光纤通信习题课

为保证单模传输 V £ 2.405
a £ 7.72mm
3.均匀光纤芯与包层的折射率分别为n1=1.50及 n2=1.45，试计算 （1）光纤芯与包层的相对折射率差； （2）光纤的数值孔径NA； （3）在1m长的光纤上，由子午光线的光程差所引 起的最大群时延差
n1 - n2 1.50 - 1.45 解：D = = = 0.033 n1 1.50 NA = D t max
2p a 2 2p a 2 解：（1） V = n1 - n2 = n1 2D l l 2p a l = n1 2D V
• LP01模： V = 0无截止波长； V ３3.832, l c 8.69 截止波长为8.69 μm • LP02模： • LP11模：V ３2.405, l c 13.86 截止波长为13.86 μm • LP12模： V ３5.520, l c 6.033 截止波长为6.033 μm （2） 2p a 2 2p a 2 V= n1 - n2 = n1 2D = 33.32 l l 2 V M= = 555 2
• 1ABD 2B 3B 4AD 5BCD 6A 7AD
四、简答题 影响光纤系统信号传输特性的主要因素是什么？ 损耗；色散；非线性； 光源的脉宽与谱宽； 信号本身的速率与带宽
五、计算题 1.计算n1=1.48及n2=1.46的阶跃折射率分布光纤 的数值孔径。如果光纤端面外介质折射率为 n=1.00，则允许的最大入射角θ max为多少？ 解：NA=（n12-n22）1/2=0.2425 最大入射角θ max=arcsin0.2425=14.03°
V
0
n1 n2
1
1.55 1.45 34.4
V 2 34.42 M 591.68 592 2 2
由于591＜591.68＜592，所以，光纤中可以 传输的导模数量为591。
9.阶跃折射率光纤的相对折射率差 0.005 ，其 55m 1.3m 和 1.时， 中 n1 1.5，当波长分别为 0.85m ， 要实现单模传输， 应小于多少？ 解： v 2a n n 2a n 2
6.光源产生的光脉冲的载频随时间变化的现象称 为（ ） A 啁啾 B 损耗 C 色散 7.色散导致产生啁啾频率分量，不同频率分量在 光纤内以略微不同的速度传输，导致脉冲展宽。 光纤色散对光脉冲传输特性的影响表现在两个 方面：（）和（） A 色散导致啁啾 B 啁啾导致色散 C 脉冲展宽促进了啁啾 D 啁啾促进了脉冲展宽
6.光纤在1310nm处的损耗为0.5dB/km，在 1550nm处的损耗为0.25dB/km。假设下面两种 信号同时进入光纤：在 1310nm波长的150 μW 的光信号和在1550nm波长的100 μW的光信号， 试问这两种光信号在8km和20km 处的光功率各 是多少？
解：（1）在8km处， L1 = 0.5dB / km? 8km
7.单模传输条件是归一化参量 V<2.405 。 8.散射损耗与 光纤材料 及 光纤中的结构缺陷 有 关。 阶跃型 9.目前通信上常用的三种通信光纤为 多模光纤 、 渐变型 单模光纤 和 。 多模光纤 10.数值孔径（NA）越大，光纤接收光线的能 力越 强 ，光纤与光源之间的耦合效率就 越 高 。 11.允许单模传输的最小波长称为 截止波长 。 12.降低延时色散应 减小 NA。
7.某特定波长的光信号在光纤中传输3.5km后， 损失其功率的55%，求其光纤的损耗是多 少？（表示为dB/km）
- 10lg(1- 55%) = a ? 3.5km a = 0.991dB / km
8.假设阶跃折射率光纤的 ，求归一化频率V， 并求出光纤中可以传输的导模数量M。 解： 2a 2 10 2 2 2 2
2.为什么说光纤通信比电缆通信的容量大？ 答：光纤通信的载波是光波，电缆通信的载 波是电波。虽然光波和电波都是电磁波， 但是频率差别很大。光纤通信用的近红外 光（波长约1 μm ）的频率（约300THz） 比电波（波长为0.1m—1mm）的频率 （3—300GHz）高3个数量级以上。载波频 率越高，频带宽度越宽，因此信息传输容 量越大。
