《光纤通信》第2章课后习题答案
《光纤通信》第二版刘增基课后习题答案
1-1光纤通信的优缺点各是什么？答与传统的金属电缆通信、微波无线电通信相比，光纤通信具有如下优点：(1) 通信容量大．首先，光载波的中心频率很高，约为2 X10^14Hz ，最大可用带宽一般取载波频率的10 %，则容许的最大信号带宽为20000 GHz( 20 THz ) ；如果微波的载波频率选择为20 GHz ，相应的最大可用带宽为2 GHz。
两者相差10000 倍．其次，单模光纤的色散几乎为零，其带宽距离（乘）积可达几十GH z·km ；采用波分复用（多载波传输）技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍．目前，单波长的典型传输速率是10Gb ／s。
，一个采用128个波长的波分复用系统的传输速率就是1 . 28 Tb / s .( 2 ）中继距离长。
中继距离受光纤损耗限制和色散限制，单模光纤的传输损耗可小千0 . 2 dB / km ，色散接近于零．( 3 ）抗电磁干扰．光纤由电绝缘的石英材料制成，因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰，包括闪电、火花、电力线、无线电波的千扰．同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。
这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。
( 4 ）传输误码率极低。
光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小，而且稳定，．噪声主要来源于t子噪声及光检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声．只要设计适当，在中继距离内传输的误码率可达10^-9甚至更低。
此外，光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。
当然光纤通信系统也存在一些不足：( 1 ）有些光器件（如激光器、光纤放大器）比较昂贵。
( 2 ）光纤的机械强度差，为了提高强度，实际使用时要构成包声多条光纤的光缆，光统中要有加强件和保护套。
( 3 ）不能传送电力．有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光纤显然不能胜任。
光纤通信 课后答案 人民邮电出版社
《光纤通信》人民邮电出版社课后答案第一章基本理论1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么？答：当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，即0＜V＜2.40483时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。
2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响？答：在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离；光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。
3、光纤中有哪几种色散？解释其含义。
答：（1）模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。
（2）材料色散：由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。
（3）波导色散：统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。
5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响？答：光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。
6、单模光纤有哪几类？答：单模光纤分为四类：非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。
12、光缆由哪几部分组成？答：加强件、缆芯、外护层。
*、光纤优点：巨大带宽（200THz）、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。
*、光纤损耗：光纤对光波产生的衰减作用。
引起光纤损耗的因素：本征损耗、制造损耗、附加损耗。
*、光纤色散：由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。
引起光纤色散的因素：光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。
色散种类：模式色散（同波长不同模式）、材料色散（折射率）、波导色散（同模式，相位常数）。
光纤通信原理参考答案
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SiO2的光纤。
它是工作在近红外区，波长为0.8～1.8μm，对应的频率为167～375THz。
1-3 BL积中B和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—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。
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Hz 13103⨯的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J ，持续 时间是τ=10ns(1ns=10-9s)。
