光纤通信期末考试试题(简答)

光纤通信期末考试试题（简答）
（开卷90分钟内完成，1~5题每题6分，6~15题每题7分，共100分）
1、光纤的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？
光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。

其中纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。

直径d 1=4μm ～50μm ，单模光纤的纤芯为4μm ～10μm ，多模光纤的纤芯为50μm 。

纤芯的成分是高纯度SiO2，作用是提高纤芯对光的折射率（n 1），以传输光信号。

包层：包层位于纤芯的周围。

直径d 2=125μm ，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO 2。

略低于纤芯的折射率，即n 1＞n 2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。

涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。

涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。

涂覆后的光纤其外径约1.5mm 。

2、光缆的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？
光缆由缆芯、护层和加强芯组成。

其中缆芯就是套塑光纤，护层对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏。

护层可分为内护层和外护层。

内护层用来防潮。

外护层起抗侧压、耐磨、抗紫外线、防湿作用，隔离外界的不良影响。

加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。

3、光纤的三个传输窗口是什么？光纤中的导波属于TM/TE/TEM/近似TEM 波？
0.85μm 、1.31μm 、1.55μm 。

光纤中得电磁场近似为横电磁波（TEM 波）
4、什么是归一化频率V ，V 取值多少时光纤单模传输？什么叫光纤的截止波长？ 光纤的归一化频率V 012/1/)2(2λαπn ∆=是一个综合性参数，与光纤的结构参数（纤芯的折射率n1、半径a 、折射率相对差△）和工作波长λ0有关。

其数值大小决定了弱波导光纤中电磁场的分布和传输情况。

光纤单模传输的条件是0<V< 2.4。

光纤的截止波长λc 是一组数组波长，表示不同导模刚好截止不传（波长大于该值时，相应的电磁场模式不能沿光纤有效传输）。

单模光纤进行单模传输的最小波长称为单模光纤的截止波长。

5、什么是数值孔径NA ，它的大小与相对折射率及色散大小有无关联？
光纤的数值孔径数值孔径表征了光纤的集光能力(最大有效入射角的正弦值)。

因为∆=21n NA ，c
n 1max ∆≈
∆τ。

所以相对折射率和色散值成越大则NA 也越大。

6、光纤和光缆如何分类？G.652、G.653、G.654、G.655特性有何不同？
光纤的分类方法：
按光纤横截面的折射率分布分类：突变折射率、渐变折射率
按光纤中的传导模式数量分类：多模、单模
按光纤构成的原材料分类：石英系、多组分玻璃、塑料包层、全塑
按光纤的套塑层分类：紧套、松套
光缆分类方法
按传输性能、距离和用途分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆。

按光纤的种类分多模光缆、单模光缆。

按光纤套塑方法分为紧套光缆、松套光缆、束管式光缆和带状多芯单元光缆。

按光纤芯数多少分为单芯、双芯、四芯、六芯、八芯、十二芯和二十四芯光缆等。

按加强件配置方法分为中心加强构件光缆、分散加强构件光缆、护层加强构件光缆和PE外护层加一定数量的细钢丝的PE细钢丝综合外护层光缆。

按敷设方式分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆。

按护层材料性质分为聚乙烯护层普通光缆、聚氯乙烯护层阻燃光缆和尼龙防蚁防鼠光缆。

按传输导体、介质状况分为无金属光缆、普通光缆和综合光缆。

按结构方式分为扁平结构光缆、层绞式结构光缆、骨架式结构光缆、铠装结构光缆和高密度用户光缆等。

G.652、G.653、G.654、G.655特性不同处：
①G.652光纤称常规（标准）单模光纤（SMF），色散零点在1 310nm附近的光纤。

1 310nm 衰减系数大，1550nm衰减系数较小。

②G.653光纤称色散位移光纤（DSF），色散零点在1 550nm的光纤。

适用于1 550nm窗口的高速单信道系统，不适用于DWDM系统。

③G.654光纤称截止波长移位的单模光纤，在G.652光纤基础上进一步减小1 550nm的衰减系数，主要应用于长距离海底光纤通信。

④G.654光纤称非零色散位移光纤（NDSF），色散零点的位置从1 550nm附近移开一定波长数，适用于DWDM系统。

7、单模光纤与多模光纤在尺寸和使用场合上各有什么不同？
单模光纤的纤芯直径为4μm～10μm，适用于高速长途通信系统。

多模光纤的纤芯直径为50μm，适用于低速短距离通信系统。

8、光纤传输性能的主要指标有哪些？其单位是什么？G.652光纤1550窗口衰减的典型值是多少？试画出单模光纤色散与波长的典型关系曲线
衰减系数a，单位db/km；色散系数d，单位ps/nm.km；
0.25db/km
P33图，正斜率的近似斜直线，色散零点在1310nm附近
9、光与半导体物质的三个基本的作用过程是什么？半导体激光器、光检测器和光放大器分别基于哪个过程？
受激吸收、自发辐射、受激辐射。