二、判断 1.射线理论可以很好的用以理解多模光纤的导光 原理与特性，特别是当纤芯直径远大于光波波 长时；当纤芯直径与波长可比拟时，应用导波 理论进行分析。 （ √ ） 2.V值越大，能够传播的模式越多。（√ ） 3.大多数单模光波系统的光纤，其V参数都设计 在4.0~4.2之间。 （ ×） 4.波导色散参数Dw在0~1.6μm间都是负值，它使 光纤的零色散波长从1.2 μm向右移动了 30~40nm，总的色散在λ =1.51 μm附近为零。 （× ）
第五代以光孤子脉冲为通信载体，以光时分 复用技术（OTDM）和波分复用技术 （WDM）联合复用为通信手段，以超大容 量、超高速率为特征。
4.光纤通信的主要应用是什么？ 答： 有线、无线通信网； 构成因特网的计算机局域网和广域网； 有线电视的干线和分配网； 综合业务光纤接入网。
第1章 光纤传输理论
4dB; 2dB
L2 = 0.25dB / km ? 8km 由L = - 10 lg P / P0
P P2 1 得4dB = - 10 lg ; 2dB = - 10 lg 150m W 100m W P W ; P2 = 63.10m W 1 = 59.72m
• 同理在20km处求得
ⅱ P W ; P2 = 31.62m W 1 = 15m
2.假设阶跃折射率分布光纤n1=1.48及n2=1.478， 工作波长为1550nm，求单模传输时的光纤纤 芯半径，此光纤的数值孔径为多少？光纤端面 光线容许的最大入射角为多少？
解：NA=（n12-n22）1/2=0.0769 最大入射角θ max=arcsin0.0769=4.41°
2p a 2 2p a 2 V= n1 - n2 = n1 2D l l
2 2 2 1 1
0
2 0.005 2.405
0
第2章 光源与光调制
一、填空 1.在半导体中，费米能级差必须超过 带隙 才能 发生粒子数反转。 阈值 器件，它通过受激 发射发 2.LD是一种 光，具有输出效率 高 、输出光发散 角 窄 、与单模光纤耦合效率 高 、辐 窄 射光谱线 等优点。 3.LED的基本结构可分为两类， 即 面发光LED 、 边发光LED。
3.对纯石英光纤，在λ =（ ）处，色散参数 D=0，这个波长称为零色散波长λ 0. A 1.276μm B 1.3 μm C 1.463 μm D 1.467μm 4.限制光纤传输容量（BL 积）的两个基本因素 是（ ）和（ ）。 A 光纤色散 B 光纤折射 C 光纤衰减 D 光纤损耗 5.光纤的衰减机理主要有三种，即（）（）（） A 光能量的折射损耗 B光能量的吸收损耗 C 光能量的散射损耗 D光能量的辐射损耗
光纤通信习题课
第0章 绪论
一、填空题 1.光纤通信是以 光波 为载频，以 光纤 为传输 介质的通信方式。 2.光通信系统使用电磁波谱中近红外区域的 高频电磁波，其频率约为 300THZ。 3.光纤通信系统的通信窗口的波长范围 是 0.7~1.7 。 μm 4.光纤通信的最低损耗波长是 1.55μm 。零色 散波长是1.31μm 。
2p a V= n - n = n1 2D l l 为保证单模传输 V £ 2.405
2 1 2 2
a £ 0.47mm
（2）为保证单模传输 V £ 2.405
D ? 0.0022
5.已知均匀光纤芯的折射率n1=1.50，相对折 射率△=0.01，纤芯半径a=25 μm，求： （1）LP01LP02LP11LP12模的截止波长各为多 少？ （2）若λ0=1μm，光纤的归一化频率V以及其 中传输的模式数量M各为多少？
一、填空
1.光纤的导光原理与结构特性可用 射线 理论
与波导理论两种方法进行分析。
2.光纤中，导模的截止条件为ω =0或 u=0 。
3.单模光纤中不存在 模间色散，仅存在模内 色 散，具体来讲可分为 材料色散和 波导色散 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
