《光纤通信》原荣第三版第3章复习思考题参考答案

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《光纤通信》原荣第三版第9章复习思考题参考答案

原荣编著《光纤通信（第3版）》1第9章复习思考题参考答案9-1 解释为什么用色散补偿光纤（DCF ）补偿普通单模光纤的色散答：在具有正色散值的标准单模光纤之后接入一段在该波长下具有负色散特性的色散补偿光纤，就可以对普通单模光纤进行色散补偿，如图9.5.1所示。

其色散补偿的原理可以这样理解，在这两段光纤串接的情况下，输出脉冲包络的幅度变成()()22112221i ,0,exp ()i d 22A L t A L L t ωωββωω∞-∞⎛⎫=+- ⎪π⎝⎭⎰ （9.5.1）式中，21L L L +=，j 2β是长j L （2 ,1=j ）光纤段的GVD 参数。

此时色散补偿条件为0222121=+L L ββ，因为()j j c D 22/π2βλ-=，所以色散补偿条件变为02211=+L D L D （9.5.2）满足式（7.7.4）时，()()t A t L A ,0,=，光纤输出脉冲形状被恢复到它输入的形状。

色散补偿光纤的长度应满足 ()1212L D D L -= （9.5.3）从实用考虑，2L 应该尽可能短，所以它的色散值2D 应尽可能大。

图9.5.1 用负色散的色散补偿光纤对正色散标准单模光纤的色散进行补偿9-2 解释用马赫-曾德尔干涉滤波器补偿光纤色散的原理答：从3.3节已经知道，马赫-曾德尔干涉滤波器的原理是基于两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。

由于两臂的长度差为L ∆，所以经两臂传输后的光，就产生相位差()c n L f ∆=∆π2φ，式中n 是波导折射率。

用平面硅波导已制成用多个马赫-曾德尔干涉器级联的光纤色散补偿器，图9.6.2表示它的原理图，该器件由12个臂长不等的耦合器串联组成，尺寸为2mm 7152⨯，损耗为8 dB 。

在一个臂上镀鉻，以便通过加热改变臂长从而控制光程相位差。

该器件的优点是可以通过臂长和 M-Z 干涉器的数量来控制色散均衡特性。

第9章复习思考题参考答案2马赫-曾德尔干涉滤波器的工作原理可以这样理解，将器件设计成经较长路经传输的高频分量在输出端满足相长条件，而低频分量则满足相消条件；相反，经较短路经传输的低频分量在输出端满足相长条件，而高频分量则满足相消条件。

《光纤通信》第4章节总结复习计划思考题参考答案

原荣编著《光纤通讯（第 3版）》第4章复习思虑题参照答案4-1简述半导体发光基理答：在构成半导体晶体的原子内部，存在着不一样的能带。

假如占有高能带（导带）E c 的电子跃迁到低能带（价带）Ev上，就将此间的能量差（禁带能量）E g E c E v以光的形式放出，如图所示。

这时发出的光，其波长基本上由能带差E所决定。

能带差E和发出光的振荡频次v o之间有Ehv的关系，h是普朗克常数，等于1034Js。

由cv 得出hc8（m）（）E E式中，c为光速，E取决于半导体资料的本征值，单位是电子伏特（eV）。

图半导体发光原理4-2简述激光器和光探测器的实质差异答：发光过程，除自觉辐射外，还有受能量等于能级差 E E c E v hv的光所激发而发出与之同频次、同相位的光（激光），即受激发射，如图（b）所示。

图光的自觉辐射、受激发射和汲取反之，假如把能量大于hv 的光照耀到占有低能带 Ev 的电子上，则该电子汲取该能量后被激励而跃迁到较高的能带E c 上。

在半导体结上外加电场后，能够在外电路上拿出处于高能带E c 上的电子，使光能转变为电流，如图（c ）所示，这就是光接收器件。

1《光纤通信》第4章节总结复习计划思考题参考答案第4章复习思虑题参照答案4-3自觉辐射的光有什么特色答：关于大批处于高能带的电子来说，当返回E v能级时，它们各自独立地分别发射一个一个的光子。

