上海大学理学院物理系光通信技术习题(含答案)..
光纤通信基础复习题及答案
光纤通信基础复习题1．光通信的发展大致经历几个阶段？光通信的发展大致经历如下三个阶段可视光通信阶段：我国古代的烽火台，近代战争中的信号弹、信号树，舰船使用的灯塔、灯光信号、旗语等，都属于可视光通信。
大气激光通信阶段：光通信技术的发展应该说始于激光器的诞生。
1960年美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器，使人们开始对激光大气通信进行研究。
激光大气通信是将地球周围的大气层作为传输介质，这一点与可视光通信相同。
但是，激光在大气层中传输会被严重的吸收并产生严重的色散作用，而且，还易受天气变化的影响。
使得激光大气通信在通信距离、稳定性及可靠性等方面受到限制。
光纤通信阶段：早在1950年，就有人对光在光纤中的传播问题开始了理论研究。
1951年发明了医用光导纤维。
但是，那时的光纤损耗太大，达到1000 dB/km，即一般的光源在光纤中只能传输几厘米。
用于长距离的光纤通信几乎是不可能。
1970年，美国康宁公司果然研制出了损耗为20dB/km的光纤，使光纤远距离通信成为可能。
自此，光纤通信技术研究开发工作获得长足进步，目前，光纤的损耗已达到0.5dB/km（1.3µm）0.2dB/km（1.55µm）的水平。
2. 光纤通信技术的发展大致经历几个阶段？第一阶段（1966～1976）为开发时期.波长: λ= 0.85um,光纤种类: 多模石英光纤,通信速率: 34～45Mb/s,中继距离: 10km.第二阶段（1976～1986）为大力发展和推广应用时期.波长: λ= 1.30um,光纤种类: 单模石英光纤,通信速率: 140～565Mb/s,中继距离: 50～100km.第三阶段（1986～1996）以超大容量超长距离为目标,全面推广及开展新技研究时期.波长：λ= 1.55um,光纤种类: 单模石英光纤,通信速率: 2.5～10Gb/s,中继距离: 100～150km.3.光通信基本概念：光通信：利用光波进行信息传输的一种通信方式。
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。
光通信课后习题答案
光通信课后习题答案光通信课后习题答案随着科技的不断发展，光通信作为一种高速、高带宽的传输方式，被广泛应用于现代通信领域。
学习光通信的课程，对于理解和掌握光通信的原理和技术具有重要意义。
在学习过程中，课后习题是检验学生对知识掌握程度的重要方式。
下面将针对光通信课后习题给出一些答案。
1. 光通信的基本原理是什么？光通信的基本原理是利用光的传播特性，将信息通过光信号进行传输。
光通信系统主要包括光源、光纤和光接收器。
光源产生光信号，经过光纤传输到目的地，然后由光接收器将光信号转换为电信号进行处理。
2. 光纤的工作原理是什么？光纤是一种用于传输光信号的特殊材料。
它由一个或多个纤维芯和包围在外面的折射率较低的包层组成。
光信号在光纤中传播时，会发生全反射现象，即光信号在纤芯和包层的交界面上反射，沿着光纤的轴向传输。
这种全反射现象使得光信号能够在光纤中长距离传输，减少了信号衰减和干扰。
3. 光通信和电信通信相比有哪些优势？光通信相比于电信通信具有以下优势：（1）高速传输：光通信采用光信号传输，传输速度非常快，远远超过电信通信的传输速度。
这使得光通信能够满足现代通信对高速传输的需求。
（2）大带宽：光通信的频带宽度非常宽，能够传输更多的信息。
相比之下，电信通信的带宽较窄，传输的信息量有限。
（3）低损耗：光纤具有很低的传输损耗，能够保持信号的传输质量。
而电信通信在传输过程中会有较大的信号衰减和干扰。
（4）抗干扰性强：光通信的信号传输不会受到电磁干扰的影响，能够在复杂的电磁环境中保持稳定的传输质量。
4. 光通信系统中的光源有哪些种类？光通信系统中常用的光源主要有以下几种：（1）激光器：激光器是一种能够产生单色、相干、高亮度光束的光源。
激光器具有较高的发光效率和较小的谱宽，适用于长距离传输。
（2）发光二极管：发光二极管是一种半导体器件，能够将电能转换为光能。
发光二极管具有较高的发光效率和较长的寿命，适用于短距离传输。
（3）LED：LED是一种发光二极管，具有较低的成本和较长的寿命，适用于短距离传输和室内通信。
光纤通信原理参考答案.doc
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？目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为Si02的光纤。
它是工作在近红外区，波长为0. 8〜1. 8 5,对应的频率为167〜375THZ。
1- 3 BL积中B利L分别是什么含义？系统的通信容量用BL积表示，其含义是比特率一距离积表示，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。
发端收端1-5试叙述光纤通信的现状和发展趋势。
略第二章习题2-1有一频率为3xio,3//z的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J,持续时间是丁=10ns(lns=10-9s)。
此激光束的圆形截面半径为r=lcm°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；(2)S =—=----------- 厂瓯------ =3.18X10I3J//??52zA5 10x10 一9x〃x(10—2)2S、- S 3.18X1O13 1 12(3)w = — = ------- ；— = 1.06x 10 J1 sc 3xlO8(4)/ = f = 3.18x10”//*2- 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"(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；(2)若入射光的波长为6X10-7m,求相邻两明纹间的距离。
《光纤通信》试题册.