km) 4.光纤色散参数的单位为 ps/(nm· ，代表 两个波长间隔为 1nm 的光波传输 1km距离 后到达的时间的延迟。 5.对纯石英光纤，在λ = 1.276μm 处，材料 色散参数DM=0，在λ = 1.31μm 处，色散参 数D=DM+DW=0,这个波长称为 零色散波长。 6.在单模光纤中，由于光纤的双折射特性使 两个正交偏振分量以不同的群速度传输， 也将导致光脉冲展宽，这种现象称 为 偏振模色散（PMD 。 ）
2 2 2

1
0

1
0
要实现单模传输，则 v 2.405 2a 2a 2 3.14 a v 2 1.5 n n n 当 0 0.85m 时 0 . 85 计算得 a 2.17 同理得： 当 0 1.3m 时 a 3.32 当 0 1.55m 时 a 3.96
3.简述五代光纤通信所工作的波段和最大通 信容量。 答： 第一代 工作于0.85 μm ，最大通信容量 约500Mb/(s· km)； 第二代 工作于1.31 μm ，最大通信容量约 85Gb/(s· km)； 第三代 工作于1.55 μm ，最大通信容量约 1000Gb/(s· km)； 第四代采用光放大器增加中继距离，采用频 分和波分复用技术增加比特率，最大通信 容量约为2000Gb/(s· km)
2.目前光纤通信常用的窗口有（ ）
A 0.85μm B 2μm C 1.31 μm D 1.55μm
3.目前光纤通信广泛使用的光源有（ ）
A LED
B LD
C PCM D PDH
4.光纤通信是以光波为载频，以（）为传输 介质的通信方式。 A 电缆 B 无线电磁波 C 光纤 D 红外线
四、简答题 1.光纤通信主要有哪些优点？ 答：通信容量大；中继距离长；保密性能好； 抗电磁干扰；体积小、重量轻，便于施工 和维护；价格低廉。
2 n12 - n2 =
1.502 - 1.452 = 0.384
L = ( NA) 2 = 0.16ns 2n1c
4.均匀光纤n1=1.50，λ0=1.3μm，计算 （1）若△=0.25，为保证单模传输，其纤芯半径 应取多大？ （2）若取a=5 μm,为保证单模传输,△应取多大？
解：（1） 2p a
二、判断题 1.光发送机的作用是将光形式转化为电信号。 （） 2.确定接收机性能的一个重要参数是接收机灵 敏度。（ ） 3.对光参数调制，目前大多数光纤通信系统都 采用相位调制。（ ） 4.光中继器的作用是为了延长通信距离。（ ）
三、选择题（有一个或多个答案） 1.在光通信发展史上，（ ）和（ ）两个难题 的解决，开创了光纤通信的时代。 A 宽带光纤 C 省源光源 B 小型光源 D 低损耗光纤
5.吸收损耗与光纤材料有关。 （√ ） 6.辐射损耗是由光纤几何形状的微观和宏观扰 动引起的。 （√ ） 7.数字孔径（NA）越大，光纤从光源吸收的光 能量就越小。 （×） 8.数值孔径与纤芯和包层的折射率分布有关， √ ） 而与光纤的直径无关。 （
三、选择 1.从截面上看，光纤基本上由3部分组成 （ ）、 （ ）、（ ）。 A 折射率较高的芯区 B 折射率较低的包层 C 折射率较低的涂层 D 外面的涂层 E 外面的包层 2.单模光纤只能传输一个模式，即（ ），称为 光纤的基模。 A HE00模 B HE11模 C HE10模 D HE01模
3.光与物质相互作用存在三种不同的基本过程， 即光子的 自发辐射 、 受激吸收 和 受激辐射 。 变宽 4.温度升高，LED光源线宽 ，峰值波长 向 长波长 方向移动。
二、判断题 1.在可见光或近红外辐射情况下，在室温状 态下，受激发射居支配地位，因此热光源 不能发出相干光。（ × ） 2.激光器工作必须离开热平衡状态，因此必 须使用外部能源泵浦，以实现粒子数反转， 这是激光器工作的先决条件。（ ）√ 3.自发辐射输出的是非相干光，受激发射输 出的是相干光波。（√ ） 4.半导体光源是通过电子在能级间的跃迁而 发光的。（√ ）