光纤通信实验报告思考题
光纤通信复习思考题
复习思考题
第一章概述
1.1 什么是光纤通信？它为何能够成为一种主要的通信方式？
第二章光纤
2.1 光纤的基本结构是怎样的？
2.2 何谓阶跃光纤？何谓渐变光纤？
2.3 何谓多模光纤？何谓单模光纤？
2.4 何谓子午光线和斜射光线？说明子午光线在阶跃光纤和渐变光纤纤芯内传光路线的形状、传光路线与光纤端面入射角的关系等特点。
2.5导波截止的临界条件？
2.6 何谓数值孔径？其物理意义是什么？写出各类数值孔径的计算公式。
2.7 何谓光纤衰减常数？其物理意义是什么？
2.8 何谓光纤截止波长？
2.9 光纤存在哪些色散类型？
第三章光收发设备
3.1 在光纤通信系统中光端机的功能是什么？
3.2 何谓内调制和外调制？
3.3何谓粒子数反转？何谓光放大？
3.4 激光二极管（LD）由哪些部分构成？各部分的功能是什么？
3.5何谓LD的予偏置电流IB？应当如何选择IB？
3.6 光接收电路的信号传输通道由哪些部分组成，各有何功能？
3.7 光接收机的灵敏度、动态范围是怎样定义的？有何用处？
3.8 光纤通信中码间干扰产生的原因是什么？采用什么方法予以消除？。
《光纤通信》第7章复习思考题参考答案
第7章复习思考题参考答案7-1 光纤数字通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素答：光纤传输系统光源的发射功率和线性都有限，因此通常选择二进制脉冲传输，因为传输二进制脉冲信号对接收机SNR的要求非常低（15.6 dB，见5.5.2节），甚至更低（见7.7.2 节），对光源的非线性要求也不苛刻。
信道编码的目的是使输出的二进制码不要产生长连“1”或长连“ 0" （Consecutive IdenticalDigits, CID），而是使“ 1”码和“ 0”码尽量相间排列，这样既有利于时钟提取，也不会产生因长连零信号幅度下降过大使判决产生误码的情况。
7-2 光纤数字通信系统中常用的线路码型是什么答：大多数高性能干线系统使用扰码的NRZ码，如SDH干线。
这种码型最简单，带宽窄，SNR高，线路速率不增加，没有光功率代价，无需编码。
在发送端只要一个扰码器，在接收端增加一个解扰码器即可，使其适合长距离系统应用。
扰码和解扰可由反馈移位寄存器和对应的前馈移位寄存器实现。
通过扰码器可将简单的二进制序列的“0”码和“ 1”码的分布打乱，并按照一定的规律重新排列，从而减少长串连“0”，或长串连“ 1 ”，并使“ 0”码和“1”码的分布均匀，使定时提取容易。
但是，扰码没有引入冗余度，还不能根本解决问题，所以在现代通信系统中，还需要进行码变换。
mBnB编码就是一种码变换。
另一种在ITU-T G703建议中规定PDH 接口速率139.264 Mb/s和SDH 接口速率155.520 Mb/s的物理/电接口码型是CMI码，它规定输入码字为“ 0”时，输出为01;输入码字为“ 1”时，输出为00或11。
双二进制编码（Duo Bin ary，DB ）技术能使“ 0”和“ 1”的数字信号，经低通滤波后转换为具有三个电平“ 1”、“0”和“ X ”的信号。
这种技术与一般的幅度调制技术比较，信号谱宽减小一半，这就使相邻信道的波长间距减小，可扩大信道容量，所以有的高速光纤通信系统采用双二进制编码。
光纤通信实验报告
XX学号时间地点实验题目半导体激光器P-I特性测试实验一、实验目的1、学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系3、掌握半导体激光器P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试方法二、实验内容1、测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出P-I关系曲线2、根据P－I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流，计算半导体激光器斜率效率三、实验仪器1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱1台2、FC接口光功率计1台3、FC-FC单模光跳线 1根4、万用表1台5、连接导线 20根四、实验步骤1、用导线连接电终端模块T68(M)和T94(13_DIN)。