目录第二章选择题练习 (2)第三章填空题练习 (9)第四章判断题练习 (13)第五章名词解释练习 (14)一．名词解释常规练习 (14)二、新增题型：写出以下名词的全称，并写出其意思。
(14)第六章画图题 (15)一．常规题练习 (15)二、新增题型练习:据图回答问题 (15)第七章简答题练习 (18)第八章综合、计算、分析题练习 (19)第九章证明题练习 (23)第十章期末试题示范 (24)答案详解 (30)第二章选择题练习1。
目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是A.0。
85 μm, 1.27 μm，1。
31 μmB.0。
85 μm, 1。
27 μm，1。
55 μm C。
0。
85 μm，1。
31 μm, 1。
55 μm D。
1。
05 μm, 1。
31 μm, 1.27 μm 2．在阶跃型光纤中，传输模式的传输条件为A。
V＞0 B.V＞Vc C。
V＞2。
40483 D。
V＜Vc 3．在阶跃型光纤中，当模式处于截止的临界状态时，其特性参数A。
W＝0 B。
β＝0 C.V＝0 D。
U＝0 4. 下列不属于影响光电二极管响应时间的因素是A。
零场区光生载流子的扩散时间B.有场区光生载流子的漂移时间C.RC时间常数D.器件内部发生受激辐射的时间5．通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是A．光纤色散B．噪声C．光纤衰减D．光缆线路长度6．目前实用光纤通信系统普遍采用的调制─检测方式是A. 相位调制—相干检测B。
直接调制—相干检测C。
频率调制—直接检测D。
直接调制—直接检测7．下列属于掺铒光纤放大器泵浦光源的典型工作波长是A。
1550 nm B.1310 nm C。
980 nm D。
850 nm8．下列属于描述光电检测器光电转换效率的物理量是A. 响应度B. 灵敏度C. 消光比D。
增益9．下列属于有源光器件的是A.光定向耦合器B.半导体激光器C。
光纤连接器 D. 光隔离器10．在下列的传输码型中，不属于插入比特码的是A。
光纤通信试题.doc
光通信填空题(红字为答案)1.电信网络常用的拓扑形式有, , , 。
2.香农 (Shannon) 公式为。
3.华裔科学家被称为光纤通信之父，在于他对石英玻璃导光特性的突破性研究。
有人把年称为光纤通信元年o4.写出光的波长、频率、速度三者间的关系-5.写出频率与周期的关系-6.写出光在真空的速度c、在介质中的速度V、和折射率n之间的关系： o7.可见光在真空中的波长范围是：o8.光在水中的折射率为-10.光由光密媒质m向光疏媒质m传播时，全反射角为。
K=。
11.光子的能量与其频率的关系为& =o12.光子的波长(纳米)与其能量(电子伏特)的关系为：-13.裸光纤通常包括3个部分，为：, , o14.光纤包层的直径为-15.单模光纤的纤芯的直径约为«16.相对折射率A定义为 =17.多模光纤的相对折射率A通常为：。
18.单模光纤的相对折射率A通常为：o19.数值孔径NA与纤芯和包层折射率m, rk的关系：NA =。
20.数值孔径NA的物理意义是：-21.数值孔径NA与相对折射率A的关系：NA = o22.光纤通信的三个透光窗口的波长分别是- - 。
24.单位长度的光纤的衰减A的定义是：A (dB/km)=。
25.归一化截止频率V与纤芯直径、波长及折射率的关系是件 o30.光纤色度色散参数D (X)的定义式：(它与脉冲展宽A珞闻、光纤长度Z、谱线宽度 A』的关系为：D (^ ) =o31.写出偏振模色散的脉冲展宽A 与偏振模色散系数加及光纤长度Z的关系为：△ tpMD =。
32.比特率的定义为：o35.解决模式色散的最好方法是：o36.带宽BW (Gbps)与脉冲展宽A t (ns)的简单关系为：BW (Gbps) = 。
38.相速度是如何定义的？v phase = 3 / S .39.群速度是如何定义的？ s =d》用夕.40.信号的能量是以哪种速度传输的？能超过光速吗？群速度、不能。
光通信技术课后答案-第三章
第三章 光通信信道专业通信103班 代高凯 201027209 3-2.什么是阶跃光纤？什么是渐变光纤？答：光纤按照折射率的分布分类，可分为阶跃光纤和渐变光纤。
(1).阶跃光纤是指在纤芯和包层区域内，其折射率分布分别是均匀的，其值分别是n1与n2，但在纤芯与包层的分界处，其折射率的变化是阶跃的，折射率分布的表达式为⎪⎩⎪⎨⎧≤<≤=21)2()1()1()(a r a n a r n n r ，， 阶跃光纤是早起光纤的结构方式，后来在多模光纤中逐渐被渐变光纤取代，但是它用来解释光波在光纤中的传播还是比较形象的。