所以，这些光波能够有不一样的相位和不一样的偏振方向，它们能够向各自方向流传。

同时，高能带上的电子可能处于不一样的能级，它们自觉辐射到低能带的不一样能级上，因此使发射光子的能量有必定的差异，这些光波的波长其实不完整同样。

所以自觉辐射的光是一种非相关光，如图（a）所示。

4-4受激发射的光有什么特色答：受激发射生成的光子与原入射光子如出一辙，即它们的频次、相位、偏振方向及流传方向都同样，它和入射光子是相关的。

4-5怎样才可能实现光放大？答：激光器工作在正向偏置下，当注入正向电流时，高能带中的电子密度增添，这些电子自觉地由高能带跃迁到低能带发出光子，形成激光器中初始的光场。

《光纤通信》第3章作业答案

第3章习题及答案一．填空1．对于二能级原子系统，要实现光信号的放大，原子的能级分布必须满足高能级粒子数大于低能级粒子数，即粒子数反转分布条件。

2．一个电路振荡器，必须包括放大部分、振荡回路和反馈系统。

而激光振荡器也必须具备完成以上功能的部件，故它也包括三个部分：能够产生激光的工作物质，能够使工作物质处于粒子数反转分布的，能够完成频率选择及反馈作用的。

答案：工作物质，泵浦源，光学谐振腔3．半导体光放大器的粒子数反转可通过对PN 节加偏压来实现。

PN 结加上这种偏压后，空间电荷区变窄，于是N 区的电子向P 区扩散，P 区的空穴向N 区扩散，使得P 区和N 区的少数载流子增加。

当偏压足够大时，增加的少数载流子会引起粒子数反转。

答案：正向。

4．对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，表明振荡产生了激光，把这个电流值叫，用th I 表示。

当th I I <时，激光器发出的是，因此光谱很宽，宽度常达到几百埃；当th I I >时，激光器发出的是，光谱突然变得很窄，谱线中心强度急剧增加，表面发出的是激光。

答案：阈值电流，荧光，激光。

5．影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径。

发散角越大，耦合效率越；数值孔径越大，耦合效率越。

答案：低，高。

6．激光和光纤的耦合方式有直接耦合和透镜耦合。

当发光面积大于纤芯截面积时，用；当发光面积小于纤芯截面积时，用。

答案：透镜耦合，直接耦合。

（课本上有误）7．半导体激光器其光学谐振腔的谐振条件或驻波条件是。

答案：2g L q λ=（或2nL qλ=）。

8．判断单模激光器的一个重要参数是，即最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。

答案：边模抑制比。

二．判断题1．电子服从费米能级分布，即在热平衡条件下，占据能级低的概率大，占据能级高的概率小。

（）正确2．自发辐射的光子方向是随机的，发出非相干光，且不需要外来光场的激励。

《光纤通信》原荣第三版第6章复习思考题参考答案

第6章复习思考题参考答案6-1 EDFA的工作原理是什么？有哪些应用方式答：现在我们具体说明泵浦光是如何将能量转移给信号的。

若掺铒离子的能级图用三能级表示，如图6.3.2（a）所示，其中能级E1代表基态，能量最低，能级E2代表中间能级，能级E3代表激发态，能量最高。

若泵浦光的光子能量等于能级E3与E1之差，掺杂离子吸收泵浦光后，从基态E1升至激活态E3。

但是激活态是不稳定的，激发到激活态能级E3的铒离子很快返回到能级E2。

若信号光的光子能量等于能级E2和E1之差，则当处于能级E2的铒离子返回基态E1时就产生信号光子，这就是受激发射，使信号光放大获得增益。

图6.3.2（b）表示EDFA的吸收和增益光谱。

为了提高放大器的增益，应尽可能使基态铒离子激发到能级E3。

从以上分析可知，能级E2和E1之差必须是相当于需要放大信号光的光子能量，而泵浦光的光子能量也必须保证使铒离子从基态E1跃迁到激活态E3。

图6.3.2 掺铒光纤放大器的工作原理EDFA可作为光发射机功率增强放大器、接收机前置放大器，或者取代光-电-光中继器作为在线光中继器使用。

在光纤系统中可延长中继距离，特别适用于长途越洋通信。

在公用电话网和CA TV分配网中，使用EDFA补偿分配损耗，可做到信号无损耗的分配。

另外，EDFA可在多信道系统中应用，因为EDFA的带宽与半导体光放大器（SOA）的一样都很宽（1~5 THz），使用光放大器可同时放大多个信道，只要多信道复合信号带宽比放大器带宽小就行。