2、将开关BM1拨为1310nm,将开关K43拨为“数字”，将电位器W44逆时针旋转到最小。
3、旋开光发端机光纤输出端口（1310nm T）防尘帽，用FC-FC光纤跳线将半导体激光器与光功率计输入端连接起来，并将光功率计测量波长调整到1310nm档。
4、用万用表测量T97（TV+）和T98(TV-)之间的电阻值（电阻焊接在PCB板的反面），找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系（V＝IR110）。
5、将电位器W46（阈值电流调节）逆时针旋转到底。
6、打开交流电源，此时指示灯D4、D5、D6、D7、D8亮7、用万用表测量T97（TV+）和T98(TV-)两端电压（红表笔插T97，黑表笔插T98）。
8、慢慢调节电位器W44（数字驱动调节），使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值，并将测得的数据填入表格中，精确到0.1uW。
9、做完实验后先关闭交流电开关。
10、拆下光跳线与光功率计，用防尘帽盖住实验箱半导体激光器光纤输出端口，将实验箱还原。
五、实验报告结果1、根据测试结果，算出半导体激光器驱动电流，画出相应的光功率与注入电流的关系曲线。
2、根据所画的P-I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流的大小。
《光纤通信》第7章复习思考题参考答案分解
第7章复习思考题参考答案7-1 光纤数字通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素答：光纤传输系统光源的发射功率和线性都有限，因此通常选择二进制脉冲传输，因为传输二进制脉冲信号对接收机SNR的要求非常低（15.6 dB，见5.5.2节），甚至更低（见7.7.2节），对光源的非线性要求也不苛刻。
信道编码的目的是使输出的二进制码不要产生长连“1”或长连“0”（Consecutive Identical Digits, CID），而是使“1”码和“0”码尽量相间排列，这样既有利于时钟提取，也不会产生因长连零信号幅度下降过大使判决产生误码的情况。
7-2 光纤数字通信系统中常用的线路码型是什么答：大多数高性能干线系统使用扰码的NRZ码，如SDH干线。
这种码型最简单，带宽窄，SNR高，线路速率不增加，没有光功率代价，无需编码。
在发送端只要一个扰码器，在接收端增加一个解扰码器即可，使其适合长距离系统应用。
扰码和解扰可由反馈移位寄存器和对应的前馈移位寄存器实现。
通过扰码器可将简单的二进制序列的“0”码和“1”码的分布打乱，并按照一定的规律重新排列，从而减少长串连“0”，或长串连“1”，并使“0”码和“1”码的分布均匀，使定时提取容易。
但是，扰码没有引入冗余度，还不能根本解决问题，所以在现代通信系统中，还需要进行码变换。
m B n B编码就是一种码变换。
另一种在ITU-T G.703建议中规定PDH接口速率139.264 Mb/s和SDH接口速率155.520 Mb/s的物理/电接口码型是CMI码，它规定输入码字为“0”时，输出为01；输入码字为“1”时，输出为00或11。
双二进制编码（Duo Binary，DB）技术能使“0”和“1”的数字信号，经低通滤波后转换为具有三个电平“1”、“0”和“ 1”的信号。
这种技术与一般的幅度调制技术比较，信号谱宽减小一半，这就使相邻信道的波长间距减小，可扩大信道容量，所以有的高速光纤通信系统采用双二进制编码。
光纤技术思考题
光纤技术思考题１．已知一阶跃光纤芯区和包层折射率分别为n 1=1.62, n 2=1.52(a) 试计算光纤的数值孔径NA=?(b) 计算空气中该光纤的最大入射角M θ=?(c) 如果将光纤浸入水中（n 水=1.33），M θ改变吗？改变多少？２．设阶跃光纤的数值孔径NA=0.2,芯径a=60um ，0λ=0.9um,计算光纤传输的总模数。
３．欲设计阶跃单模光纤，其芯折射率为n 1=1.5,∆=0.005,试分别计算波长为0λ=1.3um 和0λ=0.6328um 的最大芯径。
４．将50mw 的光注入300m 长的光纤中。
