光纤通信第一章3-阶跃光纤中的模式理论

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光纤通信系统-阶跃折射率光纤的模式理论解析

光纤通信技术习题

TE偶模式
A cos x x h / 2 k n 2 2 0 1 Ey B exp( x ) x h / 2 2 k0 n2 2 dE y Ey , E y , H z 在界面上连续在界面上连续 dx
阶跃折射率光纤的单模条件是:归一化频率小于2.4048.
2π 2π 2π 2 2 V a n1 n 2 an1 2Δ aNA 2.4048 λ λ λ
定义截止波长为λc
c 2 aNA / 2.4048
2 n1 NA2 n2 1.456
纤芯折射率相对折射率差
0.004
光纤纤芯直径 dcore 2.4048c / NA 7.65 m
2. 假设某阶跃折射率分布的光纤，其包层折射率为 1.445，芯子直径8um，要想使得该光纤对1250nm 波长刚好满足单模条件， 1)该光纤的数值孔径是多少？纤芯折射率是多少? 2）对于1550nm和1300nm的光，该光纤最大接收角是多少？ 3) 如果浸入折射率为n=1.3的液体中，对于1550nm 光，该光纤最大接收角变为多少? 4)对于波长980nm的光是否单模？如果折射率不变，芯子直径应为多大能使980nm光满足单模条件？
构成光信号的电磁波各频率分量在光纤中具有不同传输速度的现象模间色散：不同模式不同传输速度光纤色散材料色散：不同频率不同折射率波导色散：不同频率不同模场分布偏振模色散：不同偏振态不同传输速度为什么会有传输速度的不同?
3、请说明现有单模光纤的主要种类以及它们之间的主要区别。 G652,G653,G654,G655,主要区别是零色散波长位置 G652 普通单模光纤；零色散波长 1310nm G653 色散位移单模光纤；零色散波长 1550nm G654 截止波长移位单模光纤；零色散波长 1310nm G655 非零色散移位单模光纤；在1550nm窗口色散的绝对值不为零，非零色散值可以抑制非线性四波混频对DWDM系统的影响。

光纤通信阶跃光纤模式色散曲线计算光纤材料色散计算、光纤光栅特性分析

《光纤通信》大作业阶跃光纤模式色散曲线计算光纤材料色散计算光纤光栅特性分析指导老师:专业:姓名：学号：一、阶跃光纤模式色散曲线计算1.原理分析模式色散是指多模式传输时同一波长分量的各种传导模式的相位常数不同，群速度不同，引起到达终端的脉冲展宽的现象。

对光纤中光的传播理论的研究,可以有多种方法,比如射线法,标量近似分析法等,但为了更广泛地描述光纤波导中光的传播,更详细地研究光纤的传输特性,就必须运用波动光学理论对光纤进行分析。

要对光在光纤中的传播特性有详细的理解,必须依靠麦克斯韦方程,结合问题中的边界条件,求解电磁矢量场.求解的方法一般是:1、先求出亥姆霍兹方程组以及电磁场纵向分量Ez 和Hz 的具体形式。

2、2、把Ez 和Hz 有具体形式代入麦克斯韦方程以求取其他电磁场横向分量θE 、Er 、θH 、Hr 。

3、3、利用界面上电磁场θE 和θH 切向连续条件，求取模式本征方程。

对于时谐场光波，在均匀、无源介质中，同样满足矢量的亥姆霍兹方程（式1-1,1-2）022=+∇E k E （1-1）022=+∇H k H （1-2）对于在圆柱形光纤中传播的电磁波.电场和磁场具有如下形式的函数关系（式1-3,1-4）：)(),(),(t z j e r E y x E ωβθ-= （1-3）)(),(),(t z j e r H y x H ωβθ-=（1-4）代入，得到亥姆霍兹方程（式1-5,1-6）。

02202=+∇z z E n k E (1-5)02202=+∇z z H n k H (1-6) 经过推导，可以得到关于r 的贝塞尔方程或修正的贝塞尔方程（式1-7）。

（1-7）最后可解得电场和磁场的纵向分量Ez 和Hz 。

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>≤=);()()();()()(a r e r a W K W K A a r e r a U J U J A E im m m im m m z θθ0)(])[()()(2222120222=--+∂∂+∂∂r R m r n k r r R r r r R r β光纤中传播模式及传输特性都是由它自身的本征方程确定的。

光纤通信系统-阶跃折射率光纤的模式理论解析

Z z e jz
经整理求得光纤波导的特征方程，该特征方程有如下形式：
利用以上边界条件可以得到特征方程
上式是弱导光纤的特征方程，它是分析弱导光纤传输特性的基础，由于该方程是一个复杂的超越方程，通常只能用数值解。
•
通过对特征方程的求解，可以发现传播常数为一系列的离散值，通常，对于每个整数m，都存在多个解，记为， n=1,2,3· · · · 。每一个值都对应着由（2.2.38）～(2.2.42) 式确定的、能在光纤中传播的光场的一个空间分布，这种空间分布在传播的过程中只有相位的变化，没有形态的变化，且始终满足边界条件，这种空间分布称为导波模的模式，简称模式。除了m＝0的情况外，光纤中导波模的模式分布中，电场和磁场的纵向分量都存在，我们将这种情况称之为混合模，根据或哪一个相对作用大些，又可将混合模分成模EH (Ez>Hz)和模（Hz>Ez）；当m＝0时，将模 HE0n和模EH0n分别记为TE0n和TH0n，它们分别对应于场的纵向分量Ez＝0和 Hz＝0的模式，简称TE模和TM模。
' 0 ' 0 0 0
1
1
0
0
2
1
2
1
0
1
0
m 1 m
m 1
m
m 1 m
m 1
m
m2
m2
J m1 (U )
K m1 (W )
4. 导波模截止一个导波模的特性可以用三个参数 U、W和来表达，U表示导波模场在纤芯内部的横向分布规律，W表示它在包层中的横向分布规律，两者结合起来，就可以完整地描述导波模的横向分布规律，是轴向的相位传播常数，表明导模的纵向传输特性，要得到特征方程的精确解，须用数值法求解。在此为了简化分析，只考虑两种极端情况下特征方程的解，这两种情况分别是导波模在截止和远离截止时的特性。导波模截止是指电磁能量已经不能集中在纤芯中传播而向包层弥散的临界状态，此时的导波模径向归一化衰减常数＝0，将此时的归一化频率和归一化相位常数分别记为U、V 。通过由特征方程对、的求解，可以知道相应模式的截止条件，即光纤参数与工作波长的制约条件。 Vc 2 U c 2 Wc 2 U c 2 (1)TE、TM模的截止条件由TE、TM模的特性方程（ 2.2.47）式和（ 2.2.48）式，在模式截止时，且由贝塞尔函数 2 1 K (W ) ln K (W ) 的渐近公式 W W J (U ) 0 可得 (2.2.53) 截止状态时的归一化相位常数（等于归一化频率）是零阶贝塞尔函数的零点，零阶贝塞尔 TE (TM ) 、… 函数有几穷多个零点：2.405，5.520，8.654 …,它们分别对应着 TE (TM ) 、模式的截止频率。光波在光纤中传播时，如果工作波长、光纤参数a、n1、n2都是确定的，则归一化频率是一个完全确定的数。如果大于某个模式的归一化频率，则有W>0，该模式可以在光纤中传播；反之，如果小于某个模式的归一化截止频率，则W<0，该模式截止，成为辐射模，也就是说，光纤中任意一个模式传播条件为 V V (2.2.54) 如V>2.408，则模就能在光纤中存在，所有和模中，基模的归一化截止频率最低、截止波长最大。

