光纤通信习题课
光纤通信课后习题解答 第2章习题参考答案
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⎩⎨⎧≥<=ar n ar n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121⎪⎩⎪⎨⎧≥<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=ar n a r a r n r n cm α 3．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 2sin 10∆==n NA φ 渐变型光纤的数值孔径 ()() 20-0sin 220∆===n n n NA c φ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。
数值孔径是衡量光纤的集光能力，即凡是入射到圆锥角φ0以内的所有光线都可以满足全反射条件，在芯包界面上发生全反射，从而将光线束缚在纤芯中沿轴向传播。
4．简述光纤的导光原理。
答：光纤之所以能够导光就是利用纤芯折射率略高于包层折射率的特点，使落于数值孔径角)内的光线都能收集在光纤中，并在芯包边界以内形成全反射，从而将光线限制在光纤中传播。
光纤通信课后第1章习题答案
第1章 复习思考题参考答案1-1 用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出答：1966年7月英籍华人高锟提出用光导纤维可进行通信。
1-2 光纤通信有哪些优点光纤通信具有许多独特的优点，他们是： 1. 频带宽、传输容量大； 2. 损耗小、中继距离长； 3. 重量轻、体积小； 4. 抗电磁干扰性能好； 5. 泄漏小、保密性好；6．节约金属材料，有利于资源合理使用。
1-3 简述通信网络的分层结构构成通信网络的基础设施可用图1.1.3所示的分层模型来描述。
这种分层网络支持传统的电复用信号传输，但是也可以提供全光端对端透明连接。
在光层中传输的网络功能，如分插复用（ADM ）、交叉连接、信号存储以及业务调度均在光层中完成。
电交换/复接层( 层)LAN POTS CATVOXCOXCOXC业务和应用层光传送/网络层光接入声音视频网络管理OADMOADMOADM: OXC ：光分插复用光交叉连接SDH/ATM图 1.1.3 通信网络的分层结构1-4 比较光在空气和光纤中传输的速度，哪个传输得快答：当光通过比真空密度大的光纤时，其传播速度要减慢，如图1.2.3所示，减慢的程度与介质折射率n 成反比。
图1.2.3 光通过密度大的介质时传播速度要减慢1-5 简述抗反射膜的工作原理。
答：当光入射到光电器件的表面时总会有一些光被反射回来，除增加耦合损耗外，还会对系统产生不利的影响，为此需要在器件表面镀一层电介质材料，以便减少反射，如图1.3.6所示。
在该例中，空气折射率11=n ，器件材料是硅，5.33=n ，电介质材料选用43N Si ，其折射率9.12≈n ，在空气和硅器件折射率之间。
当入射光到达空气和抗反射膜界面时，标记为A 的一些光被反射回来，因为它是外反射，所以反射光与入射光相比有180o的相位变化。
该光波在电介质材料中传播，当到达抗反射膜和器件界面时，除大部分光进入器件外，一些光又被反射回来，标记为B 。
因为23n n >，还是外反射，B 光仍有180o 的相位变化，而且当它从抗反射膜出来时，已经受了2d 距离的传输延迟，d 为抗反射膜的厚度。
《光纤通信》课后习题答案
1．光纤通信的优缺点各是什么？答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。
缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。
2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。
光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。
光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。
电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。
光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。
光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。
常用的器件有PIN和A PD。
然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。
模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。
光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。
光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。
光纤通信习题课-73页PPT精品文档
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
（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？
解：（1）
V=2pa l
n1 2-n2 2=2lpan1
2D
2pa l = V n1 2D
• LP01模： V = 0无截止波长； • LP02模：V３ 3.832,lc 8.69截止波长为8.69 μm • LP11模：V３ 2.405,lc 13.86截止波长为13.86 μm • LP12模：V３ 5.520,lc 6.033截止波长为6.033 μm （2）
一、填空 1.光纤的导光原理与结构特性可用 射线 理论
与导波理论两种方法进行分析。 2.光纤中，导引模的截止条件为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。
4.光纤色散参数的单位为 ps/(nm·km，) 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。
V=2pa l
n1 2-n2 2=2lpan1
2D
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；
光纤通信习题课
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 。 4.温度升高，LED光源线宽 变宽 ，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。（ × ）
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
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：V 2 0 an 1 2 n 2 2 21 11 0 .52 5 1 .42 5 3.4 4