如果在另一端接收到的功率为30mw ，试问每公里光纤的损耗是多少（用db/km 表示）？如果光纤长５公里，输出功率将是多少？ ５．最初制成的光纤的损耗是1db/m ，问传播１公里后损耗了百分之几？６．设一根光纤的芯的折射率n 1=1.532，外套的折射率n 2=1.530(a)计算临界角；(b)设一条光线沿轴向传播，另一条光线以临界角入射到外套层上，试求传播１公里后两光线的微分滞后；(c)为什么在大多数情况下希望临界角尽量小?７．已知一直圆柱形阶跃光纤，芯和包层折射率分别为n 1=1.62, n 2=1.52，其芯线直径d=10um ，弯曲后的曲率半径R=1.0cm(a) 试计算放在空气中子午光线的最大入射角M θ？(b) R 值低于多少时，子午光线便不再在内表面上反射？（入射角0θ=M θ） (c) 对该光纤，要使最大孔径角M θ增大到90°，则n 2最大应等于多少？(设芯线的折射率保持一定。
)(d) 当等于90°时，出射光会不会在光纤的出射端面上发生反射？８．已知“习题７”中的圆柱形阶跃光纤的入射端面有α=10°倾角，出射端面仍垂直于轴线(a) 试计算放在空气中光纤的最大入射角max θ。
(b) 要使max θ=90°，该光纤的数值孔径NA 至少要多少？这一光线（M θ=90°）会不会在出射端面内发生全反射？9．梯度折射率光纤的折射率分布满足n 2(r)= n 2(0)(1-α2r 2),其中α=140rad.mm -1,试求：当近轴光纤入射时，纤维中光线每传播一周期的长度L,如果纤维的总长为1km ，传播了多少周期？10．光纤和半导体激光器之间有哪些耦合方式，试说明透镜耦合比直接耦合效率高的原理。
光纤通信实验报告思考题
光纤通信实验报告思考题1、不考虑非线性效应，无啁啾的脉冲经过光纤的正常色散区和反常色散区传输后分别具有什么样的啁啾？为什么？答：不考虑非线性效应，无啁啾的脉冲经过光纤的正常色散区后具有正啁啾和反常色散区传输后具有负啁啾。
无啁啾的脉冲工作在正常色散区后，低频比高频传播得快，造成脉冲后沿传播速度比前沿传播速度快，从而产生正啁啾。
无啁啾的脉冲工作在反常色散区后，高频比低频传播得快，造成脉冲前沿传播速度比后沿传播速度快，从而产生负啁啾。
2、低峰值功率的脉冲（不考虑非线性效应）在什么情况下，经过光纤传输会产生压缩效应？答：脉冲要发生压缩的情形，应满足2C<0，且。
但一般的半导体激光器光源在直接强度调制时产生的光脉冲是负啁啾C<0，因此必须采用β2>0的单模光1、传输光纤为G.652光纤，工作波长为C波段，如传输系统采用光纤光栅进行色散补偿，则需要什么类型的光纤光栅？其工作原理是什么？传输光纤为G.652光纤，工作波长为C波段，如传输系统采用光纤光栅进行色散补偿，则需要啁啾光纤光栅。
啁啾光纤光栅(Chirped FBG)的光栅周期（空间频率）随光纤长度有变化的光纤布拉格光栅，主要用于光纤色散补偿。
其工作原理是，普通单模光纤在1550nm波长时为色散值D>0（反常色散区）。
光脉冲的高频分量（蓝移）较低频分量（红移）传输得快，导致脉冲展宽。
经啁啾光纤光栅传输以后的入射光中的长波长分量（低频）位于脉冲后沿，使其在光栅的起始端就反射，而短波长分量位于脉冲的前沿，使其在光栅的末端才被反射，于是就补偿了色散效应，使脉冲宽度被压缩甚至还原。
1、有两个脉冲，其宽度不同，但峰值功率相同，通过相同的光纤后（不考虑光纤的色散），由自相位调制效应所展宽的光谱是否相同？答：不相同。
脉冲频谱的展宽程度还与脉冲形状有关。
2、脉冲在光纤中的自相位调制效应跟什么因素有关系？如何增强自相位调制效应？答：自相位调制效应与输入光功率、传输距离、材料非线性折射率、光纤的型号、信号光的波长、输入脉冲的形状等因素有关。
光纤通信技术（系统）思考题
光纤通信技术(系统)思考题作业（一）简答题1.光调制的基本方法是什么？光纤通信一般的调制方案是什么？2.光纤通信系统由几部分组成? 主要传输哪两类信号？3.什么是光纤及其分类? 什么是光纤的模式，HE11(或LP01)模的特点是什么？单模及多模光纤的结构特点是什么？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。
5.为什么色散和损耗是光纤通信的主要限制因素？6.什么是G.652和G.655光纤，它们的特点分别是什么？7.简述测量光纤带宽(色散)和损耗的原理和方法。