此激光束的圆形截面半径为r=1cm 。
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；（1）m c513810103103-=⨯⨯==νλ （2）213229/1018.3)10(1010100ms J S W S ⨯=⨯⨯⨯=∆=--πτ （3）s m J c S w 25813/1006.11031018.3⨯=⨯⨯== （4）213/1018.3ms J S I ⨯==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1m 。
（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6×10-7m ，求相邻两明纹间的距离。
光纤通信技术(第2版)答案
6.试推导渐变型光纤子午线的轨迹方程 答：P15 如式：2-2-18 7. 什么是单模光纤？其单模传输条件是什么？ 答：单模光纤是在给定的工作波长上，只传输单一基模的光纤 在阶跃单模光纤中，只传输LP01 （或称HE11 ）模。因为 LP01 模的归一化截至频率为
Vc(LP11)=2.40483
而模式的传输条件是V>Vc 可传，V≤Vc 截至，因此，要保证光纤中只传输LP01 一个模式则必须要求：
代入数据可得：
0
V 2 n1k0 a
2
2 n1k0 a 2.40483
0 2 0.01 1.5
0 得： 0 a 2.36358 ( m)
a 2.40483
18.渐变型光纤的折射指数分布为
求出光纤的本地数值孔径 解： NA( r ) n 2 ( r ) n 2 ( a )
9.简述EDFA的工作原理 答： P81-P82 （2）EDFA的工作原理中内容 10. EDFA的主要特征指标是什么？说明其含义。 答： P83 “3.EDFA的主要特征参数” 这一部分 11.为什么说F-P腔型滤波器具有频率选择性？ 答： P91 第六段 由于两反射镜的反射系数…… 12.简述光定向耦合器、光隔离器、光环行器以及光开关在光纤通信系统中的作用 答： 光定向耦合器：P88 倒数第二段 光隔离器：P89 倒数第二段 光环行器：P90 最后一段 13.试用图说明光波长转换器的工作原理。 答： P92 图3-45 P93 图3-46 14.什么是波分复用技术？ 答：P93 第一段 15.简述光波分复用器的工作原理。 答：P94 “（1）光波分复用器的工作原理”的内容 16.简述RFA的工作原理。 答：P86 “（2）RFA的工作原理”的内容 17.RFA具有哪些特点？ 答：P85 “1.RFA的特点”的内容
光纤通信课后答案
全书习题参考答案第1章概述1.1 填空题（1）光导纤维（2）掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用(WDM) 非零色散光纤(NIDSF) 光电集成(OEIC)（3）0.85µm 1.31µm 1.55µm 近红外（4）光发送机 光接收机 光纤链路（5）光纤 C=BW×log2(1+SNR) 信道带宽（6）大 大（7）带宽利用系数（8）可重构性可扩展性透明性兼容性完整性生存性1.2 解：利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。
即以光波为载频，以光纤为传输介质的通信方式称为光纤通信。
1.3 解：（1）传输频带宽，通信容量大（2）传输距离长（3）抗电磁干扰能力强，无串音（4）抗腐蚀、耐酸碱（5）重量轻，安全，易敷设（6）保密性强(7) 原料资源丰富1.4 解：在光纤通信系统中，最基本的三个组成部分是光发送机、光接收机和光纤链路。
光发送机由电接口、驱动电路和光源组件组成。
其作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。
光接收机是由光检测器组件、放大电路和电接口组成。
其作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。
光纤链路由光纤光缆、光纤光缆线路(接续)盒、光缆终端盒、光纤连接器和中继器等构成。
光纤光缆用于传输光波信息。
中继器主要用于补偿信号由于长距离传送所损失的能量。
光缆线路盒：将光缆连接起来。
光缆终端盒：将光缆从户外引入到室内，将光缆中的光纤从光缆中分出来。
光纤连接器：连接光纤跳线与光缆中的光纤。
1.5解：“掺铒光纤放大器(EDFA)+波分复用(WDM)+非零色散光纤(NIDSF)+光电集成(OEIC)”正成为国际上光纤通信的主要发展方向。
1.6 解：第一阶段（1966~1976年），实现了短波长（0.85µm）、低速（45或34 Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。
第二阶段（1976~1986年），光纤以多模发展到单模，工作波长以短波（0.85um）发展到长波长，实现了波长为1.31µm、传输速率为140~165Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为50~100km。
光纤通信答案说课讲解
光纤通信答案第二章 光纤通信参考答案11. 半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs 材料的E g =1.43eV ，某一InGaAsP 材料的E g =0.96eV ，求它们的发射波长。