光纤的基本理论

第一章光纤的基本理论1、光纤的结构：光纤是截面很小的可绕透明长丝，它在长距离内具有束缚和传输光的作用。

光纤由纤芯、包层和涂覆层构成，折射率从里到外依次减小（n 纤芯>n 包层>n 涂覆层）2、光纤的分类：（1）按光纤横截面上折射率分布的不同，可以将光纤分为阶跃折射率分布光纤 (简称阶跃光纤，适用于短距离传输 )和渐变折射率分布光纤 (简称渐变光纤，适用于长距离传输 )。

（2）根据传导模式数量的不同，光纤可以分为单模光纤和多模光纤两类。

单模光纤的纤芯直径很小，为4μm~10μm ，包层直径为125μm 。

多模光纤的纤芯一般为50μm,包层的外径为125μm 。

（3）按光纤构成的原材料分为石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层光纤、全塑光纤。

（4）按光纤的套塑层可分为紧套光纤和松套光纤。

3、光纤的相对折射率差：其中n1为纤芯的折射率， n2为包层折射率。

4、光纤的数值孔径为：NA5、假若在长为L 的光纤中，走得最快的模式所用的时间为τmin ，走得最慢的模式所用的时间为τmax ，则最大时延差Δτmax 为6、在多模渐变折射率光纤中，相对折射率差定义为其中n(0)、n2分别是r = 0处的和包层的折射率。

7、渐变光纤的本地数值孔径公式：其中n （r ）为渐变光纤纤芯折射率。

8、亥姆霍兹方程方程求解方法主要有两种：标量近似解和矢量解。

9、光纤的归一化频率10、归一化截止频率Vc 可求出截止波长λc(课本P15)当λ<λc 时，该模式可传输；而当λ>λc 时，该模式就截止。

11、图1—9（P16），注意横、纵坐标所表示的含义。

12、阶跃光纤中的模数量以M 表示，则M=V^2/2(详见课本P18)13、衡量光纤损耗特性的参数为衰减系数（损耗系数），定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，其表达式为其中Pi 为输入光纤的光功率，Po 为光纤输出的光功率。

14、造成光纤损耗的因素：引起光纤损耗的因素有吸收损耗、散射损耗和其它损耗，这些损耗又可以归纳为本征损耗、制造损耗和附加损耗等。

光纤通信复习（各章复习要点）

光纤通信复习（各章复习要点）光纤通信复习（各章复习要点）第⼀章光纤的基本理论1、光纤的结构以及各部分所⽤材料成分2、光纤的种类3、光纤的数值孔径与相对折射率差4、光纤的⾊散5、渐变光纤6、单模光纤的带宽计算7、光纤的损耗谱8、多模光纤归⼀化频率，模的数量第⼆章光源和光发射机1、光纤通信中的光源2、LD的P-I曲线，测量Ith做法3、半导体激光器的有源区4、激光器的输出功率与温度关系5、激光器的发射中⼼波长与温度的关系6、发光⼆极管⼀般采⽤的结构7、光源的调制8、从阶跃响应的瞬态分析⼊⼿，对LD数字调制过程出现的电光延迟和张弛振荡的瞬态性质分析（p76）9、曼彻斯特码10、DFB激光器第三章光接收机1、光接收机的主要性能指标2、光接收机主要包括光电变换、放⼤、均衡和再⽣等部分3、光电检测器的两种类型4、光电⼆极管利⽤PN结的什么效应第四章光纤通信系统1、光纤通信系统及其⽹管OAM2、SDH系统3、再⽣段距离的设计分两种情况4、EDFA第五章⽆源光器件和WDM1、⼏个常⽤性能参数2、波分复⽤器的复⽤信道的参考频率和最⼩间隔3、啁啾光纤光栅4、光环形器的各组成部分的功能及⼯作原理其他1、光孤⼦2、中英⽂全称：DWDM 、EDFA 、OADM 、SDH 、SOA第⼀章习题⼀、单选题1、阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界⾯上（B）⽽是能量集中在芯⼦之中传输。

A、半反射B、全反射C、全折射D、半折射2、多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是（A）的。

A、连续变化B、恒定不变C、间断变换D、基本不变3、⽬前，光纤在（B）nm处的损耗可以做到0.2dB/nm左右，接近光纤损耗的理论极限值。

A、1050B、1550C、2050D、25504、普通⽯英光纤在波长（A）nm附近波导⾊散与材料⾊散可以相互抵消，使⼆者总的⾊散为零。

A、1310B、2310C、3310D、43105、⾮零⾊散位移单模光纤也称为（D）光纤，是为适应波分复⽤传输系统设计和制造的新型光纤。

光纤通信原理-(全套)课件

1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统，其载波—光波具有很高的频率(约1014Hz)，因此光纤具有很大的通信容量。
2. 损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其他通信线路的损耗都低得多，因此，由其组成的光纤通信系统的中继距离也较其它介质构成的系统长得多。
光纤通信原理
1
第一章概述
1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 光纤通信的主要特性 1.3 光纤通信系统的组成和分类
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱变化的反射光束，这个过程就是调制。
式中：R、T都是复数，包括大小及相
位。其模值分别表示反射波、传递波与入
射波幅度的大小之比；2Ф1、2Ф2是R和T的
相角，分别表示在介质分界面上反射波、传递波比入射波超前的相位。
3. 平面波的全反射
全反射是一种重要的物理现象，当光波从光密介质射入光疏介质，且入射角大于临界角时才能产生全反射，即全反射必
1. 子午射线在阶跃型光纤中的传播
阶跃型光纤是由半径为a、折射率为常数n 1的纤芯和折射率为常数n2的包层组成，并且n1>n2，如图2.6所示。
图2.6 光线在阶跃型光纤中的传播
2. 子午射线在渐变型光纤中的传播
渐变型光纤与阶跃型光纤的区别在于其纤芯的折射率不是常数，而是随半径的增加而递减直到等于包层的折射率。