作业（二）计算题8.已知多模阶跃型光纤，纤芯折射率为n1=1.5，光纤芯经2a=50μm，相对折射率差∆=0.01，求？a)光纤数值孔径N.A.和收光角？b)归一化频率V和导模总数N S（λ=1.3μm ）c)如模间色散为5ns/km，光纤长为10km，最大传输速率为多少？d)当∆=0.001时，光纤芯经2a为多大时光纤可单模工作？9.有一多模光纤，传输的距离带宽乘积（BL）为1000MHz∙km，问传输100MHz信号，最大可传输多少公里？10.有一单模光纤，在1550nm的色散系数为20ps/nm∙km，该光纤传输100 ps的光脉冲，经过10km后脉冲展宽为多少？（光源线宽为0.1nm）11.单模光纤的平均损耗为0.4dB/km，1mw的光功率输入传输100km后输出的光功率为多少？（分别用线形和对数坐标计算，体会后者的好处）12.利用光时域后向散射仪OTDR测量光纤，可以获取哪几方面的信息？其中测量的盲区由什么因素决定？在一测量过程中，后向散射脉冲与发射脉冲时延为50μs，请确定光纤断点的位置？（n1=1.5）作业（三）13.激光器产生激光的原理和阈值条件是什么?激光器一般由三个部分组成，固体激光器也不例外：（1）.工作物质这是激光器的核心，只有能实现能级跃迁的物质才能作为激光器的工作物质。
目前，激光工作物质已有数千种，激光波长已由X光远至红外光。
光纤通信实验报告归纳(参考)
实验一用户接口实验一、实验目的1、掌握用户接口电路的主要功能2、了解实现用户接口电路功能芯片Am79R70的主要性能和特点二、实验容1、掌握用户线接口电路的主要功能2、了解Am79R70的构造和工作原理3、了解接续的原理及其各种语音控制信号的波形三、实验仪器1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统1台2、20MHz 双踪数字示波器1台3、机2部4、连接导线20根四、实验原理1、用户线接口电路功能及其作用在现代通信设备与程控交换中，由于交换网络不能通过铃流、馈电等电流，因而将过去在公用设备〔如绳路〕实现的一些功能放到“用户电路〞来实现。
在程控交换机中，用户电路也可称为用户线接口电路〔Subscriber Line Interface Circuit—SLIC〕。
根据用户机的不同，用户接口电路可分为模拟用户接口电路和数字用户接口电路。
模拟用户接口电路与模拟相连，数字用户接口电路和数字终端相连〔如ISDN〕，而在此实验箱中采用模拟用户接口电路。
模拟用户线接口电路在实现时最大的压力应是能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器、继电器等分立元件构成，但随着微电子技术的开展，各种集成的SLIC相继出现，他们大都采用半导体工艺或是薄膜、厚膜会合工艺，性能稳定，价格低廉，已实现了通用化。
在程控交换机中模拟用户接口电路一般要具有B〔馈电〕，R〔振铃〕，S〔监视〕，C〔编译码〕，H〔混合〕，T〔测试〕，O〔过压保护〕七项功能。
具体含义是：1、馈电〔B-Battery feeding〕：向用户话机馈送直流电流。
通常要求馈电电压为-48V，环路电流不小于18mA。
2、过压保护〔O-Overvoltage protection〕：防止过压过流冲击损坏电路和设备。
3、振铃控制〔R-Ringing Control〕：向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/75Vrms正弦波。
4、监视〔S-Supervision〕：监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲灯信号已送往控制网络和交换网络。
光纤通信简明教程原荣课后思考题
光纤优点：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泄露小、保密性好6、节约金属材料光纤系统结构分为：点对点、一点对多点、网络拓扑结构光通网分：LAN MAN WAN光的本质？为什么相位差是（2πΔZ）/λ？光的本质是一种电磁波。
光波沿Z方向传播的数字表达Ex =E0COS(wt-kz+φ0 )，对于每一个wt是相同的，故被ΔZ分开的两点间的相位差Δφ可用kΔz简单表示，因为对于没一点wt是相同的。
假如相位差是0或2π的整数倍，则两个点是同相位，于是相位差Δφ=kΔz。
光纤结构：光纤是由Si02制成的纤芯和包层组成，为了保护光纤外面还增加尼龙外层。
包层的作用：把光纤限制在纤芯内。
尼龙外层：增强光纤的肉人心、机械强度和耐老话特性。
