光纤通信习题课与复习1010分析

光纤单模传输的条件是什么？单模光纤中传输的是什么模式？ 其截止波长为多大？ 答：单模光纤传输条件：归一化频率V≤2.405 单模光纤中传输的是LP01模，对应的矢量模是HE11模。 截止波长： 2a n 2 n 2
c
Vmax
1
2
2a 2 n12 n2 2.405
例：在某阶跃折射率多模光纤的纤芯折射率n1=1.50，相对 折射率差Δ ＝0.005,长度L=1 km，要实现1310nm的单模传输， 纤芯半径a的尺寸应该如何设计？ 答：要实现1310nm的单模传输，必须满足模式截止条件：
106 s
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 9ຫໍສະໝຸດ Baidu 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)
第三章作业
•1、比较半导体激光器和发光二极管的异同。半导体激光器 （LD）有哪些特性？半导体发光二极管（LED）有那些特性？ 答：LD和LED都可以用作通信光源。LD原理是受激辐射，而 LED是自发辐射。 LD是阈值器件，需要较完善的驱动和外围电路，其发出的 光谱线窄，适宜于高速率系统； LED没有阈值，结构简单，但其谱线较宽，适用于要求较低 的场合。 • 4、已知半导体材料GaAs的Eg＝1.43eV，InGaAsP的Eg= 0.96eV，分别求由这两种材料组成半导体激光器的发射波长。 hc 1.24 λ 答： E E
作业布置
1)实验操作 2)P55 4,7,8,10,13; 3)P85 1,4, 9,12,13; 4)P116 5,7; 5)P129 2,4,5; 考试题型: 填空30+选择10+简答30+计算分析30
实验操作
• 1. 简单说明光时域反射仪OTDR的工作原理 光传输过程中，瑞利散射光功率与传输光功率成正比例。 通过检测与传输光相反方向的瑞利散射光功率和时延来确定光 纤相关参数的方法，称为后向散射法。基于后向散射法的原理 设计的测量仪器 即OTDR。 其工作曲线如右图: （a）为输入端反射区（或盲区） （b）为恒定斜率区，可用以确定 损耗系数； （c）接头或局部缺陷引起的损耗， 可用于确定缺陷位置和接头损耗； （d）连接器或介质缺陷引起的反射； （e）输出端反射区，用以确定光纤的长度。
复习要点
1) 实验操作(光纤熔接、OTDR、器件测量）。 2）No.2： 光纤结构、G.652/655、光缆类型、模式概念、截止波长、 数值孔径NA、光纤损耗和色散的机理、计算公式、光纤带宽的 计算、主要的非线性常识； 3）No.3: 激光器形成的必要条件、异质结LD、单纵模激光器的设计原 理、LD与LED区别、LD主要特性、线路编码类型、mBnB、 APC或ATC原理； 4）No.4: PIN/APD工作原理、主要特性、接收机的主要指标与计算； 5）No.5 连接器/衰减器/耦合器的功能、关键技术指标、光纤耦合器 的原理
光纤
电极
第二章作业
4.光纤中色散有几种？单模传输光纤中主要是什么色散？多 模传输光纤中主要存在什么色散？ 答:从产生机理而言，光纤中的色散主要包括材料色散、 波导色散和模式间色散、偏振模色散等。 单模光纤中主要是材料色散； 多模光纤中主要是模式间色散。
7、何谓模式截止？光纤单模传输的条件是什么？单模光纤中 传输的是什么模式？其截止波长为多大？阶跃折射率光纤中线 性极化模LP11模对应的是什么矢量模？ 答：如果一个传播模，在包层中不衰减，表明该模的能量可 以透过包层辐射出去，该传播模被截止了。如果一个传播模在 包层中的衰减常数W=0时，表示导模截止。 LP11模对应的矢量模是TE01，TM01，HE21。
a 2.405*
2 2 n12 n2

2.405*1.31 2*3.14*1.5* 2*0.005
3.3um
8、由光源发出λ ＝1.31μ m的光，在a=9um，Δ =0.01，n1= 1.45，光纤折射率为阶跃分布时，光纤中导模的数量为多少？ 对α =2的渐变光纤，其导模数量为多少？ 答：归一化频率V： 2a 2a 2 2
V c n1 n2 c n1 2 8.85
对于阶跃型，导模数量为V2/2≈39 对于渐变型，导模数量为V2/4≈19 10.某阶跃折射率光纤的参数为n1=1.5,n2=1.485,现有光纤从端面 轴线处15̊入射进光纤，试问该入射光线在光纤中是成为传导模还 是辐射模？为什么？ 2 2 n sin a n n 1 2 答：根据临界全反射条件： 0
a 12.2。
入射角15̊大于最大临界角12.2̊，所以入射光纤不满足全反射条 件，是辐射模!
11.光脉冲经过长为20km,纤芯折射率1.5，包层折射率1.485的阶 跃光纤的多模传输后，其脉冲最大展宽为多大？ 答：考虑临界入射和直线传播两种极限情况： Ln n max t1 t2 1 ( 1 1) c n2
实验操作
• 2. 简述900um光纤手动熔接操作的步骤与注意事项 *操作步骤: 光纤剥皮(裸光纤25mm)→清洁→成端(17.5mm) → 装热缩套管 →V形槽定位夹持→熔接机参数选择→ 间隙调整 → 对芯（水平+垂直）→熔接→熔纤取出,复位→热缩封装
电极
*注意事项:
光纤 1）控制切割长度和端面质量; 2）成端光纤保持清洁; 3）熔接损耗小于0.02 dB; 4) 热缩套管与光纤包层重叠>10mm； 5）其它；