光纤通信系统第一章概述

制造中造成强度下降的原因
（1）预制棒在制造中可能存在杂质和气泡，会转移到光纤中。由于杂质的膨胀系数与周围玻璃不同，可能导致裂纹，造成强度的下降；气泡对强度的影响将更大。（2）拉丝过程中，拉丝炉的温度稳定性、周围环境中的粉尘及拉丝卷绕等有可能使光纤表面出现划痕、裂纹等机械损伤，影响光纤的强度。环境中的水分等有害物质将对光纤造成腐蚀，使光纤表面的裂纹扩展，降低光纤强度。
光纤简介
光纤通信的发展概况
光纤通信的主要特点
光纤通信系统的基本组成（重点）
光纤通信要解决的基本问题
一、光纤简介
光纤结构
光纤材料

玻璃光纤

塑料光纤
专用光纤（氟化物光纤，光敏光纤等）

光纤的制造
目前通信用光纤主要是以石英玻璃（SiO2）为主的石英光纤。制造光纤流程：
涂覆和套塑流程
光纤预制棒生产企业有五家：长飞、法尔胜光子、烽火通信、杭州富通和特恩弛，5 家企业的生产能力是2000万公里／年。光纤拉丝生产企业有19家：长飞、上海光纤、南京华新藤仓、深圳特发、成都中住、杭州富通、法尔胜光子、西古、烽火通信、天大天财、特恩弛、亨通阿尔法、中天科技、华伦光纤、富春江、上海华源、山东太平洋、海南韩国三星、海南睿丰，这19 家企业的生产能力是3500万公里／年。
衰减、色散对脉冲的影响示意
3. 非线性效应
光波间或光波与其中传输的材料之间的相互作用，从而对光信号产生影响。能引起噪声和串扰。
光缆
1. 要求：避免受到破坏力防止光纤传输特性的劣化易于操作 2. 构造: 缆芯，加强元件，护层
缆芯缆芯由光纤的芯数决定，有单芯、多芯。多芯光缆要对光纤进行着色以便于识别。为防止气体和水分子浸入，光纤中应具有各种防潮层并填充油膏。

【通信技术】有线传输工程题集（有答案）[详细]

