卢志茂《光纤通信》课后答案
《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。
《光纤通信》课后习题标准答案
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。
《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》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。
(整理)光纤通信课后第3章习题答案.
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1λ1λ12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》课后习题答案
习题二1．光波从空气中以角度1θ=33°投射到平板玻璃外表上，这里的1θ是入射光与玻璃外表之间的夹角。
根据投射到玻璃外表的角度，光束一局部被反射，另一局部发生折射，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：入射光与玻璃外表之间的夹角1θ=33°，那么入射角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 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 =，那么允许的最大入射角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0.38NA4．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=，假设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》课后习题答案
解： 时的响应度为 ；
时的响应度为 。
因为响应度正比于波长，故在 处光电二极管比 处灵敏。
解：粒子数为
4．光与物质间的相互作用过程有哪些？
答：受激吸收，受激辐射和自发辐射。
5．什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？
答：粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数。处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。
6．什么是激光器的阈值条件？
答：阈值增益为
其中 是介质的损耗系数， 分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器的增益 时，才能有激光放出。（详细推导请看补充题1、2）
（1）纤芯和包层的相对折射率 ；
（2）光纤的数值孔径 。
解：阶跃光纤纤芯和包层的相对折射率差为
光纤的数值孔径为
4．已知阶跃光纤纤芯的折射率为 ，相对折射（指数）差 ，纤芯半径 ，若 ，计算光纤的归一化频率 及其中传播的模数量 。
解：光纤的归一化频率
光纤中传播的模数量
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：
由折射定律 ，得到
（自己用matlab算出来）
其中利用了空气折射率 。这种玻璃的临界角为
（自己用matlab算出来）
2．计算 及 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 ，则允许的最大入射角 为多少？
解：阶跃光纤的数值孔径为
允许的最大入射角
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 ， ，试计算
解：对于1300nm波长的光信号，在8km和20km处的功率各是
《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 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22120.38NA n n -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22120022233.3V 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。
光纤通信课后习题解答-第9章参考答案
光纤通信课后习题解答-第9章参考答案思考题参考答案1、SDH帧由哪⼏部分组成？SDH有哪些显著特点？答：SDH帧由净负荷，管理单元指针和段开销三部分组成。
SDH主要优点有：⾼度标准化的光接⼝规范、较好的兼容性、灵活的分插功能、强⼤的⽹络管理能⼒和强⼤的⾃愈功能。
其缺点有：频带利⽤率不如PDH⾼、设备复杂性增加、⽹管系统的安全性能要求⾼。
2、根据帧结构，计算STM-1、STM-4的标称速率。