EDFA具有相当大的带宽（∆λ = 20~40 nm，或∆f = 2.66~5.32 THz），这就意味着可用来放大短至皮秒级的光脉冲而无畸变。

从光波系统的应用观点出发，EDFA的潜在应用在于它们可放大ps级的脉冲而不发生畸变的能力。

6-2 EDFA有几种泵浦方式？哪种方式转换效率高？哪种噪声系数小答：使用0.98 μm和1.48 μm的半导体激光泵浦最有效。

【精选】光纤通信课后习题解答第3章习题参考答案

第三章光纤的传输特性1．简述石英系光纤损耗产生的原因，光纤损耗的理论极限值是由什么决定的？答：（1）（2）光纤损耗的理论极限值是由紫外吸收损耗、红外吸收损耗和瑞利散射决定的。

2．当光在一段长为10km 光纤中传输时，输出端的光功率减小至输入端光功率的一半。

求：光纤的损耗系数α。

解：设输入端光功率为P 1，输出端的光功率为P 2。

则P 1＝2P 2光纤的损耗系数()km dB P P km P P L /3.02lg 1010lg 102221==＝α 3．光纤色散产生的原因有哪些？对数字光纤通信系统有何危害？答：（1）按照色散产生的原因，光纤的色散主要分为：模式（模间）色散、材料色散、波导色散和极化色散。

（2）在数字光纤通信系统中，色散会引起光脉冲展宽，严重时前后脉冲将相互重叠，形成码间干扰，增加误码率，影响了光纤的传输带宽。

因此，色散会限制光纤通信系统的传输容量和中继距离。

4．为什么单模光纤的带宽比多模光纤的带宽大得多？答：光纤的带宽特性是在频域中的表现形式，而色散特性是在时域中的表现形式，即色散越大，带宽越窄。

由于光纤中存在着模式色散、材料色散、波导色散和极化色散四种，并且模式色散>>材料色散＞波导色散＞极化色散。

由于极化色散很小，一般忽略不计。

在多模光纤中，主要存在模式色散、材料色散和波导色散；单模光纤中不存在模式色散，而只存在材料色散和波导色散。

因此，多模光纤的色散比单模光纤的色散大得多，也就是单模光纤的带宽比多模光纤宽得多。

光纤损耗吸收损耗本征吸收杂质吸收原子缺陷吸收紫外吸收红外吸收氢氧根（OH －）吸收过渡金属离子吸收散射损耗弯曲损耗5．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n 1=1.50，n 2=1.45，光纤的长度L=10km 。

试求：（1）子午光线的最大时延差；（2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求子午光线的最大时延差。

解：（1） 1sin 21111⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=n n C Ln n C L n CL c M θτ () s 1.72145.150.110350.1105μ=⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯=km km （2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则n 2=1.01sin 21111⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=n n C Ln n C L n CL c M θτ () s 5210.150.110350.1105μ=⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯=km km 6．一制造长度为2km 的阶跃型多模光纤，纤芯和包层的折射率分别为n 1=1.47，n 2=1.45，使用工作波长为1.31μm ，光源的谱线宽度Δλ＝3nm ，材料色散系数D m ＝6ps/nm·km ，波导色散τw ＝0，光纤的带宽距离指数γ＝0.8。

光纤通信课后习题解答参考答案

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。

答：2.048Mbit/s信号经过C-12、VC-12、TU-12、TUG-2、TUG-3、VC-4、AU-4和AUG-1映射复用成STM-1的成帧信号。

光纤通信简明教程原荣课后思考题

光纤优点：1、频带宽、传输容量大2、损耗小，中继距离长3、重量轻、体积小4、抗电磁干扰性能好5泄露小、保密性好6、节约金属材料光纤系统结构分为：点对点、一点对多点、网络拓扑结构光通网分：LAN MAN WAN光的本质？为什么相位差是（2πΔZ）/λ？光的本质是一种电磁波。

光波沿Z方向传播的数字表达Ex =E0COS(wt-kz+φ0 )，对于每一个wt是相同的，故被ΔZ分开的两点间的相位差Δφ可用kΔz简单表示，因为对于没一点wt是相同的。