(2).渐变光纤是指光纤轴心处的折射率n1最大，而随沿剖面径向的增加而逐渐减小，其变化规律一般符合抛物线规律，到了纤芯与包层的分界处，正好降到与包层区域的折射率n2相等的数值；在包层区域中其折射率的分布是均匀的，即为n2⎪⎩⎪⎨⎧≤<≤∆-=2121211)()(21a r a n a r a r n n r ，， 式中，n1为光纤轴心处的折射率；n2包层区域的折射率；a1为纤芯半径；121n n n -=∆称为相对折射率差。
3-4.什么是单模光纤？什么是多模光纤？答：光纤按照传播的模式分类，可分为多模光纤和单模光纤。
(1).当光纤的几何尺寸（主要是纤径直径d1）远远大于光波波长（约1μm ）时，光纤中会存在着几十种乃至几百种传播模式。
不同的传播模式会有不同的传播速度与相位，因此经过长距离的传输之后会产生时延，导致光脉冲变宽。
这种现象叫做光纤的模式色散（又叫模间色散）。
计算多模光纤中除传播模式数量的经典公式为4/2V N =，其中V 为归一化频率。
模式色散会使许多多模光纤的带宽变窄，降低其传输容量，因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。
多模光纤的折射率分布大都为抛物线分布，即渐变折射率分布，其纤芯直径d1大约为50μm 。
(2)根据电磁场理论与求解麦克斯韦方程组发现，当光纤的几何尺寸（主要是芯径）可以与波长相比拟时，如芯径d1在5~10μm 范围，光纤只允许一种模式（基模HE11）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤叫做单模光纤，由于它只允许一种模式在其中传播，从而避免了模式色散的问题，故单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量的光纤通信，但是必须满足 归一化频率4048.221≤=NA a V λπ光纤的纤芯半径NAa πλ2024.11≤ 3-7.光纤损耗主要有几种原因？其对光纤系统有何影响？答：光纤损耗主要包括：（1）吸收损耗(Absorbtion)—由制造光纤材料本身及其中的过渡金属离子和氢氧根粒子（OH-）等杂质对光的吸收而产生的损耗，包括本征吸收损耗、杂质吸收损耗、原子缺陷吸收损耗。
光纤通信试卷参考答案
1、光接收机灵敏度的测试，以竣工时的测试指标为准。
NRZ 码2、 FC /PC/APC 。
3、 作用：将电信号转换为光信号，并将光信号射入光纤。
LED 和LD.4、dBm 的含义是：表示绝对功率电平，计算公式为：10lg(电功率/1m w )；dB 的含义是：表示相对功率电平，计算公式为：10lg(甲功率/乙功率 ) 。
5、合成/分离，6、光源是指：能发出一定范围波长的电磁波的物体称为光源 。
7、EDFA 称为：掺铒光纤放大器 ，其作用是对光信号进行放大 。
8、在LD 激光器的预置电路中，APC(Automatic Power Control)的含义是： 自动功率控制 。
9、在光纤通信中，常用的光电检测器是：PIN 光电二极管 和APD 雪崩光电二极管。
10、光衰减器的作用是：对光能量进行预期的衰减，使光能量减小 。
11、法兰盘1、分析PIN 光电二极管的工作原理。
（14分）答：PIN 光电二极管在PN 结中间设置掺杂浓度非常低的I 层，PN 结上有内建电场，当PN 结加上反向电压后，入射光主要在耗尽区被吸收。
在耗尽区产生光生载流子(电子空穴对)，在耗尽区电场作用下，电子向N 区飘移，空穴向P 区飘移，产生光生电动势。
在远离PN 结的地方，因为没有电场的作用，电子空穴作扩散运动，产生扩散电流。
所以，PIN 光电二极管的灵敏度高，接通回路负载 R L 上有电流，于是将光信号转变为电信号，完成光电转换。
2、从原理分析：激光器（LD ）产生激光的两个条件是什么？(6分) 答：一是光的放大作用，它要求电子数反转分布，要求具有正反馈的谐振腔； 二是要满足阈值条件，即光功率增益大于光功率衰减。
一、填空题：（每空1分，共20分）二、原理分析题：（共20分）5分）答：作用是：对光信号能量进行预期的衰减，使光能量减小。
使用场合：光通信系统的指标测量，短距离通信系统的信号衰减以及系统实验等。
2、在光纤通信工程实际中，如何测量光信号的强弱？请说明采用该仪表测试的具体步骤。
光纤通信课后习题参考答案-邓大鹏