(eV 是能量单位，表示一个电子在1伏特电压差下所具有的能量) 解： g h E ν≈3487196.62610()310(/)8.688100.86881.43 1.610g hc J s m s m m E Jλμ---⨯⋅⨯⨯=≈≈⨯=⨯⨯ InGaAsP 材料，3486196.62610()310(/)1.29410 1.2940.96 1.610g hc J s m s m m E Jλμ---⨯⋅⨯⨯≈≈≈⨯=⨯⨯12. 一半导体激光器，谐振腔长L=300μm ，工作物质的损耗系数α=1mm -1，谐振腔两端镜面的反射率R 1R 2=0.33×0.33，求激光器的阈值增益系统γth 。
若后镜面的反射率提高到R 2=1，求阈值时的增益以及阈值电流的变化。
解： ()121the R R γα-=116121111ln 1mm ln 4.6955mm 20.330.33230010m th l R R γα---=+=+=⨯⨯⨯R 2=1时，116121111ln 1mm ln 2.8478mm 20.331230010m th l R R γα---=+=+=⨯⨯⨯ 阈值电流变小13. 一半导体激光器，阈值电流60mA th I =， 9410s sp τ-=⨯ ，12210s ph τ-=⨯ ，注入幅度为90mA 的阶跃电流脉冲，求：瞬态过程中张弛震荡的频率和衰减时间；电光延迟时间解：震荡的角频率97.910/rad s ω≈=⨯ 91.26102wf Hz π=≈⨯衰减系数12sp thjj στ≈⋅，衰减时间01τσ=99060mA 22410s 5.310s 90mAth sp j j ττ--≈⋅=⨯⨯⋅≈⨯ 电光延迟时间9990ln410s ln 4.3910s 9060d sp th j t j j τ--=⋅=⨯⋅≈⨯-- 16.对于双异质结激光器，sp τ为自发复合的寿命时间，自发辐射速率sp sp R n τ=。
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。
《光纤通信基础》习题及答案
光栅技术
第二章部分
2.1、光纤的结构由哪几部分组成？各有什么作用？ 答：光纤（Optical Fiber）是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的 折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射 面和光隔离，并起一定的机械保护作用。 2.2、简述光纤的类型包括哪几种以及各自特点？ 解：实用光纤主要有三种基本类型： 1）、突变型多模光纤（Step Index Fiber, SIF）， 纤芯折射率为 n1 保持不变，到包层突然 变为 n2。这种光纤一般纤芯直径 2a=50~80 μm，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播， 特点是信号畸变大。 2）、渐变型多模光纤（Graded Index Fiber, GIF）， 在纤芯中心折射率最大为 n1，沿径向 r 向外围逐渐变小，直到包层变为 n2。这种光纤一般纤芯直径 2a 为 50μm，光线以正弦形 状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。 3）、单模光纤（Single Mode Fiber, SMF），折射率分布和突变型光 纤相似，纤芯直径只有 8~10 μm，光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光 纤只能传输一个模式（两个偏振态简并），所以称为单模光纤，其信号畸变很小。 2.3、色散的产生以及危害？ 答：由于光纤中所传信号的不同频率成分， 或信号能量的各种模式成分，在传输过程中， 因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散；光纤色散 的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。 2.4、光缆的结构分类？ 答：(1) 层绞式结构：层绞式光缆的结构类似于传统的电缆结构方式，故又称为古典式光缆。 (2) 骨架式结构：架式光缆中的光纤置放于塑料骨架的槽中，槽的横截面可以是 V 形、U 形 或其他合理的形状，槽的纵向呈螺旋形或正弦形，一个空槽可放置 5~10 根一次涂覆光纤。 (3) 束管式结构：束管式结构的光缆近年来得到了较快的发展。它相当于把松套管扩大为整 个纤芯，成为一个管腔，将光纤集中松放在其中。 (4) 带状式结构：带状式结构的光缆首先将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带，然后 将几层光纤带叠放在一起构成光缆芯。 2.5、光缆的种类？ 答：根据光缆的传输性能、距离和用途，光缆可以分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用
《光纤通信》第2章课后习题答案
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=，10==n n i 得到33sin /67sin sin /sin 1===y i y n n θθ69.1≈其中利用了空气折射率1i n =。
这种玻璃的临界角为59.01.6911arcsin ≈==y n θ2．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maxθ为多少？解：阶跃光纤的数值孔径为22max 12sin 0.24NA n n 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11.5n=，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22120.38NA n n =-≈4．已知阶跃光纤纤芯的折射率为11.5n=，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22121022233.3V a n n 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。