假如相位差是0或2π的整数倍，则两个点是同相位，于是相位差Δφ=kΔz。

光纤结构：光纤是由Si02制成的纤芯和包层组成，为了保护光纤外面还增加尼龙外层。

包层的作用：把光纤限制在纤芯内。

尼龙外层：增强光纤的肉人心、机械强度和耐老话特性。

折射率的径向分布，光纤分为：阶跃光纤（SI）渐变光纤（GI）实用光纤分为：多模光纤(MM)、单模光纤（SM）常用单模光纤：标准单模光纤、色散单模光纤、非零色散移位光纤光纤传光原理：基于光的折射反射、描述光纤特性参数有：衰减、色散、带宽模式色散的产生:在多模光纤中，不同模式的光信号在光纤中传输的群速度不同，引起到达光纤末端的时间延迟不同经光探测后各模式混合使输出光生电流脉冲相对于输入脉冲展宽光连接器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连接的器件，对这种器件的基本要求是使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合进接收光纤。

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光耦合器的功能把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。

T形、星形、方向、波分。

光滤波器是从包含多个波长的输入光信号中提取出所需要波长的信号。

波分复用器把多个不同波长的发射机输出的光信号复合在一起，并注入一根光纤。

解复用器把一根光纤输出的多个波长的复合光信号，用解复用器还原成单个不同波长信号，并分配给不同的接收机。

光开关接通或断开光信号，转换光路，实现光信号的交换。

光纤通信原理课后答案

光纤通信原理课后答案【篇一：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?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1第二章习题求：(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）??c3?108（??3?1013?10?5m（2）?ws?10010?10?9(10?2)2?3.18?1013j/ms2（3）?c?3.18?10133?108?1.06?105j/m2s（4）i??3.18?1013j/ms22-2 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；（1）??axd??k?x?d?d?1a x4?4axd?4?x1?3aa(x4?x1)3d?5?10?7m（2）?x?d?a?3?10?3m22-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。

油的折射率为1.3，玻璃的折射率为1.5 ，若单色光的波长可由光源连续调节，并观察到500nm与700nm这两个波长的单色光在反射中消失，求油膜的厚度。

解：由于空气的折射率小于油的折射率，油的折射率小于玻璃的折射率，薄油膜的上、下两表面反射而形成相干光，由于两束光的路程不同而引起的光程差为2 n2e；由于薄油膜的上、下两表面反射光都发生位相突变而不引起额外的光程差。

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。

《光纤通信技术与设备三版》章节复习试题及答案(大学期末复习资料).doc

第一章概论一、填空题1.1966年华人科学家首次提出利用是石英介质进行导光的概念1970年，康宁公司研制成功低损耗石英光纤。

2.对于SiO2光纤，在有、和三个低损耗窗口，它们是目前光纤通信的实用工作波长。

3.光纤通信系统主要由、、和长途干线上必须设置的光中继器组成。

4.利用传输的通信方式称为光纤通信。

5.是光纤通信的主要传输媒质。

6.光纤的主要特性是和。

二、选择题1.1970年，光纤研制取得了重大突破，美国康宁公司成功研制了损耗为（）的石英光纤，从而展现了光纤通信美好的前景。

A） 20 dB/km B）1000 dB/km C） 2.5 dB/km D） 4 dB/km2.光纤通信的优越性（），多选题。

A）传输频带宽，通信容量大B）传输损耗小C）抗电磁干扰的能力强D）光纤线径细、重量轻，而且制作光纤的资源丰富E）泄漏小，保密性好三、判断题1.光波属于电磁波的范畴，属于光波范畴之内的电磁波包括紫外线、可见光和红外线，）2.光纤通信中光中继器的形式主要有两种，一种是光-电-光转换形式的中继器，另一种是在光信号上直接放大的光放大器。

（）第一章概论习题答案一、填空题1.高车昆2.0.85 pm、1.31 um及1.55 u m3.电端机、光端机、光纤4.光导纤维、光波信号5. 光纤6.损耗、色散。

二、选择题1.A2.ABCDE三、判断题1.（对）2.（对）A） TM 波B） EM 波波2光缆线路按建筑形式分为（施工，确保质量。

A）直埋B）架空3. 一条光缆线路上吊线不超过（A) 2 B)1C) 6 D) 4第二章光纤光缆习题一、填空题1.光纤是由中心的和外围的同轴组成的圆柱形细丝；为实现光能量在光纤中的传输，要求中心的纤芯的折射率稍高于外围的包层的折射率。

