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 () 21

⎩⎨⎧≥<=a

r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121⎪⎩⎪⎨⎧≥<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=a r n a r a r n r n c m α

7．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n 1=1.50，n 2=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。 解：（1）%3.31.5

245.11.5 2n n -n 2222122

21=⨯-=∆＝

（2） 0.39 0.03321.521=⨯⨯=∆=n NA

（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则相当于包层的折射率n 2=1，则

%1.281.5

211.5 2n n -n 2222122

21=⨯-=∆＝ 1.12 0.28121.521=⨯⨯=∆=n NA

而 sin 0φ=NA 最大为1，所以说只要光纤端面的入射角在90O 以内，就可以在光纤中形成全反射。

8．已知阶跃型光纤，纤芯折射率n 1=1.50，相对折射率差Δ=0.5%，工作波长λ0=1.31μm ，试求：

（1）保证光纤单模传输时，光纤的纤芯半径a 应为多大？

（2）若a =5μm ，保证光纤单模传输时，n 2应如何选择？

解：（1）因为是阶跃型光纤，所以归一化截止频率Vc ＝2.405；

()m m n a a n V μπμπλλπ34.3231.1%5.0250.1405.222405

.2 405.2220110=⨯⨯⨯=⨯∆<∴<∆=

（2）若a =5μm ，保证光纤单模传输时，

4967

.1%22.0215.121n n 0.22% 2n n -n %22.02231.1550.1405.222405.2 405

.222122122

212201

10=⨯-⨯=∆->⇒

<∆=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯<∆<∆=＝πμμπλλπ

m m a n a n V 第三章 光纤的传输特性

2．当光在一段长为10km 光纤中传输时，输出端的光功率减小至输入端光功率的一半。 求：光纤的损耗系数α。

解：设输入端光功率为P 1，输出端的光功率为P 2。

则P 1＝2P 2

光纤的损耗系数()km dB P P km P P L /3.02lg 1010lg 102

221==＝α 5．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n 1=1.50，n 2=1.45，光纤的长度L=10km 。试求：

（1）子午光线的最大时延差；

（2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求子午光线的最大时延差。

解：（1） 1sin 2111

1⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=n n C Ln n C L n C L

c M θτ () s 1.72145.150.110350.1105μ=⎪⎭

⎫ ⎝⎛-⨯⨯=km km （2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则n 2=1.0

1sin 21111⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=n n C Ln n C L n C L

c M θτ () s 5210.150.110350.1105μ=⎪⎭

⎫ ⎝⎛-⨯⨯=km km 6．一制造长度为2km 的阶跃型多模光纤，纤芯和包层的折射率分别为n 1=1.47，n 2=1.45，使用工作波长为1.31μm ，光源的谱线宽度Δλ＝3nm ，材料色散系数D m ＝6ps/nm·km ，波导色散τw ＝0，光纤的带宽距离指数γ＝0.8。试求：

（1）光纤的总色散；

（2）总带宽和单位公里带宽。

解：（1）()ns s km km n n C Ln M 2.135145.147.1/10347.1215211=⎪⎭

⎫ ⎝⎛-⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=τ ()ps km nm km nm ps L D m m 3623/6=⨯⨯⋅=⋅∆⋅=λτ

()ns w m M 2.135036.02.135 )(2222=+=++=ττττ总

（2）()MHz ns

B T 26.3 2.135441.0 441.0===τ ()MHz L B B T 68.52

26.3 8.0=⨯=⋅=γ

第四章习题参考答案

4.光纤耦合器的作用是什么？

答：光纤耦合器的作用是将光信号进行分路、合路、插入、分配。

6.简述系统对波分复用器与解复用器要求的异、同点。

答：系统对波分复用器与解复用器共同的要求是：复用信道数量要足够多、插入损耗小、串音衰减大和通带范围宽。波分复用器与波分解复用器的不同在于：解复用器的输出光纤直接与光检测器相连，芯径与数值孔径可以做得大些，因此制造低插入损耗的解复用器并不太难；而复用器的输出光纤必须为传输光纤，不能任意加大芯径和数值孔