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⎩⎨⎧≥<=arnarnrn渐变型光纤的折射率分布()211⎪⎩⎪⎨⎧≥<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛∆-=arnararnrncmα3．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2sin1∆==nNAφ渐变型光纤的数值孔径()()2-sin22∆===nnnNAcφ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。
光纤通信原理试题参考答案
光纤通信原理试题＿1 参考答案一、单项选择题（本大题共10小题, 每小题1分, 共10分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的, 请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1.光纤通信指的是（ B ）A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式；D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。
2.已知某Si-PIN 光电二极管的响应度R0＝0.5 A/W, 一个光子的能量为2.24×10－19 J, 电子电荷量为1.6×10－19 C, 则该光电二极管的量子效率为（）A.40％B.50％C.60％D.70％ R 0=e /hf 3.STM-4一帧中总的列数为（ ）A.261B.270C.261×4D.270×44.在薄膜波导中, 要形成导波就要求平面波的入射角θ1满足（ ）A.θc13<θ1<θc12B.θ1=0°C.θ1<θc13<θc12D.θc12<θ1<90°5.光纤色散系数的单位为（ ）A.ps/kmB.ps/nmC.ps/nm.km ?D.nm/ps?km6.目前掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达（ ）A.20 dBB.30 dBC.40 dBD.60 dB7.随着激光器使用时间的增长, 其阈值电流会（ ）A.逐渐减少B.保持不变C.逐渐增大D.先逐渐增大后逐渐减少8.在阶跃型（弱导波）光纤中, 导波的基模为（ ）A.LP00 值为0B.LP01C.LP11为第一高次模D.LP129.在薄膜波导中, 导波的截止条件为（ ）A.λ0≥λCB.λ0<λCC.λ0≥0D.λ0≤1.55μm10.EDFA 在作光中继器使用时, 其主要作用是（ ）A.使光信号放大并再生 ?B.使光信号再生C.使光信号放大D.使光信号的噪声降低二、填空题（本大题共20小题, 每小题1分, 共20分）请在每小题的空格中填上正确答案。
《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。
光通信课后练习1
简答题
1、光通信和光纤通信区别 2、画出一个基本光通信系统的构成框图， 并说明各单元的功能。
答案
1、光通信和光纤通信区别
广义的光通信指的是一切运用光波作为载体 而传送信息的所有通信方式的总称，而不管 传输所使用的介质是什么。 通常把应用石英光纤的有线光通信简称为光 纤通信 光通信
≠
光纤通信
2、画出一个基本光通信系统的构成框图， 并说明各单元的功能。
光 电 电信号 发 信息 端 送 数据 机 机
光纤
光 接 电信号 电 信息 端 收 机 数据 机
发送电端机：处理来自信源的信息数据，完成如数字复接、线路编码等功 能，形成适合于在光路上传输的高速数据流。 光发送端机：将电端机送来的电信号变换为光信号，送入信道传输。 信道：传送信号。 光接收端机：将光信号还原为电信号，送进接收电端机处理。 接收电端机：完成线路解码、数字分接等功能，恢复原始数据送至用户。
课前问答1
填空题
Βιβλιοθήκη 1、1880年贝尔成功研制了光学电话。他利用 孤光灯作为_______,话筒的振动膜作为 ___________,通过______介质传播到接收端， 再由硅光电池作为______进行解调，使光信号 变换为电流， 传送到受话器。 2、1966年，华裔_____博士发表著名论文— —《光频介质纤维表面波导》，首次明确提出， 通过改进制备工艺、减少原材料杂质，可降低 石英光纤的损耗。
答案
1、1880年贝尔成功研制了光学电话。他利用 孤光灯作为__光源____,话筒的振动膜作为___ 调制器___,通过_空气___介质传播到接收端， 再由硅光电池作为_光检测器____进行解调， 使光信号变换为电流， 传送到受话器。 2、1966年，华裔__高锟___博士发表著名论 文——《光频介质纤维表面波导》，首次明确 提出，通过改进制备工艺、减少原材料杂质， 可降低石英光纤的损耗。