分别基于受激辐射，受激吸收和受激辐射。

10、光发送器、接收器和无源光器件的主要技术指标各有哪些？
光发送器：工作波长和光谱特性、输出光功率、消光比、调制特性、温度特性和工作寿命等光接收器：工作波长和响应度，响应速度，噪声水平、线性关系和工作寿命等。

无源光器件：工作波长、插入损耗、回波衰耗、隔离度等
11、LED与LD有何不同？SLM-LD与MLM-LD有何不同？内调制激光器和外激光器有何不同？FP-LD、DBF-LD、DBR-LD和VCSEL-LD中文名是什么？
LED没有光学谐振腔，不能形成激光，所发出的是荧光。

LD发出的是激光。

SLM-LD是单纵模激光器，MLM-LD是多纵模激光器，SLM-LD比MLM-LD光谱窄。

内调制器激光器简单、损耗小、成本低，适用于短途小容量通信系统。

外调制器性能优越，适用于各种场合。

FP-LD：F-P腔激光器、DBF-LD分布反馈激光器、DBR-LD分布Bragg反射激光器和VCSEL-LD 垂直腔面发射激光器
12、PIN与ADP中文名是什么？它们有何不同？试画出PIN响应度与波长的典型关系曲线。

PIN：PN结光电二极管，ADP：雪崩光电二极管
ADP因为雪崩效应而灵敏度较高。

P93图，是个上凸曲线，存在上截止波长，波长太小时转换效率也大大下降。

13、举例说明光纤通信系统的应用场合有哪些？什么是损耗受限系统和色散受限系统？什么是最坏值设计法？什么是光通道代价Pp和光缆富裕度Mc？色散受限距离与色散系数、光源光谱宽度、信息速率大致有何关系？
光纤模拟通信系统如模拟电视、光纤测量和传感系统。

光纤数字通信系统，如国家和地区的骨干数字传输网络。

根据再生段的总损耗要求来进行计算和设计的系统称为损耗受限系统。

根据再生段的总色散要求来进行计算和设计的系统称为色散受限系统。

实际系统根据两个系统的最坏值来设计再生段的通信距离的设计方法。

光通道代价Pp指因环境等多种因素引发的光信号质量变差而折算成光功率代价的量。

光缆富裕度Mc指因为光缆衰减各种因素退化变差而留有的富裕量
散受限距离与色散系数、光源光谱宽度、信息速率大致成反比例的关系
14、试列出五种以上无源光器件的名称和用途？试列出三种以上光放大器的名称和特点？叙述EDFA原理，比较光信号波长与光泵浦波长的波长范围。

光纤连接器：完成ODF架到设备尾纤之间的连接等。

光纤衰减器：用于光信号电平的调整。

光耦合器：用于信号的合路和监控等。

光隔离器：单向光传输器件。

光环形器：多端口的单向光传输器件。

光栅：色散补偿（啁啾光栅）或光滤波（光纤光栅）。

滤波器：光调制器或光滤波（M-Z滤波器）。

波分复用解复用器件：光波合路和分路。

NOLM（非线性环路镜）：快速光开关。

偏振控制器：保持或控制光的偏振态。

自聚焦透镜：用于准直光束
半导体光放大器（SOA）、掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼放大器（RFA）。

SOA具有体积小、成本低和易于其它器件集成的特点，EDFA具有增益高的特点、RFA具有带宽适应性好的特点。

光放大器的共同特点是延长通信距离但对色散没有改善作用。

EDFA的原理是：在泵浦光作用于掺铒光纤的铒离子和电子，产生受激吸收和粒子反转，信息光此时再作用于掺铒光纤，产生受激辐射从而放大了信息光。

光泵浦波长比光信号波长短（能量高），在光信号波长的带外
15、试列出五种以上DWDM系统的关键部件（技术），说明DWDM系统在C波段的波段范围、最小波长间隔和频率间隔，试比较光信号波长与光监控波长的波长范围和信息速率。

DWDM系统的核心部件（技术）有：波长转换器（或DWDM光源技术）、光放大器、波分复用器、光监控系统、光复用段保护和色散补偿部件等
C-波段的波长范围1525~1565nm（写成1526~1563也可），最低标准波长间隔是0.8nm（个别情况最小可达0.4nm），频率间隔是100GHz。

光信号波长，如1552.52nm，信息速率10Gbit/s较高。

监控波长1510 10nm在带外，2Mbit/s是低速信号。