表面暗电流产生的噪声很小。
因此在中等强度接收光信号条件下，系统噪声主要是光电二极管的量子噪声，此时有：22220.5()0.5()0.5()2()224P D eq P eq eq eqC mRP mRP mRP m RPN e I I B eI B eRPB eB ====+ 把01P dBm mW ==代入可以求出其值。
光纤通信简明教程参考答案
光纤通信简明教程参考答案第一章习题1-1 什么是光纤通信?目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤,它是工作在电磁波的哪个区?波长范围是多少?对应的频率范围是多少?光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤。
它是工作在近红外区，波长为0.8～1.8μm，对应的频率为167～375THz。
1-2 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。
1-3 通信系统的容量用BL积表示，B和L分别是什么含义?系统的通信容量用比特率—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。
(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 请查阅最新资料论述光纤通信的发展趋势。
略第二章习题2-1 一个频率为14106⨯Hz 的光源，其发射功率为10W ，它一秒内发射多少个光子?解： 191434141052.210610626.610106,10⨯=⨯⨯⨯==⨯==-ννh P N HzW P2-2 如下两种光纤，临界角满足什么条件可以保持光在纤芯中传播?（1） 对于石英光纤，纤芯的折射率48.11=n ，包层的折射率46.12=n 。
（2） 对于塑料光纤，纤芯的折射率495.11=n ，包层的折射率402.12=n 。
解：由 12sin n n c =ϑ 得 121sin n n c -=ϑ （1）︒==-57.8048.146.1sin 1c ϑ （2）︒==-94.73495.1402.1sin 1c ϑ2-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。
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第七章光放大器复习思考题答案1．光放大器在光纤通信中有哪些重要用途？答：（1）利用光放大器代替原有的光电光再生中继器，能够大幅度延长系统传输距离。
（2）在波分复用系统中，它一方面可以同时实现多波长的低成本放大，另一方面，可以补偿波分复用器，波分解复用器、光纤光缆等无源器件带来的损耗。
（3）光放大器在接入网中使用，可以补偿由于光分支增加带来的损耗，使得接入网服务用户增加，服务半径扩大。
（4）光孤子通信必须依靠光放大器放大光信号，使光脉冲能量大到可以在光纤中满足孤子传输条件，从而实现接近无穷大距离的电再生段传输。
（5）光放大器在未来的光网络中必将发现越来越多的新用途。
2．光放大器按原理可分为几种不同的类型？答：光放大器按原理不同大体上有三种类型。
（1）掺杂光纤放大器，就是将稀土金属离子掺于光纤纤芯，稀土金属离子在泵浦源的激励下，能够对光信号进行放大的一种放大器。
（2）传输光纤放大器，就是利用光纤中的各种非线性效应制成的光放大器。
（3）半导体激光放大器，其结构大体上与激光二极管（Laser Diode，LD）相同。
如果在法布里－派罗腔（Fabry-Perot cavity，F-P）两端面根本不镀反射膜或者镀增透膜则形成行波型光放大器。
半导体光放大器就是行波光放大器。
3．光放大器有哪些重要参数？答：光放大器参数主要有（1）增益；（2）增益带宽；（3）饱和输出光功率；（4）噪声指数。
4．简述掺杂光纤放大器的放大原理。
答：在泵浦源的作用下，掺杂光纤中的工作物质粒子由低能级跃迁到高能级，得到了粒子数反转分布，从而具有光放大作用。
当工作频带范围内的信号光输入时，信号光就会得到放大，这就是掺杂光纤放大器的基本工作原理。
只是掺杂光纤放大器细长的纤形结构使得有源区能量密度很高，光与物质的作用区很长，有利于降低对泵浦源功率的要求。
5．EDFA有哪些优缺点？答：EDFA之所以得到迅速的发展，源于它的一系列优点：（1）工作波长与光纤最小损耗窗口一致，可在光纤通信中获得广泛应用。
