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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//??52

zA5 10x10 一9x〃x(10—2)2

S、- S 3.18X1O13 1 12

(3)w = — = ------- ；— = 1.06x 10 J1 s

c 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。

(1)S = — =士姐

D

DA A DA

Xj =—— x4 =4 ——

a a

%4 f [ =3 ——

a

a(x4 -Xj) 7

/ = ------- ---- -- = 5x10 m

3D

F) J

(2)Ax = ------ = 3x10 "m

2-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。油的折射率为1.3,玻璃的折射率为1.5 ,若单色光的波长可由光源连续调节，并观察到500nm与700nm这两个波长的单色光在反射中消失，求油膜的厚度。

解：由于空气的折射率小于汕的折射率，汕的折射率小于玻璃的折射率，薄汕膜的上、下两表面反射而形成相干光，由于两束光的路程不同而引起的光程差为2n2c；由于薄油膜的上、下两表面反射光都发生位相突变而不引起额外的光程差。

所以总的光程差为5 =

当反射光因干涉而减弱，则有6 = 2n2e = (k-\/2)A

由上式得⑷一1/2团=(妇一1/2)% 灯，k2=l, 2, 3 ...........................................

所以ki =4, k2=3

把n2=1.3代入得到汕膜的厚度为干涉加强的光波波长为：

e=673.08nm

2-4 、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9

略

2-9 一束线偏振光入射到偏振片上，光矢量方向与偏振化方向分别成30°角和60°角，问透过偏振片的光强之比是多少？

解：利用马吕斯定律：/ = /O cos2a

/I COS2 30°々 |

—= ------------- = 3:1

12cos2 60°

2-10 一束光强为10的自然光通过两块偏振化方向正交的偏振片M与N。如果在M与N之间平行地插入另一块偏振片C,设C与M偏振化方向夹角为0,试求：①透过偏振片N后的光强为多少?②定性画出光强随()变化的函数曲线，并指出转动一•周，通过的光强出现儿次极大和极小值。

(1)/ = /()sin2^cos2^ = ^sin22^

(2)转动一周，通过的光强出现4次极大和极小值。

2-11有一•介质，吸收系数为。=0.32血一|,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

I =【广

可得：

当透射光强分别为入射光强的10%时，介质的厚度为7. 196cm；

2-12 •个频率为6x10" Hz 的光源, 其发射功率为10W,它一秒内发射多少个光子?

= 2.52x1()19

由匕

q ----

2nL

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 ；

解:

P = lOW,v = 6xlO l4Hz

N = L = _____ 12 __ hv 6.626X 10-34X 6X 1014 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：

警 光学谐振腔

苻 M 二激涪不质二二-二 全反射镜-部分反射镜

- ---- 激励源 ---------

(1)

激光工作物质 (2)

激励 (3) 光学谐振腔

2-14 He —Ne 激光器的中心频率v 0 =4.74x1014 Hz,自发辐射谱线宽度为

△ “ = 6xl()8 Hz,若想获得单模输出，腔氏应为多少?

解：纵模个数N 为

Av N =—

△匕〃

当单模输出时N=l,即八匕〃 =6x10' Hz

=4m