2.渐变型光纤的说明不同入射角的光线，虽然经历的路程不同，但最终都会聚在一点上3.由于的存在，使得在光纤中传输的光纤信号，无论是模拟信号还是数字信号的幅度都要减小；光纤的决定了系统的。

《光纤通信原理》习题集含答案(大学期末复习资料)

《光纤通信原理》习题及参考答案第1讲光纤通信概述1-1光纤通信是为传输媒质。

以为载波的通信方式。

光纤的工作波长为、和。

1-2光纤通信有哪些优点？第2讲光纤光缆的结构和分类2-1 光纤的主要材料是，结构从内到外依次是、、和。

其中是光纤导光部分。

2-2 光纤中的纤芯折射率必须包层折射率，单模光纤和多模光纤中中两者的相对折射率差一般分别为和。

2-3 单模光纤纤芯直径一般为，多模光纤纤芯直径为，光纤包层直径一般为。

2-4光缆结构包括、和。

常用光缆有、、、等结构。

第3讲光纤的导光原理2-5光纤的数值孔径NA＝sin i n 它的含义是什么？2-6某阶跃折射率光纤的纤芯折射率n1=1.50,相对折射率差Δ＝0.01,试求：1)光纤的包层折射率n2＝？2）该光纤数值孔径NA＝？2-7 阶跃光纤中相对折射率差Δ＝0.005, n1=1.50,当波长分别为0.85μm和1.31μm时，要实现单模传输，纤芯半径a应小于多少？2-8 在渐变多模光纤中，n1=1.50,Δ＝0.01,λ=0.85μm,a=60μm,试计算光纤能传输的模式数量N＝？第4讲光纤的损耗特性2-9 光纤主要的传输特性是和。

2-10 什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？2-11 当工作波长λ=1.31μm，某光纤的损耗为0.5dB/km,如果最初射入光纤的光功率是0.5mW，试问经过4km以后，以dB为单位的功率电平是多少？2-12 为什么光纤工作波长选择1.55μm、1.31μm、0.85μm三个窗口？第5讲光纤的色散特性2-13 什么叫光纤色散？试分析造成光脉冲展宽的原因？2-14 为什么光纤通信向长波长、单模传输方向发展？2-15 某激光二极管（LD）的谱线宽度Δλ1＝1.5nm,某发光二极管(LED)谱线宽度Δλ2＝40nm，某单模光纤在波长1.5μm时材料色散系数为20ps/km.nm,求经1 km光纤传播不同光源的光脉冲展宽值。

光通信技术课后答案-第三章

第三章光通信信道专业通信103班代高凯 201027209 3-2.什么是阶跃光纤？什么是渐变光纤？答：光纤按照折射率的分布分类，可分为阶跃光纤和渐变光纤。

(1).阶跃光纤是指在纤芯和包层区域内，其折射率分布分别是均匀的，其值分别是n1与n2，但在纤芯与包层的分界处，其折射率的变化是阶跃的，折射率分布的表达式为⎪⎩⎪⎨⎧≤<≤=21)2()1()1()(a r a n a r n n r ，，阶跃光纤是早起光纤的结构方式，后来在多模光纤中逐渐被渐变光纤取代，但是它用来解释光波在光纤中的传播还是比较形象的。

(2).渐变光纤是指光纤轴心处的折射率n1最大，而随沿剖面径向的增加而逐渐减小，其变化规律一般符合抛物线规律，到了纤芯与包层的分界处，正好降到与包层区域的折射率n2相等的数值；在包层区域中其折射率的分布是均匀的，即为n2⎪⎩⎪⎨⎧≤<≤∆-=2121211)()(21a r a n a r a r n n r ，，式中，n1为光纤轴心处的折射率；n2包层区域的折射率；a1为纤芯半径；121n n n -=∆称为相对折射率差。

3-4.什么是单模光纤？什么是多模光纤？答：光纤按照传播的模式分类，可分为多模光纤和单模光纤。

(1).当光纤的几何尺寸（主要是纤径直径d1）远远大于光波波长（约1μm ）时，光纤中会存在着几十种乃至几百种传播模式。

不同的传播模式会有不同的传播速度与相位，因此经过长距离的传输之后会产生时延，导致光脉冲变宽。

这种现象叫做光纤的模式色散（又叫模间色散）。

计算多模光纤中除传播模式数量的经典公式为4/2V N =，其中V 为归一化频率。

模式色散会使许多多模光纤的带宽变窄，降低其传输容量，因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。