解：STM-1的标称速率：⼀帧的⽐特数：9×270×8＝19440（⽐特），传送⼀帧所⽤时间为125µs，故标称速率为：19440/(125×10－6)＝155520（kb/s）。
STM-4的标称速率：STM-4帧为9⾏，270×4列，传送⼀帧所⽤时间为125µs。
可以看出STM-4的列数是STM－1的4倍，其余都⼀样，所以：STM －4的标称速率为：155520×4＝622080（kb/s）3、STM-N帧长、帧频、周期各为多少？帧中每个字节提供的通道速率是多少？答：STM-N帧长为9×270N×8⽐特，帧频8000帧/秒，周期为125µs。
帧中每个字节提供的通道速率为：8⽐特/帧×8000帧/秒＝64kb/s。
4、段开销分⼏部分？每部分在帧中的位置如何？作⽤是什么？答：段开销分为再⽣段开销和复⽤段开销两部分。
再⽣段开销位于STM-N帧中的1~3⾏的1~9×N列，⽤于帧定位，再⽣段的监控、维护和管理。
复⽤段开销分布在STM-N帧中的5~9⾏的1~9×N列，⽤于复⽤段的监控、维护和管理。
5、管理单元指针位于帧中什么位置？其作⽤是什么？答：管理单元指针存放在帧的第4⾏的1~9×N列，⽤来指⽰信息净负荷的第⼀个字节在STN-N帧内的准确位置，以便正确地分出所需的信息。
6、简述2.048Mbit/s信号到STM-1的映射复⽤过程。
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。
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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。
第三阶段（1986~1996年），实现了1.55μm色散位移单模光纤通信系统。
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。
第四阶段（1996~2006年），主要研究的是光纤通信新技术，例如，超大容量的波分复用技术和超长距离的光孤子通信技术等。
1.7 解：全光网是指网络中端到端用户节点之间的信号传输与交换全部保持着光的形式，即端到端的全光路，中间没有光/电转换器。
特点：(1) WDM 全光网采用密集波分复用技术，可以充分利用光纤的带宽资源，有极大的传输容量和传输质量，且与现有的通信网有良好的兼容性。
(2) 全光网结构简单，端到端采用透明光通路连接，沿途没有光/电转换与存储，网络中许多光器件都是无源光器件，便于维护，可靠性高。
(3) 全光网结构具备可扩充性和可重构性。
网络中使用了OXC ，加入新的网络节点时，不影响原有的网络结构和设备，从而可降低成本。
当用户通信量增加或网络出现故障时，可以改变OXC 的连接方式，对网络进行可靠重构。
(4) 全光网以波长选择路由，各个连接是通过承载信息的波长来识别的，因此对传输速率、数据格式及调制方式均具有透明性，可提供不同的速率、协议、调制频率和制式的信号，同时兼容，允许几代设备（PDH/SDH/ATM ）甚至IP 技术共存，共同使用光缆基础设施。
(5) 具有自动修复功能。
第2章 光纤和光缆2.1 填空题（1）模间 模内 材料色散 波导色散（2）ps/(nm?km) 1 nm 1km 距离（3）V ＜2.405（4)缆芯 加强元件 护层（5)架空敷设 管道敷设 直埋敷设 水底敷设（6)光纤材料 光纤中的结构缺陷（7)截止波长2.2 解：光纤由纤芯、包层和防护层三个基本部分组成。
纤芯位于光纤的中心，其作用是提供传输光信号的通道。
包层位于纤芯的外层，其作用是将光封闭在纤芯内传播。
光纤的最外层是防护层，其作用是用来吸收外泄的光能，增加光纤的机械强度与柔韧性以及便于识别等。
2. 3解：色散主要是指能量在时间上相对集中的光脉冲经过光纤传输后其能量在时间上相对弥散。
光纤的色散可以分为三类：模间色散、色度色散和偏振模色散。
色度色散又分为材料色散和波导色散。
在单模光纤中，只存在色度色散和偏振模色散。
2.4解：光缆是由缆芯、加强元件和护层三部分组成。
2.5解：按照结构方式不同，光缆可分为层绞式、骨架式、束管式和带状式四种基本类型。
2.6解：按照光纤材料的不同，分为石英光纤(用于光纤通信)和塑料光纤；按照光纤折射率分布形式的不同，分为阶跃光纤和渐变光纤；按照纤芯内光波模式的不同，分为多模光纤和单模光纤。
2.7 解：数值孔径NA 表示光纤的集光能力，即凡是入射到数值孔径角φ0以内的所有光线都可以满足全反射条件，从而将光线束缚在纤芯中沿轴向传播。
数值孔径NA 越大，光纤捕捉光线的能力就越强，光纤与光源之间的耦合效率就越高。
数值孔径的计算公式：0NA sin n ϕ=2.8解：光纤的损耗系数α(λ)表示单位长度km 的光功率损耗dB （分贝）值，定义为Ρin ,为注入光纤的功率；L 为光纤的长度；Ρout 为经长度L 的光纤传输后的光功率。
α(λ)表示平均每公里长度光纤的光功率衰减大小。
光纤传光距离的远近与α(λ)密切相关，α(λ)越小传光距离越远。