【通信技术】有线传输工程题集（有答案）[详细]有线传输工程第一章光纤通信基本理论一、填空题1、光纤通信中所使用的光纤是界面很小的可绕透明长丝,它在长距离内具有(束缚)和传输光的作用.2、光具有波粒二像性,既可以将光看成光波,也可以将光看作是由光子组成的(粒子流)3、波动光学是把光纤中的光作为经典(电磁场)来处理.4、光纤色散是指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,由于不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同,从而导致(信号畸变)的一种物理现象.5、在数字光纤通信系统中,色散使(光脉冲)发生展宽.6、波导色散主要是由光源的光谱宽度和光纤的(几何结构)所引起的.7、光纤的非线性可以分为两类,即受激散射效应和(折射率扰动)8、当光纤中非线性效应和色散(相互平衡)时,可以形成光孤子.9、单模光纤的截止波长是指光纤的第一个(高阶模)截止时的波长.10、单模光纤实际上传输两个(相互正交)的基模.二、单向选择题1、将光纤的低损耗和低色散区做到1450—1650n米波长范围,则相应的带宽为( B )A、2.5B、25C、5.0D、502、阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界面上( B )而是能量集中在芯子之中传输.A、半反射B、全反射C、全折射D、半折射3、多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是( A )的.A、连续变化B、恒定不变C、间断变换D、基本不变4、目前,光纤在( B )n米处的损耗可以做到0.2dB/n米左右,接近光纤损耗的理论极限值.A、1050B、1550C、2050D、25505、石英光纤材料的零色散系数波长在( B )n米附近.A、127B、1270C、227D、22706、普通石英光纤在波长( A )n米附近波导色散与材料色散可以相互抵消,使二者总的色散为零.A、1310B、2310C、3310D、43107、非零色散位移单模光纤也称为( D )光纤,是为适应波分复用传输系统设计和制造的新型光纤.A、G.652B、G.653C、G.654D、G.655三、多项选择题1、根据光纤横截面折射率分布的不同,常用的光纤可以分成( AB ).A、阶跃光纤B、渐变光纤C、单模光纤D、多模光纤2、光纤损耗因素主要有本症损耗、( A B C D )和附加损耗等.A、制造损耗B、连接损耗C、耦合损耗D、散射损耗3、光纤通信所使用的低损耗窗口是( A C )和1310n米波段.A、850n米波段B、1050n米波段C、1550n米波段D、2650n米波段4、根据色散产生的原因,光纤色散的种类主要可以分为(A BC).A、模式色散B、材料色散C、波导色散D、偏振模色散5、单模光纤可以分为( ABCD ).A、非色散位移单模光纤B、色散位移单模光纤C、截止波长位移单模光纤D、非零色散位移单模光纤四、判断题1、光纤是圆截面介质波导.(√)2、在多模阶跃光纤的纤芯中,光按曲线传输,在纤芯和包层的街面上光发生反射.(×)3、在渐变光纤中,光射线的轨迹是直线.(×)4、光纤的折射率分布采取双曲正割函数的分布,所有的子午射线具有完善的自聚焦性质.(√)5、材料色散引起的脉冲展宽与光源的光谱线宽和材料色散系数成正比.(√)6、偏振色散是由于实际的光纤总是存在一定的不完善性,使得沿着两个不同方向偏振的同一模式的相位常数β不同,从而导致这两个模式传输不同步,形成色散.(√)7、在高强度电磁场中光纤对光的影响会变成线性.(×)8、四波混频是指由2个或3个不同波长的光波混合后产生新的光波的现象.(√)9、为了保证单模传输,光纤的纤径较小,一般其芯径为4-10μ米.(√)10、由于光纤双折射的存在,将引起光波的偏振态沿光纤长度发生变化.(√)五、简答题1、简述光纤通信的特点.答:(1)频带宽,通信容量大;(2)传输损耗低,无中继距离长(3)抗电磁干扰(4)光纤通信串话小,保密性强,使用安全;(5)体积小,重量轻,便于敷设;(6)材料资源丰富.2、简述渐变光纤的折射率分布.答:渐变光纤横截面的折射率分布,包层的折射率是均匀的,而在纤芯中折射率则随着纤芯的半径的加大而减小,是非均匀、且连续变化的.3、简述光纤材料色散色定义及其引起的原因.答:由于光纤材料的折射率是波长λ的非线性函数,从而使光的传输速度随波长的变化而变化,由此而引起的色散叫材料色散.材料色散主要是由光源的光谱跨度所引起的,由于光纤通信中使用的光源不是单色光,具有一定的光谱宽度,这样,不同波长的光波传输速度不同,从而产生时延差,引起脉冲展宽.六、论述题1、阐述光纤受激散射效应定义,表现形式及其主要区别.(1)定义.受激散射效应是光通过光纤介质时,有一定能量偏离预定的传播方向,且光波的频率发生改变,这种现象称为受激散射效应.(2)表现形式.受激散射效应表现形式有两种,即受激布里渊散射和受激拉曼散射.这两种散射都可以理解为一个高能量的光子被散射成一个低能量的光子,同时产生一个能量为两个光子能量差的另一个能量子.(3)主要区别.两种散射的主要区别在于受激拉曼散射的剩余能量转变为光频声子,而受激布里渊散射转变为声频声子;光纤中的受激布里渊散射只发生在后向,受激拉曼散射主要是前向.受激布里渊散射和受激拉曼散射都使得入射光能量降低,在光纤中形成一种损耗机制.在较低光功率下,这些散射可以被忽略.当入射光功率超过一定阈值后,受激散射效应随入射光功率成指数增加.2、阐述光纤的折射率扰动所引起的各种非线性效应.答:折射率扰动主要引起自相位调制(SP米)、交叉相位调制(XP米)、四波混频(FW米)和光孤子形成四种非线性效应.（1）自相位调制.自相位调制是指光在光纤内传输时光信号强度随时间的变化对自身相位的作用.它导致光谱展宽,宠儿影响系统性能.（2）交叉相位调制.交叉相位调制是任意波长信号的相位受其它波长信号强度起伏的调制产生的.交叉相位调制不仅与光波自身强度有关,而且与其他同时传输的光波强度有关,所以交叉相位调制总伴有自相位调制.交叉相位调制会使信号脉冲谱展宽.（3）四波混频.四波混频是指由2个或3个不同波长的光波混合和后产生新的光波的现象.其产生原因是某一波长的入射光会改变光纤的折射率,从而在不同频率处发生相位调制,产生新的波长.四波混频对于密集波分复用(DWD米)光纤通信系统影响较大,成为限制其性能的重要因素.（4）光孤子形成.非线性折射率和色散间的相互作用,可以使光脉冲得以压缩变窄.当光纤中的非线性效应和色散间相互平衡时,可以形成光孤子.光孤子脉冲可以在长距离传输过程中,保持形状和脉宽不变.第二章光发送机与光接收机一、填空题1、(受激)辐射是半导体激光器的基本工作原理.2、半导体光源的核心是PN结,它由(高掺杂浓度)的P型半导体材料和N型半导体材料组成.3、半导体激光器产生稳定的激光振荡必须满足一定的条件,即阈值条件和(相位)条件.4、半导体激光器的激光振荡是由光栅形成的光耦合来提供,其基本原理是(布拉格)反射原理.5、半导体激光器的(P—I特性)是指它的输出功率P随注入电流I 的变化关系.6、半导体激光器把激励的电功率转换成(光功率)发射出去.7、发光二极管是非相干光源,它的基本工作原理是(自发)辐射.8、在光纤通信系统中,光发送机的任务是把(电端机)送来的电信号转变为光信号9、光发送机中的调制电路将电信号转变为(调制电流),以便实现对光源的强度调制.10、PIN光电二极管可以对一定波长范围内的入射光进行(光电转换),这一波长范围就是PIN光电二极管的波长影响范围.二、单项选择题1、为了获得高辐射度,发光二极管一般采用( D )结构.A、多同质B、双同质C、多异质D、双异质2、发光二极管的远场特性是距离器件输出端面一定距离的光束在( B )的分布.A、时间上B、空间上C、磁场上D、电场上3、光发送机技术指标中的消光比直接影响光接收机的灵敏度,从提高接收机灵敏度的角度希望消光比极可能大,消光比一般应大于( A )dB.A、10B、8C、6D、44、一般PIN光电二极管在入射光功率( D )毫瓦量级时,能够保持比较好的线性.A、高于B、略高于C、等于D、低于5、雪崩光电二极管特性中的量子效率只与初级光生载流子数目有关,不涉及倍增问题,故量子效率值总是( D ).A、大于1B、略大于1C、等于1D、小于16、在光纤通信中,光接收机再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成( B ).A、模拟信号B、数字信号C、电子信号D、光子信号三、多项选择题1、光纤通信中,光源的间接调制是利用晶体的( ABC )等性质来实现对激光辐射调制.A、电光效应B、磁光效应C、声光效应D、场光效应2、在光纤数字通信系统中,光发送机主要有( ABC )、光源及其控制电路.A、输入借口B、线路编码C、调制电路D、输出接口3、在光纤通信系统中编码调制是先将连续的模拟信号通过( ACD ),转换成二进制脉冲代码,再用矩型脉冲的有、无来表示信号.A、取样B、过滤C、量化D、编码4、雪崩二极管的响应速度主要取决于( ABC )等因素.A、载流子完成倍增过程所需要的时间B、载流子在耗尽层的渡越时间C、结电容和负载电阻的RC时间常数D、结电容和负载电感的LC时间常数5、光接收技术中的前置放大器一般可分为( ACD )等几种.A、低阻抗前置放大器B、无阻抗前置放大器C、高阻抗前置放大器D、跨阻抗前置放大器四、判断题1、光端机是光纤通信系统中的光纤传输终端设备,它们位于电端机和光纤传输线路之间.(√)2、半导体激光器的输出光功率不会随温度而变化.(×)3、半导体激光器中所允许的光场模式分为TE和T米两组.(√)4、由于光二极管输出的是自发辐射光,并且没有光学谐振腔,所以输出光谱要比半导体激光器窄得多.(×)5、光调制是用待发送的电信号控制光载波的某一参量,使之携带发送信息的过程,也就是完成电/光转换的过程.(√)6、对于半导体光源,其输出光功率与注入电流成反比.(×)7、激光器的发射心波长随温度的升高向长波长漂移.(√)8、受激吸收是半导体光检测器的基本工作原理.(√)9、光电二极管的线性饱和是指它有一定的功率检测范围,当入射功率太强的时,光电流和光功率将不成正比,从而产生非线性失真.(√)10、雪崩光电二极管是具有内部增益的光检测器,它可以用来检测微弱光信号并获得较大的输出光电流.(√)11、光接收机的主要作用是将经过光纤传输的微弱光信号转换成电信号,并放大、再生成原发射的信号.(√)五、问答题1、简述光纤通信中光接收机的主要作用.答:光接收机的主要作用是将光纤传输后的幅度被衰减的、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信号.并对电信号进行放大、整形、再生后,再生成渝发送端相同的电信号,输入到电接收端机.2、简述半导体激光器的光谱特性.答:半导体激光器的光谱特性主要是激光器的纵模决定.激光器的光谱会随着注入电流而发生变化.