折射率的径向分布，光纤分为：阶跃光纤（SI）渐变光纤（GI）实用光纤分为：多模光纤(MM)、单模光纤（SM）常用单模光纤：标准单模光纤、色散单模光纤、非零色散移位光纤光纤传光原理：基于光的折射反射、描述光纤特性参数有：衰减、色散、带宽模式色散的产生:在多模光纤中，不同模式的光信号在光纤中传输的群速度不同，引起到达光纤末端的时间延迟不同经光探测后各模式混合使输出光生电流脉冲相对于输入脉冲展宽光连接器把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸连接的器件，对这种器件的基本要求是使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合进接收光纤。
跳线用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连，以构成光纤传输系统光耦合器的功能把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。
T形、星形、方向、波分。
光滤波器是从包含多个波长的输入光信号中提取出所需要波长的信号。
波分复用器把多个不同波长的发射机输出的光信号复合在一起，并注入一根光纤。
解复用器把一根光纤输出的多个波长的复合光信号，用解复用器还原成单个不同波长信号，并分配给不同的接收机。
光开关接通或断开光信号，转换光路，实现光信号的交换。
光纤光缆思考题
第一章光纤通信概述1、高质量的光纤通信要解决哪两个问题？（1）、理想光源；（2）、稳定可靠和低损耗的传输媒质。
2、按激光波长和传输模式光纤分哪四种？（1）、短波长（0.85um左右）多模光纤通信系统；（2）、长波长（1.31um）多模光纤通信系统；（3）、长波长（1.31um）单模光纤通信系统（4）、长波长（1.55um）单模光纤通信系统3、光纤通信有哪些优点？①、传输频带宽，通信容量大；②、损耗低、中继距离长；③、抗电磁干扰能力强；④、保密性能好；⑤、体积小，重量轻；⑥、节省有色金属和原料；⑦均衡容易；⑧软化点高。
4、利用光的折射原理分析光在不同媒质界面上的全反射现象由n1·sinθ1=n2·sinθ2得：当n1> n2时，从光密媒质射向光疏媒质，必有θ1<θ2，不发生全反射现象；当θ2=90·时，光线不再进入第二种煤质，此时θ1用θc表示，为临界角；当θ1>θc时，出现全反射现象，成为光信号在光纤通信中的必要条件。
第二章1、渐变光纤折射率分布指数g选什么值？在传光性能上有什么特点？g=2。
折射率最佳分布，光线具有自聚焦能力。
2、已知n1、n2（阶跃光纤），计算△、N A。
相对折射率：△=（n12-n22）/ 2n12数值孔径：N A= n12-n22 = n1 2△。
3、什么是模场直径？什么是截止波长？模场直径——单模光纤中基模的电场强度随空间变化的分布。
截止波长——单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长。
4、对光纤的几何参数有什么要求？芯直径：d=50±3μm；包层直径：D=125±3μm；纤芯不圆度：e < 6%；包层不圆度：E < 2%；纤芯/包层同心度偏差：c < 6% 。
5、单模光纤与多模光纤在结构上主要区别是什么？纤芯直径。
6、光纤损耗分哪几类？每一类又有什么损耗。
吸收损耗：本征吸收损耗：红外吸收损耗、紫外吸收损耗。
《光纤通信》第3章复习思考题参考答案汇编
第3章 复习思考题参考答案3-1 连接器和跳线的作用是什么？接头的作用又是什么答：连接器是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸（活动）连接的器件。
跳线用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连，以构成光纤传输系统。
接头是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性（固定）连接。
接头用于相邻两根光缆（纤）之间的连接，以形成长距离光缆线路。
3-2 耦合器的作用是什么？它有哪几种耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。
耦合器有T 形耦合器、星形耦合器、方向耦合器和波分耦合器。
3-3 简述波导光栅解复用器的工作原理阵列波导光栅由N 个输入波导、N 个输出波导、两个具有相同结构的N ⨯ N 平板波导星形耦合器以及一个平板阵列波导光栅组成，如图3.4.4所示。