光纤通信原理习题答案
第二章1.定性描述渐变型多模光纤带宽远远优于阶跃型多模光纤的原因。
答：阶跃型多模光纤以不同入射角进入光纤的光线将经历不同的路径，虽然在输入端同时入射并以相同的速度传播，但到达光纤输出端的时间却不同，出现了时间上的分散，导致脉冲严重展宽。
而渐变型多模光纤有自聚焦作用，虽然沿光纤轴线传输路径最短，但轴线上折射率最大，光传播最慢。
斜光线大部分路径在低折射率的介质中传播，虽然路径长，但传输快。
通过合理设计折射率分布，不同入射角度入射的光线以相同的轴向速度在光纤中传输，同时到达输出端，即所有光线具有相同的空间周期，从而降低模间色散，增加了光纤传输带宽。
2.已知多模阶跃型光纤，纤芯折射率为n 1=1.5，光纤芯经2a=50μm ，相对折射率差Δ=0.01，求：（1）光纤数值孔径NA.和收光角；（2）归一化频率V 和导模总数N ？（λ=1.3μm ）；（3）当Δ=0.001时，光纤芯经2a 为多大时光纤可单模工作？解：1/201/2121/21(1)sin 0.21arcsin(2)2/25.6/2328(3)7.432(2)12.2(2)(2)c c NA n NA n V a N V a mn n V n πλλµπθθ====≈=⋅≈=≈⋅<≈⋅∆∆⋅∆⋅。
3.已知阶跃型光纤的纤芯折射率n 1=1.5，相对折射率差Δ=0.001，芯半径a=5μm ，试求LP02、LP11和LP12模的截止波长各为多少？解：c c 11c 02c 12 3.832,0.55501356,0.416.3802,0.33VVV c c c c m m mLp Lp Lp µµµλλλλ=======：：：对于对于对于4.什么是光纤的色散？分析多模光纤和单模光纤的色散机理。
解释为什么石英光纤在1310nm 有最低的色散？答：色散是在光纤中传输的光信号，不同频率成分和模式成分的光有不同传播速度而产生的一种物理效应。
光通信复习题参考答案
一、填空：1、通信系统的容量通常用带宽距离积表示，对于光纤通信系统，若仅从光纤的角度考虑，容量受光纤色散限制。
2、G.652光纤有三个低损耗传输窗口，分别为850nm、1310nm 与1550nm 。
3、多模光纤的色散主要是模式色散和色度色散，单模光纤色散主要包括：(1) 材料色散，(2) 波导色散。
4、在阶跃折射率分布光纤中，只传输单模的条件是归一化频率V小于2.405 ，此单模为基模。
5、在光纤通信系统中，光功率通常用dBm来表示，如果耦合进光纤中的光功率为-13 dBm，则相当于0.05 mW光功率。
6、光纤从横截面上看由3部分组成，即：(1) 纤芯，(2) 包层，(3) 涂敷层。
7、光纤的数值孔径代表光纤的接受和传输光的能力。
(P17)8、光缆中护层的作用主要是避免光纤受机械和环境的破坏。
(P37)9、色散位移单模光纤与G.652光纤的不同之处是其工作频率为1.94×1014HZ,目的是将零色散区域移到损耗较低的波长。
10、从通信的角度看，单模光纤与多模光纤在性能上的主要区别为单模色散小，通信容量大。
11、在光通信中，表征光纤性能的两个主要参数是（1）色散，（2）损耗。
12、非零色散位移光纤与色散位移光纤的区别是工作区域有适量色散，其目的是抑制非线性效应。
(P35)13、渐变折射率分布多模光纤相对于阶跃折射率分布多模光纤的优点是色散较小。
(P14)14、在由于光纤通信中采用介质波导来传输信号，而且光信号又是集中在纤芯中传输的，因此光纤通信具有很强的抗电磁干扰能力。
15、从折射率的角度对光纤进行分类，可分为：突变性多模光纤和渐变性多模光纤16、量子效率是描述光电检测器光电转换能力的一种物理量。
(P62)17、单模光纤的群速度色散导致的光脉冲展宽与（1）光源的频谱宽度2）调制带宽关。
18、从光纤的集光能力考虑，希望数值孔径越大（填“大”或“小” ）越好，而从通信速率角度考虑，则希望数值孔径越小（填“大”或“小” ）越好。
上海大学理学院物理系光通信技术习题(含答案)
光纤通信第一章1.3 将两根1km长的光纤连接在一起。
假设每根光纤的损耗为5dB, 连接损耗为1dB。
如果输入功率是2mW，计算由这两根光纤构成的传输线的输出功率。
1.4 一台接收机需要10mW的输入光功率。
如果将系统的总损耗增加到50dB，试问光源需要发送的功率是多少？10个。
试计算检1.14 假设有波长为0.8um的光束入射到光检测器上，每秒入射光子数为10测器上的入射光功率。