当注入电流低于阀值电流时,半导体激光器发出的是荧光,光谱很宽;当电流增大到阀值电流时,光谱突然变窄,光谱中心强度急剧增加,出现了激光;对于单纵模半导体激光器,由于只有一个纵模,其谱线更窄.3、简述发光二极管的P—I特性.答:发光二极管不存在阀值,输出光功率与注入电流之间呈线性关系,且线性范围较大.当注入电流较大时,由于PN结的发热,发光效率降低,出现饱和现象.在相同注入电流下,面发光二极管的发输出功率比边发光二极管大.4、简述影响PIN光电二极管响应速度的主要因素.答:影响响应速度的主要因素有:结电容和负载电阻的RC时间常数、载流子在耗尽区里的渡越时间及耗尽区外产生的载流子的扩散时间.六、论述题1、阐述光纤通信心对光源的要求.答:(1)光源的发射波长应该与光纤的低损耗窗口一致,即为850n米、1310n米和1550n米的三个低损耗窗口.(2)光源有足够高的、稳定的输出光功率,以满足系统中继距离的要求,一般为数十微瓦至数微瓦为宜.(3)光源的光谱线宽要窄,即单色性好,以减小光纤色散对信号传输质量的影响.(4)调制方法简单,且要响应速度快,以满足高速率传输的要求.(5)电光转换效率要高.(6)能够在室温下连续工作,(7)体积小,重量轻,寿命长,工作稳定可靠.2、阐述半导体激光器控制电路中自动功率控制的手段和方法.答:(1)控制手段.要精确控制激光器的输出功率,应从两方面着手:一是控制激光器的偏置电流,使其自动跟踪阀值的变化,从而使激光器总是偏置在最佳的工作状态;而是控制激光器调制脉冲电流的幅度,使其自动跟踪外微分量子效率的变化,从而保持输出光脉冲信号的幅度恒定.(2)控制方法.自动功率控制方法有两种:一是通过光反馈来自动调整偏置电流的自动偏置控制方法;二是峰值功率/平均功率控制方法.3、阐述光纤通信系统对光检测器的要求.答:光检测器是把光信号变为电信号的器件,由于从光纤中传输过来的光信号一般是非常微弱其产生了畸变的信号,因此光纤通信系统对光检测器提出了非常高的要求.具体有求如下:一是在系统的工作波长上要有足够高的响应度,即对一定的入射光功率,光检测器能输出尽可能大的光电流;二是有足够高的响应速度和足够的工作带宽,即对高速光脉冲信号有足够快的响应能力.三是产生的附加噪声小;四是光电转换线性好,保真度高;五是工作稳定可靠,工作寿命长;六是体积小,使用简便.第三章光纤通信技术一、填空题1、光纤放大器分为稀土掺杂光纤放大器和利用(非线性)效应制作的常规光纤放大器.2、掺铒光纤放大器中的泵浦光源为信号光的放大提供足够的能量,它使处于低能级的Er3+被提高到高能级上,使掺铒光纤达到粒子数(反转)分布.3、掺铒光纤放大器中的同向泵浦是信号光与泵浦光以(同一方向)进入掺铒光纤的方式.4、掺铒光纤放大器中的反向泵浦是信号光与泵浦光从(两个不同)的方向进入掺铒光纤的方式.5、掺铒光纤放大器中的光耦合器的作用是将(信号光)和泵浦光合在一起,送入掺铒光纤中.6、光时分复用是指在光上进行时间(分割)复用.7、光时分复用技术中的高速光开关在逻辑上可以是一个全光的(与门)或者电/光脉冲控制的开关器件.8、光纤中的孤子是光纤色散与(非线性)相互作用的产物,服从非线性薛定谔方程,受光纤线性与非线性的支配.9、光纤通信技术中的光孤子源发出的光孤子应具有(双曲正割)型或高斯型的轮廓.10、光传送网是一种以(波分复用)与光信道技术为核心的新型通信网络传送体系.二、单项选择题1、半导体光放大器的增益一般在(A)dB.A.15~30B.45~60C.75~90D.115~1302、半导体光放大器的频带宽度一般为(B)n米.A.30~50B.50~70C.70~90D.90~1103、掺铒光纤放大器的工作波长为(B)n米波段.A.1350B.1550C.1750D.19504、掺镨光纤放大器的工作波长为(A)n米波段.A.1300B.1500C.1700D.19005、光纤拉曼放大器具有在(C)n米全波段实现光放大的优点.A.127~167B.270~670C.1270~1670D.2700~67006、掺铒光纤放大器具有较高的饱和输出功率,一般为(C)dB米.A.0.1~0.2B.1.0~2.0C.10~20D.100~200三、多项选择题1、掺铒光纤放大器的光路部分由(ABCD)和光滤波器组成.A.掺铒光纤B.泵浦光源C.光耦合器D.光隔离器2、光波分复用(WD米)系统的基本构成主要有(AB)几种形式.A.双纤单向传输B.单纤双向传输C. 双纤双向传输D. 单纤单向传输3、目前,光纤通信技术中的光网络节点主要有( AC )A、光分插复用器B、光分插连接器C、光交叉连接器D、光交叉复用器4、光传送网节点技术中的光交叉连接器的光交换单元可采用( AC )A、空间交换B、时间交换C、波长交换D、信号交换5、掺铒光纤放大器的泵浦形式有(ABC)A、同向泵浦B、反向泵浦C、双向泵浦B、三向泵浦四、判断题1、光纤通信在进行长距离传输时,由于光纤中存在损耗和色散,使得光信号能量降低光脉冲发生展宽.(√)2、光放大器不能直接放大光信号,需转换成电信号.(×)3、掺铒光纤放大器中的双向泵浦是同向泵浦和反向泵浦同时泵浦的方式.(√)4、常规光纤放大器是利用光纤的三阶线性光学效应产生的增益机制对光信号进行缩大.(×)5、双纤单向传输是指采用两根光纤实现连个方向信号传输,完成全双工通信.(√)6、单纤双向传输是指光通路在一根光纤中同时延两个不同的方向传输,此时,双向传输的波长相互分开,以实现彼此双方全双工的通信.(√)7、当进入光纤中的光功率较低时,光线可以认为是线性系统,其折射率可以认为是常数.(√)8、光纤孤子通信依靠光纤的线性和色散特性,实现传输过程中畸变光信号的分布式自整形.(×)9、在光网络中,信息流的传送处理过程主要在光域进行,由波长标识的信道资源成为层连网的基本信息单元.(√)10、WD米波分复用光传送网是用光波长作为最基本交换单元的交换技术,来替换传统交换节点中以时隙为交换单位的时隙交换技术.(√)五、简答题1、简述掺铒光纤放大器辅助电路部分的作用及其所包含的功能电路.答:辅助电路部分中的自动控制部分一般采用微处理器对EDFA的泵浦光源的工作状态进行监测和控制、对EDFA输入和输出光信号的强度进行监测,根据监测结果适当调节泵浦光源的工作参数,使EDFA工作在最佳状态.此外,辅助电路部分还包括自动温度控制和自动功率控制等保护功能的电路.2、简述光波分复用技术(WD米)的工作原理.答:WD米技术是在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术.其基本原理是在发送端将不同波长的信号组合起来(复用),送入到光缆线路上的同一根光纤中进行传输,在接受端又将组合波长的光信号分开(解复用),并作进一步处理,恢复出原信号后送入不同的终端,因此将此项技术称为光波长分割复用,简称光波风复用技术.3、简述光时分复用(OTD米)需要解俊的关键技术.答:从目前的研究情况看,实现OTD米需要解决的关键技术如下:（1）高重复率超短光脉冲源;（2）超短光脉冲的长距离传输和色散抑制技术;（3）时钟恢复技术;（4）光时分复用和解复用技术;（5）帧同步及路序确定技术;4、简述WD米光传送网的特点.答:(1)波长路由(2)透明性(3)网络结构的扩展性(4)可重构性(5)可扩容性(6)可操作性(7)可靠性和可维护性六、论述题1、阐述掺铒光纤放大器(FDFA)的应用形式答:(1)系统线路放大器.将FDFA直接接入光纤传输链路中作为在线放大器,或光中继器取代光—电—光中继器,实现光—光放大.可广泛应用于长途通信.越洋通信和CA TV分配网络等领域.(2)功率放大器.将EDFA接在光发射机的光源之后对信号进行放大.由于增加了入纤的光功率,从而可延长传输距离.(3)前置放大器.将EDFA放在光接受几的前面,可以提高光接收机的接受灵敏度.(4)LAN放大器.将EDFA放在光纤局域网络中用作分配补偿器,以便增加光节点的数目,为更多的用户服务.2、阐述光传送网中各子层的功能.答:(1)光信道层.光信道层负责为来自电复用段曾德不同格式的客户星系选择路由和分配波长,为灵活的网络选路安排光信道连接,处理光信道开销,提供光信道层的检测、管理功能,提供端到端的连接,并在故障发生时,通过重新选录或直接把工作业务切换到预定的保护路由来实现保护到缓和网络恢复.(2)光复用段层.光复用断层保证相邻两个波长复用传输设备间多波长复用光信号的完整传输,为多波长信号提供网络功能.主要包括:为灵活的多波长网络选路重新安排光复用段功能;为保证多波长光复用段适配信息的完整性处理光复用段开销;为段层的运行和维护提供光复用段的检测和管理功能.(3)光传输段层.光传输段层为光信号在不同类型的光媒质(如G.652、G.655光纤)上提供传输功能,同时实现对光放大器或中继器的检测和控制功能等.通常会涉及的问题是:功率均衡问题,EDFA增益控制问题和色散的积累和补偿问题.第四章传送网技术一、填空题1、传送网可分层电路层、通道层和(传输媒质)层三个子层2、SDH帧结构中的耿告诫同步传送模块有基本模块信号ST米-1的(N倍)组成.3、SDH帧结构可分乘(段开销),ST米-N净负荷和管理单元指针三个基本区域.4、SDH帧结构中的短开销是指为保证信息正常、灵活、有效地传送所必须附加的(字节),主要用于网络的运行、管理、维护及指配.5、SDH帧结构中的信息净负荷指的是可真正用于电信业务的(比特)6、SDH帧结构中设置了两种开销,分别是段开销和(通道)开销.7、在SDH网络基本传送模块ST米-1中,E1和E2字节用于提供(公务联络)语声通路.8、在SDH网络基本传送模块ST米-1中,K1和K2字节用作(APS)指令.9、在SDH网络基本传送模块ST米-1中米1字节用来传送BIP-N*24所检出的(差错块)个数.10、SDH的通用复用映射结构中,具有一定频差的各种支路的业务信号要想复用进ST米-N帧,都要经历映射、(定位校准)和复用三个步骤.11、SDH基本单元中的虚容器是用来支持SDH(通道层)连接的信息结构.12、SDH网络基本单元中的支路单元是一种提供低阶通道层和(高阶)通道层之间适配功能的信息结构.13、SDH网络基本单元中的管理单元式提供高阶通道层和(复用段)层之间适配功能的信息结构.14、在SDH网络中,映射是一种在SDH网络边界处,把支路信号适配装入相应(虚容器)的过程.15、SDH网络中的分差复用器是利用(时隙交换)实现宽带管理.二、单项选择题1、SDH网络中最基本的模块为ST米-1,传输速率为(A)米bit/s.A.155.520C.466.560D.622.0802、SDH技术中采用的帧结构属于块状帧结构并以字节为基础,传输一帧的时间125μs,每秒共传(D)帧.A.600B.800C.6000D.80003、SDH帧结构中的管理单元指针位于帧结构左边的第(C)行.A.2B.3C.4D.54、SDH同步传送基本模块中的定帧字节共有(B)个A1和A2,其目的是尽可能地缩短同步建立时间.A.4B.6C.8D.105、SDH同步基本传送基本模块中的F1字节是为特殊维护目的而提供临时的数据/语声通路连接,其速率为(C)Kbit/s.A.16B.32C.64D.1286、SDH映射单元中,容器C-12的速率为(B)米bit/s.A.1.600B.2.176C.6.784。