这种光栅相邻波导间具有恒定的路径长度差∆L ，由式（1.2.8）可知，其相邻波导间的相位差为λφLn ∆=∆eff π2 （3.4.6）式中，λ是信号波长，∆L 是路径长度差，通常为几十微米，eff n 为信道波导的有效折射率，它与包层的折射率差相对较大，使波导有大的数值孔径，以便提高与光纤的耦合效率。
输入光从第一个星形耦合器输入，在输入平板波导区（即自由空间耦合区）模式场发散，把光功率几乎平均地分配到波导阵列输入端中的每一个波导，由阵列波导光栅的输入孔阑捕捉。
由于阵列波导中的波导长度不等，由式（3.4.6）可知，不同波长的输入信号产生的相位延迟也不等。
AWG 光栅工作原理是基于马赫-曾德尔干涉仪的原理，即两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论，所以输出端口与波长有一一对应的关系，也就是说，由不同波长组成的入射光束经阵列波导光栅传输后，依波长的不同就出现在不同的波导出口上。
此处设计采用对称结构，根据互易性，同样也能实现合波的功能。
输1λ11图3.4.3 由阵列波导光栅（AWG ）组成的解复用器/路由器3.4 简述介质薄膜干涉滤波器解复用器的作用（见原荣编著《光纤通信（第2版）》3.4.3节）答：介质薄膜光滤波器解复用器利用光的干涉效应选择波长。
《光纤通信》原荣 第三版 第5章 复习思考题参考答案
第5章 复习思考题参考答案5-1 光探测器的作用和原理是什么答：光探测器的作用是利用其光电效应把光信号转变为电信号。
光探测器的原理是，假如入射光子的能量h ν超过禁带能量E g ，只有几微米宽的耗尽区每次吸收一个光子，将产生一个电子-空穴对，发生受激吸收，如图5.1.1（a ）所示。
在PN 结施加反向电压的情况下，受激吸收过程生成的电子-空穴对在电场的作用下，分别离开耗尽区，电子向N 区漂移，空穴向P 区漂移，空穴和从负电极进入的电子复合，电子则离开N 区进入正电极。
从而在外电路形成光生电流P I 。
当入射功率变化时，光生电流也随之线性变化，从而把光信号转变成电流信号。
5-2 简述半导体的光电效应答：在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带。
如果占据高能带（导带）c E 的电子跃迁到低能带（价带）v E 上，就将其间的能量差（禁带能量）v c g E E E -=以光的形式放出，如图4.2.2所示。
这时发出的光，其波长基本上由能带差E ∆所决定。
图4.2.2 光的自发辐射、受激发射和吸收反之，如果把能量大于hv 的光照射到占据低能带v E 的电子上，则该电子吸收该能量后被激励而跃迁到较高的能带c E 上。
在半导体结上外加电场后，可以在外电路上取出处于高能带c E 上的电子，使光能转变为电流，这就是光接收器件的工作原理。
5-3 什么是雪崩增益效应答：光生的电子-空穴对经过APD 的高电场区时被加速，从而获得足够的能量，它们在高速运动中与P 区晶格上的原子碰撞，使晶格中的原子电离，从而产生新的电子-空穴对，如图5.2.4所示。
这种通过碰撞电离产生的电子-空穴对，称为二次电子-空穴对。
新产生的二次电子和空穴在高电场区里运动时又被加速，又可能碰撞别的原子，这样多次碰撞电离的结果，使载流子迅速增加，反向电流迅速加大，形成雪崩倍增效应。
APD 就是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增的高灵敏度探测器。
图5.2.4 APD雪崩倍增原理图5-4 光接收机的作用是什么答：光接收机的作用就是检测经过传输后的微弱光信号，并放大、整形、再生成原输入信号。
光纤通信课后习题解答-第7章光放大器参考题答案
第七章光放大器复习思考题答案1．光放大器在光纤通信中有哪些重要用途？答：（1）利用光放大器代替原有的光电光再生中继器，能够大幅度延长系统传输距离。
（2）在波分复用系统中，它一方面可以同时实现多波长的低成本放大，另一方面，可以补偿波分复用器，波分解复用器、光纤光缆等无源器件带来的损耗。
（3）光放大器在接入网中使用，可以补偿由于光分支增加带来的损耗，使得接入网服务用户增加，服务半径扩大。
（4）光孤子通信必须依靠光放大器放大光信号，使光脉冲能量大到可以在光纤中满足孤子传输条件，从而实现接近无穷大距离的电再生段传输。
（5）光放大器在未来的光网络中必将发现越来越多的新用途。
2．光放大器按原理可分为几种不同的类型？答：光放大器按原理不同大体上有三种类型。