（2）耦合效率高。
因为是光纤型放大器，易于与光纤耦合连接，也可用熔接技术与传输光纤熔接在一起，损耗可降至0.1dB，这样的熔接反射损耗也很小，不易自激。
（3）能量转换效率高。
激光工作物质集中在光纤芯子，且集中在光纤芯子中的近轴部分，而信号光和泵浦光也是在近轴部分最强，这使得光与物质作用很充分。
（4）增益高，噪声低。
输出功率大，增益可达40dB，输出功率在单向泵浦时可达14dBm，双向泵浦时可达17dBm，甚至可达20dBm，充分泵浦时，噪声系数可低至3~4dB，串话也很小。
（5）增益特性不敏感。
首先是EDFA增益对温度不敏感，在100 C内增益特性保持稳定，另外，增益也与偏振无关。
（6）可实现信号的透明传输，即在波分复用系统中可同时传输模拟信号和数字信号，高速率信号和低速率信号，系统扩容时，可只改动端机而不改动线路。
EDFA也有固有的缺点：（1）波长固定，只能放大1.55 m左右的光波，换用其他基质的光纤时，铒离子能级也只能发生很小的变化，可调节的波长有限，只能换用其它元素。
（2）增益带宽不平坦，在WDM系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。
6．EDFA有光纤通信中哪些应用？答：EDFA在光纤通信中可以作用（1）光功率放大器；（2）光前置放大器；（3）光线路放大器；（4）本地网光放大器7．EDFA有哪些泵浦方式？答：（1）同向泵浦；（2）反向泵浦；（3）双向泵浦8．简述喇曼光放大器的放大原理。
答：当入射激光功率增加到一定值时，光纤呈现非线性，入射激光发生散射，将一部分入射功率转移到另一较低的频率，如果这个低频光与高频光相比的频率偏移量由介质的振动模式所决定，这就是光纤中的受激喇曼散射。
受激喇曼散射时strokes光显著增强，强度甚至可以和入射光功率相比拟，且具有一定的方向性和相干性。
这时候如果泵浦光和信号光（信号光波长在泵浦光的喇曼增益带宽内）通过光耦合器输入光纤，当这两束光在光纤中一起传输时，泵浦光的能量通过SRS效应转移给信号光，使信号光得到放大。
泵浦光和信号光分别在光纤的两端输入，在反向传输的过程中同时能实现弱信号的放大，这就是喇曼光纤放大器的工作原理。
9．喇曼光纤放大器可分为哪两种，它们各有什么特点？答：光纤喇曼放大器可分为两类：分立式喇曼放大器（Raman Amplifier，RA）和分布式喇曼放大器（Distributed Raman Fiber，DRA）。
分立式喇曼放大器所用的光纤增益介质比较短，一般在10km以内，泵浦功率要求很高，一般在几瓦到几十瓦特，可产生40dB以上的高增益，像EDFA一样用来对信号光进行集中放大，因此主要用于EDFA无法放大的波段。
分布式喇曼放大器要求的光纤比较长，可达100km左右，泵浦源功率可降低至几百毫瓦，主要辅助EDFA用于WDM通信系统的中继放大。
分布式光纤喇曼技术可大大降低信号的入射功率，同时保持适当的光信噪比。
10.喇曼光纤放大器的有哪些优缺点？答：FRA具有以下优点。
（1）增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可以得到任意波长的信号放大，增益谱调节方式可通过优化配置泵浦光波长和强度来实现。
这样的FRA就可扩展到EDFA不能使用的波段，为波分复用进一步增加容量拓宽了空间。
（2）增益介质可以为传输光纤本身，如此实现的FRA称为分布式放大，因为放大是沿光纤分布作用而不是集中作用，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低各种光纤非线性效应的影响，这一点与EDFA相比优势相当明显，因为增益介质是光纤本身，即使泵浦源失效，也不会增加额外的损耗，而EDFA只能放大它能放大的波段，对不能放大的波段由于光纤掺杂的作用会大大增加信号光的损耗，将来如果发展到全波段，只能用波分复用器将信号分开，让它放大它只能放大的波段，其它波段则需要另外的光放大器。
使得EDFA插入损耗小的优点消失。
在分布式FRA却能够在线放大，不需要引入其它介质。
（3）噪声指数低，可提升原系统的信噪比。
它配合EDFA使用可大大提升传输系统的性能。
降低输入信号光功率或增加中继距离。
（4）喇曼增益谱比较宽，在普通光纤上单波长泵浦可实现40nm 范围的有效增益，；如果采用多个泵浦源，则可容易地实现宽带放大。
