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光纤作业
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。

1-3BL 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。

第二章
2-11有一介质，吸收系数为0。

32cm，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
1II0ez
可得：z1lnII0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610Hz的光源，其发射功率为10W，它一秒内发射多
少个光子解：
14P10W,61014HzP1019N2、5210h6。

626103461014
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
第三章
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）LP01，LP11
（4）0＜V＜2、405
（5）光纤的自聚焦现象
3-5什么是渐变型光纤的最佳折射指数分布写出平方律型折射指数分布光纤的折射指数表达式。

从渐变型光纤的导光原理可知：只要n(r)取得合适，那么不同模式的光线就会具有相同的轴向速度。

即具有不同条件的子午射线，从同一地点出发，达到相同的终端。

利用渐变型光纤n随r变化的特点，可以减小模式色散。

这种现象称为光纤的自聚焦现象，相应的折射指数分布称为最佳折射指数分布。

折射指数选取平方律型分布形式
rn(r)n(0)[12()2]1、2（3-3-1）
an2(0)n2(a)式中：22n(0)n(0)，光纤轴线处（r=0）的折射率a，纤芯半径
3-6什么是单模光纤的衰减系数？写出表达式。

衰减常数α用单位长度光纤引起光功率衰减的分贝来表示，定义为10P(L)lgLP(0)单位为dB、km。

3-7什么是光纤的色散为什么说光纤的色散会限制系统的通信容量信号在光纤中是由不同的频率成分和不同模式成分携带的，这些不同的频率成分和模式成分有不同的传播速度，从而引起色散，也可以从波形在时间上展宽的角度去理解，即光脉冲在通过光纤传播期间，其波形在时间上发
生了展宽，这种观象就称为色散。

光纤色散是光纤通信的另一个重要特性，光纤的色散会使输入脉冲在传输过程中展宽，产生码间干扰，增加误码率，这样就限制了通信容量。

因此制造优质的、色散小的光纤，对增加通信系
统容量和加大传输距离是非常重要的。

3-8色散的大小用什么来表示其单
位是什么
对于单模光纤，色散的大小用时延差来表示，色散系数D工程上单位
采用p、(nm·km)。

3-9阶跃型光纤纤芯折射率n1=1、48，包层折射率n2=1、46，在工
作波长为1、31μm条件下，要保证单模传输，纤芯半径应如何选择。

由
Vk0n1a2可知
aV02n12V02nn21222、4051、3123、141、481、46222、09m
纤芯半径应小于2、09μm
3-10阶跃型光纤纤芯折射率n1=1、48，包层折射率n2=1、46，试计
算光纤的数值孔径解：由NA2n12n2n12得
NA1、4821、4620。

24
3-11阶跃型光纤纤芯折射率为1、5，包层折射率为1、48，纤芯半
径为2μm，问当工作波长为1、31μm时，此光纤可传输的模式是什么
由Vk0n1a2可知：V=2、38，所以只传输单基模LP01
5-2光缆的纤芯是如何构成的
根据不同用途和不同的使用环境，光缆的种类很多，但不论光缆的具
体结构如何，都是由缆芯、加强元件和外护层所组成。

5-4光纤分路器及
耦合器的作用是什么
在光纤通信系统或光纤测试中，经常要遇到需要从光纤的主传输信道
中取出一部分光，作为监测、控制等使用，这就用到光纤分路器；也有时
需要把两个不同方向来的光信号合起来送入一根光纤中传输，这就用光纤
耦合器来完成。

5-5光纤通信系统中为什么必须采用光隔离器
一些光器件，像LD及光放大器等对来自连接器、熔接点、滤波器等
的反射光非常敏感，并导致性能恶化。

因此需要用光隔离器来阻止反射光。

5-6波分复用器的作用是什么，主要有哪几种类型
波分复用器把不同波长的光信号复合注入到一根光纤中，或者相反地
把复合的多波长信号解复用，把不同波长的信号分离出来。

波分复用器的种类很多，有棱镜色散型、衍射光栅型及干涉滤光型等。

5-10LD发光的峰值波长为1、31μm，试求有源层材料的带隙Eg为多
少焦耳，多少eVEg1、239850。

94645eV5、91531020J
1、31
第四章
4-1填空题
(1)根据半导体的能带理论，能够被电子占据的能带为、、，不能被
子占据的状态为(3)对于半导体激光器，当外加正向电流达到其中一值时，输出光功率将急剧增加，这时输出的光为，这个电流称为电流。

(4)半导体材料只有波长为λ＜λC的光入射时，才能使材料产生光子，所以λC称为波长答案：（1）满带价带导带禁带
（3）激光阈值（4）截止
4-4试画出发光二极管的特性曲线。

LED是无阈值器件，它随注入电流的增加，输出光功率近似的线性增加。

通常使用使用光输出功率P与注入电流I的关系，即P-I曲线，来描
述LED的输出光功率特性，如图4-2-5所示。

图4-2-5LED的P-I特性曲线
4-5什么是半导体的光电效应
半导体材料的光电效应是指光照射到半导体的P-N结上，若光子能量
足够大，则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到
达导带，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，即光电子－空穴对，它们总起来称作光生载流子。

光生载流子在外加负偏压和内建电场的作用下，在外电路中出现光电流。

从而在电阻R上有信号电压输出。

这样，就实现了输出电压跟随输入
光信号变化的光电转换作用。

响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的物理量。

但是，
它们的分析角度不同。

二者的关系为第五章6-1填空题
（1）实现光源调制的方法有两类：和（2）消光比定义为
（3）LD与单模光纤的耦合效率可达LED与单模光纤的耦合效率可达
（4）LED与多模光纤的耦合结构主要有、和（5）在光接收机中，与
光电检测器相连的放大器称为，它是的放大器。

（6）信号电平超过判决门限电平，则判为码。

低于判决门限电平，
则判为码。

（7）工程上光接收机的灵敏度常用表示，单位是答案：（1）
直接调制间接调制；
（2）消光比定义为：ET=全“0”码时的平均光功率、全“1”码时的
平均光功率；（3）较高30%-50%较低1%（4）球透镜柱透镜GRIN透镜（5）前置放大器低噪声、高增益；（6）“1”“0”
（7）光功率的相对值dBm
6-3试画出LD数字信号的直接调制原理图。