光纤通信第三版习题答案
光纤通信第三版习题答案光纤通信第三版习题答案光纤通信是一种高速传输信息的技术，它利用光信号在光纤中传输数据。
光纤通信的发展已经进入到第三版，为了帮助读者更好地理解和掌握相关知识，本文将提供一些光纤通信第三版习题的答案。
第一章：光纤通信基础知识1. 什么是光纤通信？光纤通信是利用光纤作为传输介质，将信息以光信号的形式传输的一种通信方式。
2. 光纤通信的优点有哪些？光纤通信具有大带宽、低损耗、抗干扰能力强等优点。
3. 光纤通信的基本组成部分有哪些？光纤通信的基本组成部分包括光源、调制器、光纤、解调器和接收器等。
4. 光纤通信的工作原理是什么？光纤通信的工作原理是利用光的全反射特性将光信号在光纤中传输，通过调制器和解调器的处理，将光信号转换为电信号进行传输和接收。
第二章：光纤通信系统设计1. 光纤通信系统的设计包括哪些方面？光纤通信系统的设计包括光源的选择、光纤的布线和连接、调制器和解调器的设计等方面。
2. 光纤通信系统中如何选择合适的光源？选择合适的光源需要考虑光源的功率、频率范围和调制方式等因素。
3. 光纤通信系统中如何设计光纤的布线和连接？光纤的布线和连接需要考虑光纤的长度、弯曲半径和连接方式等因素，以保证光信号的传输质量。
4. 光纤通信系统中如何设计调制器和解调器？调制器和解调器的设计需要考虑调制方式、解调方式和信号处理的算法等因素，以实现光信号的调制和解调。
第三章：光纤通信的性能评估1. 光纤通信系统的性能评估指标有哪些？光纤通信系统的性能评估指标包括传输速率、误码率、信噪比和带宽等。
2. 如何评估光纤通信系统的传输速率？光纤通信系统的传输速率可以通过测量单位时间内传输的比特数来评估。
3. 如何评估光纤通信系统的误码率？光纤通信系统的误码率可以通过发送和接收的比特数之间的差异来评估。
4. 如何评估光纤通信系统的信噪比？光纤通信系统的信噪比可以通过测量信号和噪声的功率之间的比值来评估。
第四章：光纤通信的应用1. 光纤通信在哪些领域得到了广泛应用？光纤通信在通信、互联网、电视传输和医疗等领域得到了广泛应用。
光纤通信课后第2章习题答案
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。
图2.1.2 渐变（GI ）多模光纤减小模间色散的原理2-2 作为信息传输波导，实用光纤有哪两种基本类型答：作为信息传输波导，实用光纤有两种基本类型，即多模光纤和单模光纤。
当光纤的芯径很小时，光纤只允许与光纤轴线一致的光线通过，即只允许通过一个基模。
只能传播一个模式的光纤称为单模光纤。
《光纤通信》课后习题答案
《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 sin67/sin33y 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0.38NA =4．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。
梁瑞生《现代光纤通信技术及应用》课后习题及参考答案
第1章概述1－1、什么是光纤通信？参考答案：光纤通信(Fiber-optic communication)是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，其先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。
光经过调变后便能携带资讯。
光纤通信利用了全反射原理，即当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。
1－2、光纤通信技术有哪些特点？参考答案：(1)无串音干扰，保密性好。
(2)频带极宽，通信容量大。
(3)抗电磁干扰能力强。
(4)损耗低，中继距离长。
(5)光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设。
除以上特点之外，还有光纤的原材料资源丰富，成本低;温度稳定性好、寿命长等特点。
1－3、光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
参考答案：光纤通信系统最基本由光发送机、光接收机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。
其中光发送机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光接收机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。
(1)光发送机：由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。
其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
(2)光接收机：由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。
其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。
(3)光纤线路：其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
(4)中继器：由光检测器、光源和判决再生电路组成。
它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。
(5)无源器件：包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。