(完整word版)光纤通信复习题库(整合版)

光纤通信复习题库（整合版）一、填空题1.有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，以便时产生信号的提取，称_扰码电路 __ 。

2.PIN光电二极管是在P型材料和N型材料之间加一层_ _I___型材料，称为__耗尽层。

3.APD中促使其电流猛增的是__倍增效应。

碰撞电离4．在半导体激光器的P—I 曲线上，当I＞It 时，激光器发出的是激光，反之为荧光5. EDFA在光纤通信系统中主要的应用形式主要有作前置放大器使用、作功率放大器使用和作_线路放大器使用。

6. SDH网有一套标准化的信息结构等级，称为_同步传送模块STM-N_。

7.从波动理论的观点看，光波作为一种电磁波来处理。

8.目前光纤通信的长波波长低损耗工作窗口是 1.31μm和1.55um 。

9.光纤主要由纤芯和包层两部分构成。

10.LED适用于模拟的光纤传输系统。

11．光纤中的传输信号由于受到光纤的损耗和色散的影响，使得信号的幅度受到衰减，波形出现失真。

12．光纤数值孔径的物理意义是表示光纤端面_ 集光 _的能力。

接受和传输光13.准同步数字体系的帧结构中，如果没有足够的开销字节，就不能适应网络管理、运行和维护。

14.SDH中STM—1的速率是 155Mb/s 。

15. 按照泵浦方式的不同，EDFA可分为正向泵浦结构、反向泵浦结构和双向泵浦结构等三种形式。

16.响应度和量子效率都是描述光电检测器光电转换能力的一种物理量。

17.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85um ,1.55um 和__1.31um_。

18.PDH复用成SDH信号必须经过映射、定位、复用三个步骤。

19.受激辐射过程中发射出来的光子与外来光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向、传播方向都相同，因此，称它们是_相干光 ___。