如果此光检测器将光转换成电流的效率是0.65mA/mW，试问产生的电流是多大？1.23 为了正常工作，光接收机需要-34dBm的功率。
假设从接收机到光源的系统总损耗为31dB。
试问光源的发送功率（以mW为单位）需要多大？1.27 -60dBm和60dBm的差值（以W表示）是多少？（注意在这种情况下，有无正负号是很关键的。
）1.28 考虑一个系统，连接器损耗为5dB，光纤损耗为25dB，耦合损耗（光源到光纤）是15dB，系统中有一个增益为10dB的放大器。
试计算系统的总损耗（以dB为单位）。
第二章2.5 用焦距为20mm 、直径为10mm 的透镜聚焦一束均匀的准直光束，假设波长为0.8um 。
试计算聚焦光斑的尺寸。
2.8 假设高斯光束的波长为0.8um ，光斑尺寸为1mm ，计算其发散角。
如果用这束光对着月球，则在月球表面的光斑尺寸为多大？（地球和月球之间的距离为8108.3 m 。
）在距离为1km 和10km 处，光斑尺寸又为多大？2.9 一根6000km的海底玻璃光纤电话线路穿越大西洋，连接美国和法国。
（a）通过这条线路传送信息需要多长时间？（b）通过卫星线路，将信息从美国传到法国需要多长时间？卫星在美国和法国之间的地面上空22000英里处。
（c）如果两个人通过这两根不同的线路通话时，会感觉到传输时延吗？2.11 假设一束光入射到两种电介质的分界面上，如图2.1所示。
两种电介质的折射率分别为46.11 n 和2n =1.48.当入射角在00到090之间变化时，画出透射角随入射角变化的曲线。
光纤通信的习题
光纤通信的习题《光纤通信技术》综合练习题及答案适用于高等函授教育：光纤通信、移动通信、运算机通信专业（专科）四年级通信工程专业（高起本）五年级适用于远程教育：通信工程专业（专科）四年级通信工程专业（高起本）五年级第一部分习题注:带*的为《光纤通信原理》的时期作业题一、填空题：1. 矢量是指即有又有的量。
2．所谓场是指在空间或一部分空间中的分布。
3．梯度既有大小又有方向，是一。
4．积分形式的麦克斯韦方程为。
5．变化电场和变化磁场的相互激发，从而形成了的传播。
6．相位常数是。
7. 光的全反射是指的全反射，现在折射波是。
8. 导波是指。
波导是指 /9. 光纤是。
10.所谓光纤通信是的一种通信方式。
11.光纤通信是以作为传输信号，是以作为传输线路。
12.在光纤通信中起主导作用的是和。
* 13.光纤通信的要紧优点是、、、、、。
14.在光纤中，纤芯是由稍高的构成，它的作用是。
15.目前有用的光纤通信系统普遍采纳的是的光纤通信系统。
16.强度调制直截了当检波光纤数字通信系统是由、、、、、构成的。
* 17.目前在光纤通信系统中采纳的调制方式是。
*18.目前，有用光纤的三个低损耗窗口在、、邻近,色散位移单模光纤是在处，实现和 .* 19.光波在平均介质里，沿传播，当光射线遇到两种介质交界面时，将产生或。
20.平均光纤的导光原理为，它的数值孔径表示了，定义式为，也可表示为。
21. 平均光纤的光路长度的表示式为，关于长度和折射率确定的光纤来说，光路长度随着的变化而变化，从而不同光线通过光纤的不同，从而引起。
22. 采纳非平均光纤的目的是为了，如此会在光纤中近似产生现象，这需要纤芯折射率服从分布。
23. 在非平均光纤中，处的折射率最大，因而此处的达到最大值，即表示该点捕捉光线的能力最。
24. 光纤中产生衰减的要紧缘故是和。
25. 色散系数的定义式为。
26. 所谓模场是指，模场直径是描述。
27.松套光纤的优点是耐好，防强，成缆时，光纤。
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光纤通信第一章1.3 将两根1km长的光纤连接在一起。
假设每根光纤的损耗为5dB, 连接损耗为1dB。
如果输入功率是2mW，计算由这两根光纤构成的传输线的输出功率。
1.4 一台接收机需要10mW的输入光功率。
如果将系统的总损耗增加到50dB，试问光源需要发送的功率是多少？10个。
试计算检1.14 假设有波长为0.8um的光束入射到光检测器上，每秒入射光子数为10测器上的入射光功率。
如果此光检测器将光转换成电流的效率是0.65mA/mW，试问产生的电流是多大？1.23 为了正常工作，光接收机需要-34dBm的功率。
假设从接收机到光源的系统总损耗为31dB。
试问光源的发送功率（以mW为单位）需要多大？1.27 -60dBm和60dBm的差值（以W表示）是多少？（注意在这种情况下，有无正负号是很关键的。
）1.28 考虑一个系统，连接器损耗为5dB，光纤损耗为25dB，耦合损耗（光源到光纤）是15dB，系统中有一个增益为10dB的放大器。
试计算系统的总损耗（以dB为单位）。