《光纤通信》习题解答(陈柏年)
《光纤通信》习题解答浙江传媒学院陈柏年第一章概述1、1.1什么是光纤通信？简述光纤通信的发展历程？•解：光纤通信：以光波作为信号载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。
光纤通信是以光波作为传输信息的载波、以光纤作为传输介质的一种通信方式。
也就是说，光纤通信是将待传送的语音、图像和数据等信号调制在光载波上，然后通过光纤进行传输的一种通信方式。
•光纤通信的发展粗略分为如下几个阶段：（1）第一阶段（1966-1976年），从基础研究到商业应用的开发时期。
在这个时期，实现了短波长（0.85μm）低速率（45-140Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。
（2）第二阶段（1976-1986年），这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。
在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长发展到长波长（1.31μm和1.55μm），实现了工作波长为1.31μm、传输速率为140-565Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为10-50km。
（3）第三阶段（1986-1996年），这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。
在这个时期，实现了1.55μm色散移位单模光纤通信系统。
采用外调制技术，传输速率可达 2.5-10Gb/s，无中继传输距离可达100-150km。
（4）第四阶段（1996年-至今），开展研究光纤通信新技术。
采用光放大器增加中继距离和采用波分复用增加传输容量。
现在10Gb/s、40Gb/s的系统也已商用化。
1.2 光纤通信为什么能够成为一种主要的通信方式？•解：光纤通信能够成为现代的主要通信方式，是归因于光纤通信具有以下突出的优点：①通信速率高（单波长速率已达10Gb/s以上），传输容量大（光波具有很高的频率，约1014Hz，一根光纤可同时传输几十个波长) ；②损耗低（单模已低达0.2dB/km)、传输距离远（中继距离可达50-100Km）；③抗干扰能力强（抗强电、雷电和核辐射干扰），保密性好（光纤由石英玻璃制成，由于是绝缘材料，不受电磁场干扰；在光纤中传输的光泄漏非常微弱）；④质量轻（是传输相同信息量电缆重量的1/10-1/30），体积小（是相同容量电缆外径的1/3-1/4），敷设方便；⑤耐腐蚀，耐高温（石英玻璃熔点在2000 °C以上），可在恶劣环境中工作，寿命长；⑥节约金属材料，有利于资源合理使用（制造同轴电缆和波导管的铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；而制造光纤的石英（SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料）1.3 光纤通信系统的组成主要包括哪些部分？试画出简图予以说明。
《光纤通信》第2章课后习题答案
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 iiy 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0.38NA =4．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2233.3V 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。
光纤通信简明教程部分参考答案
第一章习题1-1 什么是光纤通信? 目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO 2的光纤,它是工作在电磁波的哪个区?波长范围是多少?对应的频率范围是多少? 光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO 2的光纤。
它是工作在近红外区，波长为0.8～1.8μm ，对应的频率为167～375THz 。
1-2 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。
1-3 通信系统的容量用BL 积表示，B 和L 分别是什么含义?系统的通信容量用比特率—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。
(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 请查阅最新资料论述光纤通信的发展趋势。
略第二章习题2-1 一个频率为Hz 的光14106⨯源，其发射功率为10W ，它一秒内发射多少个光子? 解：191434141052.210610626.610106,10⨯=⨯⨯⨯==⨯==-ννh P N HzW P2-2 如下两种光纤，临界角满足什么条件可以保持光在纤芯中传播? （1） 对于石英光纤，纤芯的折射率48.11=n ，包层的折射率46.12=n 。
（2） 对于塑料光纤，纤芯的折射率495.11=n ，包层的折射率402.12=n 。
解：由 12sin n n c =ϑ 得 121sin n n c -=ϑ （1）︒==-57.8048.146.1sin1c ϑ （2）︒==-94.73495.1402.1sin 1c ϑ2-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。
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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1