（5）FRA 的饱和功率比较高，有利于提高信号的输出光功率。
（6）喇曼放大的作用时间为飞秒（10－15s ）级，可实现超短脉冲的放大。
FRA 主要有以下缺点。
（1）喇曼光纤放大器所需要的泵浦光功率高，分立式要用几瓦到几十瓦，分布式要用到几百毫瓦，正是因为这些因素才限制了FRA 的发展。
不过目前已经有了功率达几十瓦的高功率半导体激光器。
不过目前价格还比较昂贵。
它也是决定FRA 能否迅速商品化的主要前提。
（2）作用距离太长，增益系数偏低，分立式FRA 作用距离为几公里，放大可达40dB ，分布式喇曼放大器作用距离为几十到上百公里，增益只有几个dB 到十几个dB ，这就决定了它只能适合于长途干线网的低噪声放大。
（3）对偏振敏感，泵浦光与信号光方向平行时增益最大，垂直时增益最小为0，由于目前使用的普通光纤都不保偏，模式混扰的原因使得表现为增益偏振无关。
11．喇曼光纤放大器使用过程一定要注意安全，我们在平时维护过程中应从哪几个方面引起注意？答：喇曼光纤放大器一般有几组不同波长高功率激光器同时泵浦，泵浦总功率甚至超过30dBm ，所以在使用时特别要注意光缆线路安全、仪表设备安全和人身安全。
①目前商用的喇曼放大器一般都是后向泵浦，泵浦光从信号光的输入端反向输出，这与我们平时维护其他设备完全不同。
②后向泵浦光功率一般很高，超出了机房一般光功率计，包括光谱分析仪的测试范围，不要试图直接测试泵浦光的输出功率。
泵浦光波长在光纤里传输损耗较小，如果喇曼光纤放大器没有断开，100km 之外的光时域分析仪（OTDR ）的光检测器件完全可能被烧毁。
③裸眼短时间可容忍的激光功率为1mW ，400mW 的漫反射光都可能对人眼造成伤害，无论机房维护还是光缆施工，都不要去直视或使用显微镜观察带有激光的光纤端面。
④连接喇曼光纤放大器的尾纤端面要求为APC 或更低反射损耗端面，而且要保证端面清洁，否则会烧毁尾纤，尾纤的弯曲半径过小同样会烧毁尾纤。
⑤接近喇曼放大器端至少25km 里的光缆固定熔接点要求熔接质量良好，否则会烧坏熔接点或者降低喇曼光纤放大器的增益。
12.13. 简述布里渊放大器的光放大原理。
答：物体内部会持续产生微弱的声波，这种声波的频率很高（一般在109Hz 左右），人耳是听不见的，它对通过物质的光波会产生作用。
根据光波的多普勒效应，推导出布里渊散射公式：2sin 200θv c vn v v v v p ps =±= ν0、νs 、νp 分别代表入射光、散射光和超声波的频率，ν代表超声波的速度，c 是光波的传播速度，n 是物质的折射率，θ为散射光传播方向和入射光传播方向之间的夹角。
当光场强度达到一定数值（ITU 规范中对G ..652光纤的门限功率建议在1320nm 处为6.4mW ，1550nm 处为5.3mW ）时，由于材料和物质之间光的往复传播，就出现多级波长间隔相等的受激布里渊光波。
就石英光纤而言，这个频率间隔约在11GHz 左右。
在光纤通信领域，SBS未来最有可能的用途就是受激布里渊放大器。
受激布里渊放大器与受激喇曼（SRS）放大器相比，其增益要高300倍左右。
目前它的应用主要受限于布里渊频移量比较小（一般只有十几GHz左右）。
但是，随着复用波长数目的增加，有关它的研究又多了起来，它可能成为高增益、低噪声的光纤放大器。
14.简述SOA光放大原理。
答：半导体激光放大器，其结构大体上与激光二极管（Laser Diode，LD）相同。
如果在法布里－派罗腔（Fabry-Perot cavity，F-P）两端面根本不镀反射膜或者镀增透膜则形成行波型光放大器。
半导体光放大器就是行波光放大器。
由于半导体放大器具有体积小、结构简单、功耗低、寿命长、易于同其它光器件和电路集成、适合批量生产、成本低以及可实现增益兼开关功能等特性，在全光波长变换、光交换、谱反转、时钟提取、解复用中的应用受到了广泛的重视，特别是目前应变量子阱材料的半导体光放大器的研制成功，已引起人们对SOA的广泛研究兴趣。
14. EDFA与EDWA有什么区别？答：掺铒波导放大器（EDWA）是由嵌入非晶体掺铒玻璃基片上的波导组成的。
铒原子在1550nm光纤窗口上提供增益。
掺铒波导放大器固有的特点是结构紧凑，它不需要数以米计的光纤，并且能够集成多种功能，其小巧的尺寸很适合于有限的空间。
目前，最小的掺铒波导放大器模块可以在1535nm波长窗口上获得15dB的增益，其体积只有130 mm×11 mm×6mm。