V2 M
3.442
59.618592
22
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
（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？
解：（1）
V=2pa l
n1 2-n2 2=2lpan1
2D
2pa l = V n1 2D
• LP01模： V = 0无截止波长； • LP02模：V３ 3.832,lc 8.69截止波长为8.69 μm • LP11模：V３ 2.405,lc 13.86截止波长为13.86 μm • LP12模：V３ 5.520,lc 6.033截止波长为6.033 μm （2）
光纤通信习题课与复习105
13、光谱线宽度为1.5nm的光脉冲经过长为20km，色散系数为 3ps/km·nm的单模光纤传输后，光脉冲被展宽了多少？ 答： D * L * 3*20*1.5 90 ps
m
例1.已知阶跃型光纤的n1=1.5，△=1％，工作波λ =1.3μ m， 光纤长度L=1km，光纤中的导模数量M=2。求： ① 光纤的数值孔径NA。 ② 光纤的纤芯半径a。 ③ 计算光纤带宽（只考虑模式色散,不计 dn1/dλ） 解：① NA≈n1(2Δ)1/2=1.5*(2*0.01) 1/2= 0.21 ② 阶跃多模光纤，g->∞，M=V2/2 => V=2 V=2*3.14*a*NA/λ => a= 2* 1.3/(2*3.14*0.21)= 1.97μm ③ σ (g->∞）≈ τ *0.4247=0.4247* Ln1Δ /C =0.42*1000*1.5*0.01/3x108= 2.1ns f3dB =187/σ =187/2.1=89 MHZ(数字信号允许速119Mb/s)
•5、怎么定义光纤耦合器的插入损耗、附加损耗、耦合比和 串音？。 答： 插入损耗等于指定端口输出光功率之和与输入光功率之比 的分贝值，用 附加损耗：全部输入端口的输入光功率与全部输出光功率 的比值的分贝值。 耦合比：某一个输入端口的输出光功率与全部输出光功率 的比值。 串音：一个输入端口的光功率与耦合器泄露到其它输出 （入）端口的光功率的比值。
例题一：PIN光接收机的灵敏度Pr为-35dBm, 动态范围为 15dB,若接收到的光功率为20μW，问系统能否正常工作？
解：先将20uW化为dBm的单位： 2*10*103 mw P 10 lg( ) 17dBm; 1mw Pmax Pr D 35 15 20dBm; 因为P Pmax, 接收的光功率过载，系统不能正常工作。
《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。
《光纤通信》课后习题答案
（2）若取芯径 a = 5m m ，保证单模传输时，则
8
1 λ0 V 1 λ0 2.405 = ∆ < ≈ 0.002 2 2π n1a 2 2π n1a
2
2
8．渐变光纤的折射指数分布为
a r = − ∆ n r n 0 1 2 ( ) ( ) a
2π
λ1
2 = a n12 − n2
2π
λ1
a ⋅ NA ，得到纤芯直径为
a=
2M 1 0.85 2000 λ1 V1 λ ⋅ = 1 ⋅ = ≈ 30.27 2π NA 2π 2π 0.20 NA
（2）当 λ2 = 1.31m m ，有
2M 1 λ2 2M 2 λ1 ⋅ =⋅ 2π 2π NA NA
2π
λ0
= ∆ 33.3 a ⋅ n1 2
光纤中传播的模数量
M≈ V2 = 554 2
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。试问： （1）其纤芯直径为多少？ （2）在 1310nm 波长上可以支持多少个模？ （3）在 1550nm 波长上可以支持多少个模? 解： （1）由 V1=
/10 = Po Pi 10−α L= 150 × 10
2 n12 − n2 ≈ 0.38
4．已知阶跃光纤纤芯的折射率为 n1 = 1.5 ，相对折射（指数）差 ∆ =0.01 ，纤芯 半径 a = 25m m ，若 λ0 = 1m m ，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
= V 2π
λ0
2 a n12 −= n2
θ r = 57 °。由于折射光束和反射光束之间的夹角正好为
《光纤通信》课后习题及答案
1．光纤通信的优缺点各是什么？答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。
缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。
2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。
光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。
光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。
电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。
光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。
光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。
常用的器件有PIN和APD。
然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。
模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。
光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。
光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。
光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。
3．假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和 1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？解：根据题意，求得在5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。
光纤通信课后习题参考答案
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n?r????n1?n2r?a r?a?2??r???nm?1?2?????n?r????a???????nc渐变型光纤的折射率分布r?a r?a7．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n1=1.50，n2=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。
《光纤通信》课后习题答案..