（1）掺杂光纤放大器，就是将稀土金属离子掺于光纤纤芯，稀土金属离子在泵浦源的激励下，能够对光信号进行放大的一种放大器。
（2）传输光纤放大器，就是利用光纤中的各种非线性效应制成的光放大器。
（3）半导体激光放大器，其结构大体上与激光二极管（Laser Diode，LD）相同。
如果在法布里－派罗腔（Fabry-Perot cavity，F-P）两端面根本不镀反射膜或者镀增透膜则形成行波型光放大器。
半导体光放大器就是行波光放大器。
3．光放大器有哪些重要参数？答：光放大器参数主要有（1）增益；（2）增益带宽；（3）饱和输出光功率；（4）噪声指数。
4．简述掺杂光纤放大器的放大原理。
答：在泵浦源的作用下，掺杂光纤中的工作物质粒子由低能级跃迁到高能级，得到了粒子数反转分布，从而具有光放大作用。
当工作频带范围内的信号光输入时，信号光就会得到放大，这就是掺杂光纤放大器的基本工作原理。
只是掺杂光纤放大器细长的纤形结构使得有源区能量密度很高，光与物质的作用区很长，有利于降低对泵浦源功率的要求。
5．EDFA有哪些优缺点？答：EDFA之所以得到迅速的发展，源于它的一系列优点：（1）工作波长与光纤最小损耗窗口一致，可在光纤通信中获得广泛应用。
光纤思考题
光纤通信第一章：1、什么是光纤通信：光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式2、光纤的主要作用是什么？引导光在光纤内沿直线或弯曲的途径传播。
Or（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）3、与电缆或微波等通信方式相比，光纤通信有何优缺点？光纤通信有何优点：容许频带很宽，传输容量很大损耗很小，中继距离很长且误码率很小重量轻、体积小丶抗电磁干扰性能好泄漏小，保密性能好节约金属材料，有利于资源合理使用or与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信的优点如下：(1)传输频带极宽，通信容量很大(2)由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远；(3)串扰小，信号传输质量高；(4)光纤抗电磁干扰，保密性好；(5)光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；(6)耐化学腐蚀；（7)光纤是石英玻璃拉制成形原材料来源丰富4、为什么说使用光纤通信可以节省大量有色金属？5、为什么说光纤通信具有传输频带宽，通信容量大？光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一堆光纤能同时传输24192路电话，2.4Gb/s系统，能同时传输3000多路电话，频带宽对于各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网（B-ISDN）发展的需要。
6、可见光是人眼能看见的光，其波长范围是多少？0.39~0.76μm7、红外线是人眼能看见的光，其波长范围是多少？0.76~300μm8、近红外区：其波长范围是多少？0.76~1.5μm9、光纤通信所用光波的波长范围是多少？0.8~1.6μm10、光纤通信中常用的三个低损耗的窗口的中心波长分别是多少？0.85,1.30,1.55μm第二章：1、典型光纤由几部分组成？各部分的作用是什么？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。
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。
光纤通信思考题答案
光纤通信思考题答案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。
第2章复习思考题参考答案2-1 ⽤光线光学⽅法简述多模光纤导光原理答：现以渐变多模光纤为例，说明多模光纤传光的原理。
我们可把这种光纤看做由折射率恒定不变的许多同轴圆柱薄层n a 、n b 和n c 等组成，如图2.1.2（a ）所⽰，⽽且 >>>c b a n n n 。
使光线1的⼊射⾓θA 正好等于折射率为n a 的a 层和折射率为n b 的b 层的交界⾯A 点发⽣全反射时临界⾓()a b c arcsin )ab (n n =θ，然后到达光纤轴线上的O'点。