第二章2.5 用焦距为20mm 、直径为10mm 的透镜聚焦一束均匀的准直光束，假设波长为0.8um 。
试计算聚焦光斑的尺寸。
2.8 假设高斯光束的波长为0.8um ，光斑尺寸为1mm ，计算其发散角。
如果用这束光对着月球，则在月球表面的光斑尺寸为多大？（地球和月球之间的距离为8108.3 m 。
）在距离为1km 和10km 处，光斑尺寸又为多大？2.9 一根6000km的海底玻璃光纤电话线路穿越大西洋，连接美国和法国。
（a）通过这条线路传送信息需要多长时间？（b）通过卫星线路，将信息从美国传到法国需要多长时间？卫星在美国和法国之间的地面上空22000英里处。
（c）如果两个人通过这两根不同的线路通话时，会感觉到传输时延吗？2.11 假设一束光入射到两种电介质的分界面上，如图2.1所示。
两种电介质的折射率分别为46.11 n 和2n =1.48.当入射角在00到090之间变化时，画出透射角随入射角变化的曲线。
2.12 假设一束光入射到两个电介质的分界面上，如图2.1所示。
这两种电介质的折射率分别为48.11=n 和46.12=n 。
当入射角在00到090之间变化时，画出透射角随入射角变化的曲线。
（注意，当入射角接近06.80时，会发生不寻常的现象。
）2.15 假设高斯光束的光斑尺寸为 ，试推导此光束的半功率点半径表达式。
（所谓半功率点是指功率下降到最大值一半的位置。
）第三章85的入射角从折射率为1.48的介质射入到折射率为1.465的介质，3.13 一束平行偏振光以0假设光波长为1300nm。
（a）计算反射系数；（b）在传输介质中，离边界多远时，消逝电场衰减到在边缘时的10%？3.18 试计算波长比零色散波长（假设是1300nm）低10nm时光纤的材料色散。
3.20 假设由材料色散引起的最大可接受脉冲展宽是3ps/km，光源谱宽是2nm。
试问，工作波长最多可离零色散波长多远？第四章4.5 设48.11=n ，46.132==n n ，工作波长为0.82um 。
计算出0TE 模，1TE 模，2TE 模和3TE 模截止时的中心薄膜厚度。
画出每种模式截止时的横模分布图。
4.9 有一个放在空气中的对称电介质平板波导，46.1,48.121==n n 。
画出θ（中心薄膜中的角度）等于075时包层模的光传输路径。
当θ等于什么值时，不再存在包层膜?4.13 有一个对称平板波导，48.11=n （中心薄膜），46.12=n （敷层和衬底材料），工作波长为1300nm 。
（a ）当0TE 模对应的光线角度为085时，计算中心薄膜厚度。
（b ）当2TE 模对应的光线角度为085时，计算中心薄膜厚度。
4.20 有一个对称平板波导，465.11=n ，46.12=n 。
计算单位长度上的多模脉冲展宽。
如果这是波导中惟一的脉冲展宽机制（或至少是最主要的），试计算单位长度的脉冲展宽值、3-dB 光带宽-距离积、归零码和非归零码的速率-距离积。
在1550nm 处，模式脉冲展宽与材料脉冲展宽哪一个更大些？第五章5.10 假设某一SI 光纤工作波长为0.82um ，5.11=n ，485.12=n 。
如果纤芯半径为50um ，则允许传播的模式有多少个？当工作波长变为1.2um 时，又可以传播多少个模式？5.12 对于一个抛物线型折射率分布光纤，画出（0,0）（1,0）（2,0）模式的横向场分布图。
其中a=25um ，波长为82.0=λum ，46.1,48.121==n n 。
要求在同一张图上画出上述三种模式的场分布图。
5.16 一根SI 光纤只有在波长大于 1.4um 时才工作在单模状态。
其中，465.11=n ，46.12=n 。
试计算其纤芯半径，并分别求出在0.8um ，0.85um 和0.9um 波长处的传播模式个数。
（提示：参考模式图）5.23 对于某一SI 光纤，其归一化频率为2.2,纤芯直径为10um 。
画出其横平面内的光强度分布图，并计算在多大半径距离上场强降到峰值的10%。
5.25 某一光纤的NA=0.2588.某一光源在全锥角060范围内，可以耦合其发射光能量的75%；在全锥角为030时可以耦合其发射光能量的50%；在全锥角为015时只能耦合其发射光能量的25%。
试求此光源与上述光纤之间的耦合效率。
5.30 假设某一单锋SI 光纤的截止波长为1250nm ，工作波长为1550nm ，纤芯折射率为465.11 n ，相对折射率差为0.0034.计算此光纤的纤芯半径，同时计算在工作波长上的光斑尺寸。
5.35 考虑某一全波光纤，其特性如图5.13所示。
系统的功率预算允许光纤损耗最大为24dB，计算并画出对应于工作波长在1280nm~1640nm区间内的光纤最大允许长度。