1．光纤通信的优缺点各是什么？答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。
缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。
2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。
光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。
光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。
电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。
光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。
光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。
常用的器件有PIN和APD。
然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。
模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。
光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。
光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。
光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。
3．假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和 1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？解：根据题意，求得在5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。
光纤通信课后习题答案
光纤通信课后答案1-1 用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出答：1966年7月英籍华人高锟提出用光导纤维可进行通信。
1-2 光纤通信有哪些优点光纤通信具有许多独特的优点，他们是：1. 频带宽、传输容量大；2. 损耗小、中继距离长；3. 重量轻、体积小；4. 抗电磁干扰性能好；5. 泄漏小、保密性好；6．节约金属材料，有利于资源合理使用。
1-3 简述通信网络的分层结构构成通信网络的基础设施可用图，但是也可以提供全光端对端透明连接。
在光层中传输的网络功能，如分插复用（ADM ）、交叉连接、信号存储以及业务调度均在光层中完成。
图1.1.3 通信网络的分层结构1-4 比较光在空气和光纤中传输的速度，哪个传输得快答：当光通过比真空密度大的光纤时，其传播速度要减慢，如图，减慢的程度与介质折射率n 成反比。
图1.2.3 光通过密度大的介质时传播速度要减慢1-5 简述抗反射膜的工作原理。
答：当光入射到光电器件的表面时总会有一些光被反射回来，除增加耦合损耗外，还会对系统产生不利的影响，为此需要在器件表面镀一层电介质材料，以便减少反射，如图，空气折射率11=n ，器件材料是硅，5.33=n ，电介质材料选用43N S i ，其折射率9.12≈n ，在空气和硅器件折射率之间。
当入射光到达空气和抗反射膜界面时，标记为A 的一些光被反射回来，因为它是外反射，所以反射光与入射光相比有180o 的相位变化。
该光波在电介质材料中传播，当到达抗反射膜和器件界面时，除大部分光进入器件外，一些光又被反射回来，标记为B 。
因为23n n >，还是外反射，B 光仍有180o 的相位变化，而且当它从抗反射膜出来时，已经受了2d 距离的传输延迟，d 为抗反射膜的厚度。
其相位差为()d k c 2，这里c k 是电介质材料的波矢量，并且c c π2=k ，式中c λ是光在电介质材料抗反射膜中的波长。
因为2c n λλ=，这里λ是自由空间波长，反射光A 和B 间的相位差是()()d n 2 π22λφ=∆ （为了减少反射光，光波A 和B 必须相消干涉，这就要求两者的相位差必须为 π 或者 π 的奇数倍，于是π2π22m d n =⎪⎭⎫ ⎝⎛λ 或 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=244n m m d c λλ ⋅⋅⋅= 5 ,3 ,1m （ 于是要求镀膜的厚度必须是四分之一镀膜介质波长的奇数倍。
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。
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⎩⎨⎧≥<=ar n ar n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121⎪⎩⎪⎨⎧≥<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=ar n a r a r n r n cm α 3．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2s i n 10∆==n NA φ 渐变型光纤的数值孔径 ()() 20-0s i n220∆===n n n NA c φ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。
《光纤通信课后习题答案.
习题一1．光纤通信的优缺点各是什么？答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。
缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。
2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。
光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。
光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。
电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。
光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。
光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。
常用的器件有PIN和APD。
然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。
模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。
光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。
光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。
光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。
3．假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？解：根据题意，求得在5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。
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• 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
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。
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？
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
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。 （× ）
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
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
• 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°
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
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
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
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
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
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
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。（√ ）
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。
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 。
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.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)
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。
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