2.9 解：40.49672.10 解：NA =0.0769；a ≤7.72μm ；φ0=4.41°2.11 解：Ρin=9.49μW；Ρou=1.69μW2.12 解：δτ=0.16ns2.13 解：a≤0.47μm；Δ≤0.00222.14 解：φ0=13°；NA=0.30052.15 解：NA=0.212；δτ=50 ns2.16 解：a1≤2.17μm；a2≤3.32μm；a3≤3.96μm2.17 解：λ=1.3μm时，a≤4.05μm；λ= 1.55μm时，a≤4.83μm第3章无源光器件3.1 填空题(1) 数值孔径折射率分布纤芯直径(2) 活动连接固定连接(3) 连接器输出功率与输入功率比的分贝数(4) 光信号的合路/分路(5) X型（2×2）耦合器Y型（1×2）耦合器星形（N×N）耦合器树形（1×N，N>2）耦合器(6) 微镜片耦合器波导耦合器光纤耦合器(7) 穿过耦合器的某一光通道所引入的功率损耗(8) 插入损耗附加损耗分光比隔离度(9) λ=2nL/N(10) 腔长L 腔内的折射率n(11) 机械调谐电磁调谐热调谐(12) 波长(13) 耦合型光衰减器反射型光衰减器吸收型光衰减器(14) 固定式光衰减器可变式光衰减器(15) 体积小质量轻衰减量精度高稳定可靠使用方便3.2 解：光纤通信系统对无源光器件要求是：(1) 插入损耗小(2) 反射损耗大(3) 工作温度范围宽(4) 性能稳定(5) 寿命长(6) 体积小(7) 便于集成(8) 价格便宜3.3 解：影响光纤连接损耗的主要因素有两个方面，一方面是被连接的两根光纤是否匹配，即两根单模光纤的模场分布是否匹配，或两根多模光纤的芯径和折射率分布是否相同，被连接的两根光纤性能参数的离散性必然会导致插入损耗的增加；另一方面的因素是安装的精度，即两根光纤横向的错位、纵向的分离（两根光纤中间具有间隙）、光纤的倾斜和截面不平整都会增加插入损耗。
3.4 解：评价光纤连接器的主要性能指标有插入损耗、回波损耗、互换性、重复性和稳定性等。
3.5 解：根据输入和输出端口数不同，光开关可分为1×1、1×2、1×N、2×2、M×N等多种，它们在不同场合有不同用途。
1×1光开关：在光纤测试中，控制光源的接通和断开。
1×2光开关：当光纤断裂或传输发生故障时，可通过光开光改变业务的传输路径，实现光网络自动保护倒换。
1×N光开关：可用于光网络监控，在远端光纤测试点通过此种开关把多根光纤接到一个光时域反射仪（OTDR），通过光开关倒换，实现对所有光纤监测，或者插入网络分析仪实现网络在线分析；也可用于光纤通信器件测试，能同时对多个光器件（如光源、探测器、光纤光缆）进行测试；在光传感系统中，可实现空分复用和时分复用。
2×2光开关：利用此开关可以组成M×N光开关矩阵，M×N光开关矩阵是光交叉连接(OXC)的核心部件。
OXC可实现动态的光路径管理、光网络的故障保护并可灵活增加新业务。
根据工作原理的不同，光开关可分为机械光开关、固体波导光开关和其他原理光开关（如液晶光开关）。
3.6 解：表征光纤耦合器性能的主要参数有插入损耗、附加损耗、分光比与隔离度或串音。
3.7 解：需要2×2耦合器个数为3.8 解：对光开关的要求是插入损耗小、串音低、重复性高、开关速度快、回波损耗小、消光比大、寿命长、结构小型化和操作方便。
3.9 解：F-P腔光纤滤光器是根据法布里一珀罗(Fabry—Perot)干涉原理而制作的滤波器。
输入光纤和输出光纤的两个端面被抛光、镀银，形成两个透镜，分别安装在两个活动支架上。
两个端面相对放置，中间有一缝隙，调节缝隙大小便可调节滤光器的通频带。
一般采用压电陶瓷（PZT）对活动支架进行微调。
在电信号的驱动下，PZT可进行伸缩，造成空气间隙变化，引起腔长的改变，从而实现波长的调谐。
改变光纤的长度同样可以实现调节腔长的目的。
这种滤波器的输出光谱呈梳状，即具有周期分布的多谱线，其中心波长由公式λ=2nL/N决定，其中N为正整数。
通过改变腔长L或腔内的折射率n，就能调谐滤波波长。
3.10 解：光纤光栅可以应用在光纤光栅滤波器、光纤激光器、WDM合波/分波器、超高速系统中的色散补偿器、EDFA增益均衡器等光纤通信领域。
3.11 解：18.57μm3.12 解：光衰减器是调节光强度不可缺少的器件，主要用于光纤通信系统以及线路的评估、调整等方面。
光衰减器可按照用户的要求将光信号能量进行预期的衰减，可在通信系统中吸收或反射掉光功率余量，在评估系统的损耗及各类试验中经常使用。
第4章光放大器4.1 填空题(1) 光纤放大器(2) 受激辐射受激散射(3) 同向泵浦反向泵浦双向泵浦(4) 在线放大器后置放大器前置放大器功率补偿放大器(5) 法布里—珀罗放大器非谐振的行波放大器(6) 光信号放大器光开关全光波长变换器(7) 高低宽高(8) 掺铒光纤泵浦光源光耦合器光隔离器光滤波器(9) 掺铒光纤粒子数反转受激辐射放大(10) 能量(11) 自发辐射提高放大器信号的信噪比(12) 镨铒4.24.3 解：光放大器的作用是补偿光信号在长距离传输过程中所损耗掉的能量。