第六章6.5 假设LED的光功率与电流之间的关系为P=0.02 i，最大容许的功率是10mW。
LED加有直流偏置电流和频率为1MHz的交流电流。
（a）画出光功率-电流曲线（也就是二极管的转换特性曲线）。
（b）如果信号峰值功率为2mW，总的峰值功率是10mW，计算总的电流峰值、直流偏置电流、平均光功率和调制系数（也就是峰值信号功率/平均功率）。
（c）如果调制系数是100%（即信号峰值功率不再是2mW）,重复上面的计算。
（d）如果直流电流为50mA，交流电流峰值为75mA。
画出交流信号两个周期内的输出光功率与时间的关系曲线。
6.6 假设某LED加上2V的电压，将产生100mA电流和2mW的光功率。
试求此LED的电光转换效率。
6.7 假设某LED具有100MHz的3-dB电带宽（完全决定于其载流子寿命）。
试求载流子寿命，并画出此二极管在0~500MHz范围内类似于图6.8的归一化频率响应曲线。
6.9 假设某半导体激光器的阈值电流为10mA，光功率和输入电流关系曲线的斜率为2mW/mA，用mA表示的总注入电流为i=20+sinωt。
（a）写出输出功率的计算公式，并画出曲线。
（b）如果电流变为i=10+ sinωt，画出输出功率波形。
6.10 比较发光二极管与半导体激光器的优缺点。
6.14 某特殊的掺铒光纤放大器工作带宽超过20nm（1530nm~1550nm）。
有多少10-GHz的信道能安置在这个区域内（即所谓复用）并被同时放大？6.26 掺铒光纤放大器的泵浦波长为980nm，放大波长为1550nm。
如果仅仅考虑一个980nm 光子产生一个1550nm光子的能量损失，试计算此放大器的效率。
6.29 如果输入波长是1450nm，拉曼散射导致光频率有13.2THz的向下频移。
计算输入信号的频率和向下频移后的输出频率。
6.30 根据6.7节的论述，单泵浦的拉曼放大器有6THz的带宽，带宽拉曼放大器的结构如图6.43所示。
画出能同时放大S波段、C波段和L波段信号的带宽拉曼放大器结构图。
计算每个泵浦激光器的中心波长。
第七章7.12 考虑一个如图7.8 所示的PIN检测电路。
假设电源电压为10V，负载电阻为2M ，检测器的响应度为0.25A/W，暗电流为0.5nA。
（a）在入射光功率为5uW~50uW范围内，画出二极管光电导区的电压-电流特性曲线，取功率间隔为5uW。
（b）在此特性曲线画出负载线。
（c）画出输出电压与入射光功率的对应关系。
（d）当入射光功率为何值的时候检测器开始饱和。
7.13 假定一个PIN 光电二极管的耗尽层宽度为30um ，载流子的漂移速度为5410⨯m/s ，结电容为6pF 。
（a ）计算渡越时间限制带宽。
（b ）不影响上面计算所得带宽的最大负载电阻是多少？ （c ）当负载电阻为10000Ω时，其带宽为多大？7.15 假设一个InGaAs APD 工作在1.55um ，其量子效率为0.7，增益为100，试计算其响应度。
要检测器产生20nA 的光电流所需要的光功率为多大？第八章8.3 对多模SI光纤，多大的相对横向偏移会产生10dB的损耗？8.4 将多模光纤换成V=2.4的单模光纤，重做习题8.3。
8.8 画出单模光纤的未对准角度与损耗（以dB 为单位）的关系曲线。
此单模光纤的参数为468.1,47.121==n n ，V=2.4,角度从00到04变化。
首先，假设工作波长为0.8um ，然后假设工作波长为1.3um 。
8.11 画出习题8.8所描述的单模光纤端面间隙与损耗（以dB 为单位）的关系曲线。
波长分别为0.8um 和1.3um ，端面间隙从0到500um 变化。
第九章9.1 一个理想的四端口定向耦合器的分光比为4：1。
（a）每个端口的输出功率与输入功率比是多少？（b）计算直通损耗、抽头损耗、方向性系数和附加损耗。
9.2 一个四端口定向耦合器的分光比为4:1，附加损耗等于2dB，耦合器的方向性系数是40dB。
（a）每个端口的输出功率与输入功率比是多少？（b）计算直通损耗和抽头损耗。
（c）计算由于耦合器的辐射、散射和吸收引起的损耗（用dB表示）。
9.22 一理想单模熔锥型定向耦合器的分光比为1:1，耦合系数1=∆βrad/mm 。
（a ）耦合区的长度是多少？（b ）如果分光比为10:1，重复上述问题。
9.23 一个理想熔锥型单模耦合器用做两个波长的解复用器，1λ和2λ在端口1输入。
1λ的耦合系数是2rad/mm ，这个波长的功率全部耦合到端口3。
波长2λ全部传输到端口2。
（a ）计算互作用长度。
（b ）计算2λ的耦合系数值。
（c ）计算2λ的耦合长度c L 。