20. SDH中STM—4的速率是 622 Mb/s 。

21.常用的SDH设备有：终端复用器、__再生器_和数字交叉连接设备等。

22.在光接收机中，与___光检测器__紧相连的放大器称为前置放大器。

光纤的基本理论

3. 按光纤构成的原材料分类
石英系光纤多组分玻璃光纤塑料包层光纤全塑光纤目前光纤通信中主要使用石英系光纤
4. 按光纤的套塑层分类
紧套光纤松套光纤
1.1.2 多模阶跃折射率光纤的射
线光学理论分析
图示为阶跃光纤的子午光线。
在多模阶跃光纤的纤芯中，光按直线传输，在纤芯和包层的界面上光发生反射。由于光纤中纤芯的折射率n1大于包层的折射率 n2，所以在芯包界面存在着临界角φc 。
射线轨迹法
在光纤半径和波长之比很大时，可得到很好的近似结果，所谓“短波长极限”。
光射线与模式的联系
沿光纤轴方向传播的导波模可以分解为一系列平面波的叠加，即在光纤轴的横方向形成驻波分布。
任一平面波都与其相前垂直的射线联系。
根据射线描述，只要入射角大于临界角的任何射线都可以在光纤中传播，加上驻波条件后，允许的角度就只有有限个。
围表示，也可用频率范围 f来表示
它们的关系为
f
f
、f分别是光源的
中心波长和中心频
率
1.5.2 光纤色散的种类
模式色散材料色散波导色散偏振模色散
1.5.3 光纤色散的表示法
特定模式传输群速度
vg
d d
单位长度光纤的群时延
g
1 vg
d d
1 d
c dk
2 d 2 c d
最大时延差
传导模对于e j(t z) 中 n2k n1k时截止模当 n2k时，模式截止。泄露模 n2k 时出现，仍被约束在纤
芯内传播一段距离。
归一化频率V
V
2 a
(n12
1
n22 )2
2 a
NA

光纤通信原理参考答案

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。

光纤通信第一章3-阶跃光纤中的模式理论剖析

北京邮电大学顾畹仪
4
所以，R（r）的解应取贝塞尔函数( J 函数)
令 u2 (k02n12 2 )a2
得
Ez1 H z1
A B
Jv
(
ur a
)ei
b. 在包层中（r a, k k2 k0n2 ）
概念：传导模应沿径向迅速衰减，即 2 k02n22 0
所以，R（r）的解应取第二类变形的贝塞尔函数( K函数 )
和HE21模都还没有出现，实现单模传输。
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13
几个低次模的归一化传输常数随V的变化
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14
（4）几个低次模的场型图
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15
北京邮电大学顾畹仪
16
5、近似解——LP模
思路：为了简化分析，不考虑各种模式的具体区别，只注意各模式的传输系数，将弱导近似下传输系数相等的模式用 LP模概括起来。
可以证明，若将 HE 1，m和EH 1，m 模线性叠加，得
到的是直角坐标系下的线偏振模，这就是LP（Linearly Polarized Mode）模的来源。
LPom模是由HE1m模得到；LP1m模是由TEom、TMom和 HE2m模线性组合得到；LP2m模是由EH1m模和HE3m模线性组合得到，…
3
2、用分离变量发求解阶跃折射率光纤中的波动方程 1）变量分离
令 (r,) R(r)()
() ei , 0,1, 2, 场的圆周对称性
得
d
2R(r) dr 2
1 r
dR(r) dr
(k 2
2
2
r2
)R(r)
0
2）解的形式
a. 在纤芯中（ r a, k k1 k0n1)

传输资管题库

A ABCD B B A D B A ABC A A A ABCD B A
工程建设部门命名预警管理跳纤空间资源波道名称 /D KA 调整是是是每月通报
网络维护部门录入报表管理跳线核心网始末端端口名称 /P BS 停闭否否否验收到位
运维系统—空间管运维系统—设备管理—传理—站点输网元管理电路通道核查电路配线架核查
答案
D A A ABCD C B D ABCDE B A B ABCD B B AC D D B ABCD D B D ABCD D A
选项A
32 155.52 光纤到大楼面向连接,统计复用 15ms
选项B
8 51.84 光纤到路边可扩展性，可生存性，电信级OAM＆保护 30ms
双纤单向复用段保双纤双向复用段保护环护环汇聚型业务链形光纤的型号 G.652 半反射管道光缆网络型业务星形光纤的损耗和传输带宽 G.653 全反射直埋光缆
信号丢失，输入无光功率、光功率过帧失步，搜索不到A1、A2 低、光功率过高，字节时间超过625μ s 使BER劣于10-3 AIS 信号失效 LOS 桥接
LOS
OOF
单选题多选题单选题单选题单选题单选题单选题单选题多选题单选题单选题单选题多选题单选题单选题单选题多选题单选题多选题单选题单选题单选题单选题单选题多选题单选题单选题
多选题单选题
ABCD
检查复用段保护关检查交叉板收到的K字节是系是否下发正确，否和光板收到的一致保护是否启动小于大于
A
单选题多选题单选题单选题单选题多选题单选题单选题
A

光纤的模式理论2010-10-26

Fx

x
30
圆柱坐标系中的波动方程
j E z H z Er 2 ( r r ) t j E z H z E 2 ( r ) t H j ( H z E z ) r t2 r r H j ( H z E z ) t2 r
此时本征方程可简化为59阶跃光纤中的模式分析本征方程的统一形式heehhetmtelplplp60lmlp模截止值和远离截止值u值lp模截止条件远离截止条件截止远离截止值38317701561017313322404855201865371179149324048552018653711791493383177015610173133238317701561017313325135684171162147901lp02lp03lp04lp05lp11lp12lp13lp14lp15lp21lp22lp23lp24lp25lp61几种低阶模横截面上的光斑图62几种低阶模横截面上的光斑图63几种低阶模横截面上的光斑图64几种低阶模横截面上的光斑图65几种低阶模横截面上的光斑图66几种低阶模横截面上的光斑图6701lp几种低阶模横截面上的光斑图68几种低阶模横截面上的光斑图69模横截面上的光斑图1617lp70几种低阶模的归一化光功率分布01lp21lp11lp左边b09右边b0171he电场磁场四个低阶模式的电磁场矢量结构图横截面上72几个低阶模式的电磁场矢量结构图73多模渐变型光纤的模式特性传输常数传输常数多模渐变型光纤多模渐变型光纤传输常数的普遍公式为g和k前面已经定义了m是模式总数模式总数m是传输常数大于的模式数模式数
根据麦克斯韦方程组和物质方程（无源、各向同性介质中） D H D E ：介电常数 t B H B/ ：磁导率 E t j E H z 可得出 E ( z )

光纤通信基本理论测试题(含答案)