θ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=，10==n n i 得到
其中利用了空气折射率1i n =。
这种玻璃的临界角为
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
22122
10.032n n n -∆=≈
光纤的数值孔径为
0.38NA
4．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 π
πλλ=⋅=
光纤中传播的模数量
2
5542
V M ≈= 5．一根数值孔径为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11
122V a NA ππλλ=⋅，得到纤芯直径为
11130.2722V a NA λλππ=⋅==≈ （2）当2 1.31m λμ=，有
1222λλππ=
得到模的个数为
()()2
21212220.8510004211.31M M λλ==⨯= （3）当2 1.55m λμ=，得到模的个数为
()()2
21312220.8510003541.55M M λλ==⨯= 6．用纤芯折射率为1 1.5n =，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率08f MHz
=
的光脉冲，经过该光纤后，信号延迟半个脉冲周期，试估算光纤的长度L 。
解：信号的周期为
01/T f =
信号在纤芯中传输的速度为
1/v c n =
由于信号延迟半个脉冲周期，则光纤的长度L 为
86101310112.522 1.52810
T c L v m n f ⨯=⨯=⨯==⨯⨯ 7．有阶跃型光纤，若1 1.5n =，0 1.31m λμ=，那么
（1）若0.25∆=，为保证单模传输，光纤纤芯半径a 应取多大？
（2）若取芯径5a m μ=，保证单模传输时，∆应怎么选择？
解：（1
）由归一化频率0
022V a n ππλλ==⋅
a =
为了保证光纤中只能存在一个模式，则要求 2.405V <，则要求光纤纤芯半径
0.47a m μ<=≈ （2）若取芯径5a m μ=，保证单模传输时，则
22
001111 2.4050.0022222V n a n a λλππ⎛⎫⎛⎫∆=<≈ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 8．渐变光纤的折射指数分布为
()()1/2
012r n r n a α⎡⎤⎛⎫=-∆⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦ 求光纤的本地数值孔径。
解：渐变光纤纤芯中某一点的数值孔径为
()
()2
201r NA r n a α⎡⎤⎛⎫∆-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦
9．某光纤在1300nm 处的损耗为0.6/dB km ，在1550nm 波长处的损耗为0.3/dB km 。
假设下面两种光信号同时进入光纤：1300nm 波长的150W μ的光信号和1550nm 波长的100W μ的光信号。
试问这两种光信号在8km 和20km 处的功率各是多少？以W μ为单位。
解：由10lg i o
P L P α=, 得 对于1300nm 波长的光信号，,在8km 和20km 处的功率各是
/100.481015010L o i P P W αμ--==⨯， 1.215010W μ-⨯
对于1550nm 波长的光信号，,在8km 和20km 处的功率各是
/100.241010010L o i P P W αμ--==⨯，0.610010W μ-⨯
10．一段12km 长的光纤线路，其损耗为1.5/dB km 。
试回答：
（1）如果在接收端保持0.3W μ的接收光功率，则发送端的功率至少为多少？
（2）如果光纤的损耗变为2.5/dB km ，则所需的输入光功率为多少？ 解：（1）根据损耗系数定义
10lg i o P L P α=
得到发送端的功率至少为
/10 1.8100.310L o i P P W αμ--==⨯
（2）如果光纤的损耗变为2.5/dB km ，则所需的输入光功率为
/103100.310L o i P P W αμ--==⨯
11．有一段由阶跃折射率光纤构成的5km 长的光纤链路，纤芯折射率1 1.49n =，相对折射率差0.01∆=。
（1）求接收端最快和最慢的模式之间的时延差；
（2）求由模式色散导致的均方根脉冲展宽；
（3）假设最大比特率就等于带宽，则此光纤的带宽距离积是多少？ 解：（1）纤芯和包层的相对折射率差∆为
22122
10.012n n n -∆== 则得到
2 1.475n =
接收端最快和最慢的模式之间的时延差
23
1825100.010.113310 1.475
Ln s cn δτμ⨯=∆=⨯=⨯⨯ （2）模式色散导致的均方根脉冲展宽实际上就等于最快和最慢的模式之间的时延差
212
0.113Ln T s cn δμ=∆≈ （3）光纤的带宽距离积
8
22
1443108.05/1.490.01c BL km Gb s n ⨯⨯===⋅∆⨯ 12．有10km 长0.30NA =的多模阶跃折射光纤，如果其纤芯折射率为1.45，计算光纤带宽。
解：纤芯和包层的相对折射率∆为
22
1110.300.02122 1.45NA n ⎛⎫⎛⎫∆==≈ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 由阶跃光纤的比特距离积12c BL n <
∆，得到光纤带宽 149/2c B Mb s n L
<≈∆。