⽽光线2的⼊射⾓θB 却⼩于在a 层和b 层交界⾯B 点处的临界⾓θc (ab)，因此不能发⽣全反射，⽽光线2以折射⾓θB ' 折射进⼊b 层。
如果n b 适当且⼩于n a ，光线2就可以到达b 和c 界⾯的B'点，它正好在A 点的上⽅（OO'线的中点）。
假如选择n c 适当且⽐n b ⼩，使光线2在B '发⽣全反射，即θB ' >θC (bc) = arcsin(n c /n b )。
于是通过适当地选择n a 、n b 和n c ，就可以确保光线1和2通过O'。
那么，它们是否同时到达O'呢？由于n a >n b ，所以光线2在b 层要⽐光线1在a 层传输得快，尽管它传输得路经⽐较长，也能够赶上光线1，所以⼏乎同时到达O'点。
这种渐变多模光纤的传光原理，相当于在这种波导中有许多按⼀定的规律排列着的⾃聚焦透镜，把光线局限在波导中传输，如图2.1.1（b ）所⽰。
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1、不考虑非线性效应，无啁啾的脉冲经过光纤的正常色散区和反常色散区传输后分别具有什么样的啁啾？为什么？
答：不考虑非线性效应，无啁啾的脉冲经过光纤的正常色散区后具有正啁啾和反常色散区传输后具有负啁啾。
无啁啾的脉冲工作在正常色散区后，低频比高频传播得快，造成脉冲后沿传播速度比前沿传播速度快，从而产生正啁啾。
无啁啾的脉冲工作在反常色散区后，高频比低频传播得快，造成脉冲前沿传播速度比后沿传播速度快，从而产生负啁啾。
2、低峰值功率的脉冲（不考虑非线性效应）在什么情况下，经过光纤传输会产生压缩效应？
答：脉冲要发生压缩的情形，应满足 2C<0，且。
但一般的半导体激光器光源在直接强度调制时产生的光脉冲是负啁啾C<0，因此必须采用β2>0的单模光
1、传输光纤为G.652光纤，工作波长为C波段，如传输系统采用光纤光栅进行色散补偿，则需要什么类型的光纤光栅？其工作原理是什么？
传输光纤为G.652光纤，工作波长为C波段，如传输系统采用光纤光栅进行色散补偿，则需要啁啾光纤光栅。
啁啾光纤光栅(Chirped FBG)的光栅周期（空间频率）随光纤长度有变化的光纤布拉格光栅，主要用于光纤色散补偿。
其工作原理是，普通单模光纤在1550nm波长时为色散值D>0（反常色散区）。
光脉冲的高频分量（蓝移）较低频分量（红移）传输得快，导致脉冲展宽。
经啁啾光纤光栅传输以后的入射光中的长波长分量（低频）位于脉冲后沿，使其在光栅的起始端就反射，而短波长分量位于脉冲的前沿，使其在光栅的末端才被反射，于是就补偿了色散效应，使脉冲宽度被压缩甚至还原。
1、有两个脉冲，其宽度不同，但峰值功率相同，通过相同的光纤后（不考虑光纤的色散），由自相位调制效应所展宽的光谱是否相同？
答：不相同。
脉冲频谱的展宽程度还与脉冲形状有关。
2、脉冲在光纤中的自相位调制效应跟什么因素有关系？如何增强自相位调制效应？
答：自相位调制效应与输入光功率、传输距离、材料非线性折射率、光纤的型号、信号光的波长、输入脉冲的形状等因素有关。
信道设置在非零色散波长附近将有利于增强自相位调制效应的影响；通过增强输入光功率的方法来增加自相位调制效应的影响；增加光纤传输距离来增大自相位调制效应；使用高非线性折射率的材料。
1、在光纤中的光脉冲以孤子的形态保持波形不变实现长距离传输，光纤和光脉冲需要满足什么条件?
答：光纤需工作在反常色散区。
由于SPM引起正啁啾，GVD引起负啁啾，在高斯脉冲中心基本相互抵消。
GVD和SPM共同作用来保持无啁啾脉冲。
光脉冲波形满足双曲振割。
1、G.653光纤有什么缺点？为什么要研制G.655光纤？G.655光纤有什么优点？
答：G.653光纤主要缺点：若采用1550nm波长色散为零的G.653光纤，会出现一种四波混频效应(FWM)，引起波长信道间的串扰，严重影响WDM系统的性能。
随着DWDM和EDFA的迅速发展，G.653光纤在四波混频方面存在的不足催生了G.655光纤的研制。
G.655光纤的优点：在1550nm波长处色散不为零，具有合理的低色散，足以支持10Gb/s 的长距离传输而无需色散补偿；同时，其色散值又保持非零特性来抑制四波混频和交叉相位调制等非线性效应的影响，适合用于DWDM传输系统。
2、如何抑制FWM效应？
答：减小四波混频效应的方法有：增加信道间隔、适当加大色散、非等间隔信道、减小光功率、相邻信道正交偏振（破坏相位匹配）、使用NZ-DSF光纤。