《光纤通信系统》第二版_李履信,沈建华_习题解答

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1-1.光纤通信有哪些优点？

答：光纤通信具有下面一些优点：

1、传输容量大；

2、传输损耗小，中继距离长；

3、泄漏小，性好；

4、节约大量有色金属；

5、抗电磁干扰性能好；

6、重量轻，可挠性好，敷设方便。

1-2.比较五代光纤通信系统的主要特点与差别。

答：五代光纤通信系统的主要特点与差别如下：

1、第一代光纤通信系统在20世纪70年代后期投入使用，工作波长在850nm波长段的多模光纤系统。

光纤的衰减系统为 2.5~4.0 dB/Km，系统的传输速率在20～100Mbit/s之间，实用的系统容量为脉冲编码调制（PCM）三次群，最高传输速率为34Mbit/S，中继距离为8～10km。20世纪80年代初，工作波长在1310nm波长段的多模光纤系统投入使用，光纤衰减系数为0.55～1.0dB/Km，传输速率达140Mbit/s，中继距离为20~30Km。

2、第二代光纤通信系统在20世纪80年代中期投入使用，工作波长在1310nm波长段的单模光纤通信系统。

光纤衰减系数为0.～0.5 dB/Km，可传送准同步数字体系（PDH）的各次群信号，最高传输速率可达1.7Gbit/s，中继距离约为50Km。

3、第三代光纤通信系统在20世纪80年代后期投入使用，工作波长在1550nm波长段的单模光纤系统。

光纤衰减系数为0.2 dB/Km，应用在同步数字体系（SDH）光纤

传输网，传输速率达2.5～10Gbit/s，中继距离可超过100Km。

4、第四代光纤通信系统采用光放大器来增加中继距离，同时采用波分复用/频分复用（WDM/FDM）技术来提高传输速率。

已完成的有单信道传输速率为40Gbit/s，不采用电中继器，结合先进的调制技术和编码技术等，实现传输距离达10000Km的试验。20世纪90年代初光纤放大器的研制成功并投入使用，已经引起了光纤通信的重大变革。目前在实验室中最高的系统容量已经达到10Tbit/s级。

5、第五代光纤通信系统是基于利用光纤的非线性效应，抵消由于光纤色散产生的脉冲展宽而产生的光孤子，来实现光脉冲信号的保形传输。

20世纪90年代后，各国的试验都取得了重大的进展。例如在日本，实验室中已经实现了将80 Gbit/s和160Gbit/s的数据分别传输了500Km和200Km，目前已经开始有商用化的光孤子通信系统面世。

1-3.为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择850nm、1310nm和1550nm三种。

答：石英光纤的损耗一波长特性中有三个低损耗的波长区，即：波长为850nm、1310nm、1550nm。为此光纤通信系统的工作波长只能是选择在这三个波长窗口。

2-1. 光纤产生衰减的原因是什么？衰减对通信有什么影响？

在一个光纤通信系统中，光源波长为1550nm ，光波经过5Km 长的光纤线路传输后，其光功率下降了25%，求该光纤的衰减系数α为多少？

答：1、光纤产生衰减的原因是：光纤中存在损耗。

损耗包括：①吸收损耗；②散射损耗；③辐射损耗；

2、衰减限制了系统的传输距离。

3、()o

i P P L lg 10=λα （dB/Km ） ()()()Km dB P P nm i

i /25.0%251lg 5101550≈-=α

2-2. 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？

答：1、瑞利散射是由于光纤部的密度不均匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。

光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生了散射。

2、瑞利散射损耗R α的大小为：4λαA R =

。瑞利散射系数A ，

取决于纤芯和包层的相对折射率差∆。 所以R α的大小与波长λ和相对折射率差∆有关。

2-3.光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？

答：1、光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的传输信号畸变的一种物理现象。

2、色散会导致传输光脉冲的展宽，继而引起码间干扰，增加误

码。对于高速率长距离光纤通信系统而言，色散是限制系统性能的主要因素之一。

2-4.光纤中色散有几种？单模传输光纤中主要是什么色散？多模

传输光纤中主要是什么色散？

答：1、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；

2、单模光纤中主要是波导色散；

3、多模光纤中主要是模式间色散。

注：偏振模色散可以理解为特殊的模式色散，但在速率较低的系

统中影响较小。

2-6. 目前光纤通信为什么只选用以下三个波长段：

nm 850=λ，nm 1310=λ，nm 1550=λ？

答：nm 850=λ，nm 1310=λ，nm 1550=λ附近是光纤传输损

耗较小或最小的波长“窗口”，相应的损耗分别为：2～3dB/Km 、0.5 dB/Km 、 0.2 dB/Km 。

而且在这些波段，目前有成熟的光器件（光源、光检测器等）。

2-7.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LP 11模对应的是什么矢量模？

答：1、对每一个传播模来说，在包层中它应该是衰减很大，不能传输。

如果一个传输模，在包层中不衰减，也就是表明该模是传过包层

而变成了辐射模，则就认为该传播模被截止了。

所以一个传播模在包层中 衰减常数W=0时，表示导模截止。

2、光纤单模传输的条件是：归一化频率V ≤2.405。

3、单模光纤中传输的是LP 01模，对应的矢量模是HE 11模。

4、其截止波长由下式计算：408.2222

21n n a C -=πλ

5、LP 11模对应的矢量模是TE 01,TM 01,HE 21。

2-8. 由光源发出的m μλ31.1=的光，在m a μ9=，01.0=∆，45.11=n ，光纤折射率分布为阶跃型时，光纤中导模的数量为多少？

若光纤折射率分布为2=α的渐变型时，其导模的数量为多少？

（传播模式的归一化频率22212n n a

V -=λπ） 解：()21121222122n n n a n n a V ⋅∆--=-=λ

πλπ ()83.845.101.045.145.131.19222≈⨯--⨯=m m μμπ 光纤中导模的数量：222

V g g N ⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+= 1、光纤折射率分布为阶跃型时：∞→g ，2

2

V N = 所以，导模的数量为：()98.38283.822

2≈==V N 2、2=α的平方律渐变型光纤时：2=g ，4

2

V N = 所以，此时导模的数量为：()49.19483.842

2≈==V N