一、填空题1．光纤通信中所使用的光纤是截面很小的可绕透明长丝，它在长距离内具有(束缚)和传输光的作用。

2．光具有波粒二像性，既可以将光看成光波，也可以将光看作是由光子组成的(粒子流)。

3．波动光学是把光纤中的光作为经典(电磁场)来处理。

4．光纤色散是指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，由于不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，从而导致(信号畸变)的一种物理现象。

5．在数字光纤通信系统中，色散使(光脉冲)发生展宽。

6．波导色散主要是由光源的光谱宽度和光纤的(几何结构)所引起的。

7、光纤的非线性可以分为两类，即受激散射效应和（折射率扰动）。

8．当光纤中的非线性效应和色散(相互平衡)时，可以形成光孤子。

9．单模光纤的截止波长是指光纤的第一个(高阶模)截止时的波长。

10．单模光纤实际上传输两个(相互正交)的基模。

11、光纤通信是以（光波）为载频，以光纤为（传输媒介）的通信方式。

12、目前光纤通信在（1550nm）波段附近的损耗最小。

13、（数值孔径）表征了光纤的集光能力。

14、G．653光纤又称做色散位移光纤是通过改变折射率的分布将(1310)nm附近的零色散点，位移到(1550)nm附近，从而使光纤的低损耗窗口与零色散窗口重合的一种光纤。

15、G．655在1530-1565nm之间光纤的典型参数为：衰减<（0.25）dB/km;色散系数在(1-6ps/nm·km)之间。

16、克尔效应也称作折射率效应，也就是光纤的折射率n随着光强的变化而变化的（非线性）现象。

17、在多波长光纤通信系统中，克尔效应会导致信号的相位受其它通路功率的（调制），这种现象称（交叉相位调制）。

18、当多个具有一定强度的光波在光纤中混合时，光纤的（非线性）会导致产生其它新的波长，就是（四波混频）效应。

19、G．652光纤有两个应用窗口，即1310nm和1550nm,前者每公里的典型衰耗值为（0.34dB）,后者为（0.2dB）。

阶跃光纤和渐变光纤导光原理课件

应用场景的比较
阶跃光纤
由于其较低的传输损耗和稳定的导光性能，适合用于短距离、高带宽的通信网络。例如，建筑物内的光纤网络、局域网等。
渐变光纤
由于其优异的传输性能，常用于长距离、大容量的通信系统，如跨洋光缆、国家骨干网等。
05
阶跃光纤和渐变光纤的发展趋势
新材料的应用
材料选择
随着科技的进步，新型的光纤材料不断涌现，如石英、塑料等，这些材料具有更高的光学性能和机械强度，能够提高光纤的传输效率和稳定性。
。
03
渐变光纤导光原理
渐变光纤的结构特点
01
02
03
渐变折射率
渐变光纤的折射率从中心到外部逐渐减小，形成连续变化的折射率分布。
多模传输
由于折射率的变化，光线在光纤中传播时发生折射，形成多模传输。
材料选择
常用石英材料制造渐变光纤，因其具有优良的物理和光学性质。
渐变光纤的折射率分布
抛物线型折射率分布
材料优化
通过改进材料的纯度、掺杂技术等手段，进一步优化光纤材料的性能，提高其导光能力和抗干扰能力。
新工艺的研发
拉丝工艺
改进拉丝工艺，提高光纤的几何精度和表面质量，降低光纤的散射损耗和反射损耗。
涂覆工艺
研发新型的涂覆材料和涂覆技术，增强光纤的机械强度和环境适应性，延长光纤的使用寿命。
新结构的设计
1980年代
1990年代至今
光纤通信进入大规模商用阶段，光纤通信系统逐渐成为长距离、大容量通信的主流技术。
光纤通信技术不断创新和发展，传输速率和传输距离不断提升，全光网络成为未来通信技术的发展方向。
光纤的种类和特点
阶跃光纤

光纤通信第四版课后答案张德民胡庆

光纤通信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O<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。

7、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》PPT课件

31
3-1-2 散射损耗
光线通过均匀透明介质时，从侧面是难以看到光线的，如果介质不均匀，如空气中漂浮的大量灰尘，我们便可以从侧面清晰地看到光束的轨迹。这是由于介质中的不均匀性使光线四面八方散开的结果，这种现象称之为散射。散射损耗是以光能的形式把能量辐射出光纤之外的一种损耗。散射损耗可分为线性散射损耗和非线性散射损耗。
红外吸收损耗对于波长大于2微米的光波表现得特别强烈，形成红外吸收带。
29
杂质吸收损耗
杂质吸收损耗可以随杂质浓度的降低而减小，直至清除。因此得到一个很宽的低损耗波长窗口，有利于波分复用（WDM）。
30
原子缺陷吸收损耗
原子缺陷吸收损耗可以通过选用合适的制造工艺，不同的掺杂材料及含量使之减小到可以忽略不记的程度。
2
1-1 光纤通信的发展与现状
1-1-1 早期的光通信几千年前，中国就有火光通信：烽火
台，它是世界上最早的光通信，因为它具有光通信的基本要素：光源、接受器、信息加在光波上和光通道。
1880年，贝尔发明了光电话，它是现代光通信的开端，但由于找不到实用的传输手段而夭折。
3
1-1-2 光纤通信
3、弯曲特性弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折
射率差△ 以及光缆的材料和结构。实用光纤的最小弯曲半径一般为50~70毫米，光缆的最小弯曲半径一般为500~700毫米，等于或大于光纤最小弯曲半径的10倍。在以上条件下，光辐射引起的光纤附加损耗可以忽略，若小于最小弯曲半径，附加损耗则急剧增加。
1950年曾出现过导光用的玻璃纤维，但损耗高达1000db/Km，这天文数字的损耗量，使有人认为光纤传输无实际意义。
1960年，英籍华人高锟指出：如能将光纤中过渡金属离子减少到最低限度，有可能使光纤的损耗减少到1 db/Km，信息容量可能超过100MHz。

光纤通信第一章3-阶跃光纤中的模式理论

光纤通信系统-阶跃折射率光纤的模式理论解析

光纤通信技术习题

光纤通信 阶跃光纤模式色散曲线计算光纤材料色散计算、 光纤光栅特性分析

光纤通信系统-阶跃折射率光纤的模式理论解析

光纤的基本理论

光纤通信复习（各章复习要点）

光纤通信原理-(全套)课件

光纤通信系统 第一章 概述

【通信技术】有线传输工程题集（有答案）[详细]

(完整word版)光纤通信复习题库(整合版)

光纤的基本理论

光纤通信原理参考答案

光纤通信第一章3-阶跃光纤中的模式理论剖析

传输资管题库

光纤的模式理论2010-10-26

光纤通信基本理论测试题(含答案)

阶跃光纤和渐变光纤导光原理课件

光纤通信第四版课后答案张德民胡庆

《光纤通信原理》PPT课件

光纤通信阶跃光纤模式色散曲线计算光纤材料色散计算、光纤光栅特性分析

光纤通信系统第一章概述