多模光纤的折射率分布大都为抛物线分布，即渐变折射率分布，其纤芯直径d1大约为50μm 。

(2)根据电磁场理论与求解麦克斯韦方程组发现，当光纤的几何尺寸（主要是芯径）可以与波长相比拟时，如芯径d1在5~10μm 范围，光纤只允许一种模式（基模HE11）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤叫做单模光纤，由于它只允许一种模式在其中传播，从而避免了模式色散的问题，故单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量的光纤通信，但是必须满足归一化频率4048.221≤=NA a V λπ光纤的纤芯半径NAa πλ2024.11≤ 3-7.光纤损耗主要有几种原因？其对光纤系统有何影响？答：光纤损耗主要包括：（1）吸收损耗(Absorbtion)—由制造光纤材料本身及其中的过渡金属离子和氢氧根粒子（OH-）等杂质对光的吸收而产生的损耗，包括本征吸收损耗、杂质吸收损耗、原子缺陷吸收损耗。

通信原理教程(第三版)课后思考题答案[打印版]

1.1 答: 1.2 1.3 通信原理思考题复习消息和信息有什么区别？信息和信号有什么区别？消息是信息的形式，信息是消息中包含的有效内容，信号是信息的载体。

什么是模拟信号，什么是数字信号？答：取值连续的信号是模拟信号，取值离散的信号是数字信号。

数字通信有何优点？答：质量好，便于差错控制和保密编码，便于存储和处理，易集成，信道利用率高信噪比高。

信息量的定义是什么？信息量的单位是什么？答：设消息x 的概率为P(x),其信息量l(x)=-logap(x),. 当a=2时,1.4 信息量单位为比特(bit)，当a=e 时。

信息量单位为奈特(nat)，当a=10时，信息量单位为哈特莱。

1.5按照占用频带区分，信号可以分为哪几种？答：基带信号和带通信号。

1.6信源编码的目的是什么？信道编码的目的是什么？信源编码的目的是提高信号表示的有效性。

信道编码的目的是提高信号传输的可靠性。

何谓调制？调制的目的是什么？对信号进行调整就是调节。

调制的目的是使经过调制的信号适合信道的传输特性。

数字通信系统有哪些性能指标？答：主要有传输速率、错误率、频带利用率和能量利用率。

信道有哪些传输特性？答：噪声特性、频率特性、线性特性和时变特性等。

答： 1.7 答： 1.8 1.9 1.10无线信道和有线信道的种类各有哪些？答：无线信道的种类是按电磁波的频率划分的，和光波。

有线信道主要有三类，即明线，对称电缆和同轴电缆，还有传输光信号的光纤。

1.11信道模型有哪几种？答：调制信道模型和编码信道模型。

1.12什么是调制信道？什么是编码信道？答：将发送端的调制器输出至接收端调制器输入端之间的部分称之为调制信道。

而将编码器输出端至解码器输入端之间的部分称之为编码信道。

1.13何谓多径效应？答：信号经过多条路径到达接收端，而且每条路径的时延和衰减不尽相同，造成接收端的信号幅度和随机变化，这一现象称为多径效应。

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通信原理思考题复习1.1 消息和信息有什么区别？信息和信号有什么区别？答：消息是信息的形式，信息是消息中包含的有效内容，信号是信息的载体。

1.2 什么是模拟信号，什么是数字信号？答：取值连续的信号是模拟信号，取值离散的信号是数字信号。

1.3 数字通信有何优点？答：质量好，便于差错控制和保密编码，便于存储和处理，易集成，信道利用率高信噪比高。

1.4 信息量的定义是什么？信息量的单位是什么？答：设消息x的概率为P(x),其信息量I(x)=-logap(x),.当a=2时，信息量单位为比特（bit)，当a=e时。

信息量单位为奈特（nat)，当a=10时，信息量单位为哈特莱。

1.5 按照占用频带区分，信号可以分为哪几种? 答：基带信号和带通信号。

1.6信源编码的目的是什么？信道编码的目的是什么？答：信源编码的目的是提高信号表示的有效性。

信道编码的目的是提高信号传输的可靠性。

1.7 何谓调制？调制的目的是什么？答：对信号进行调整就是调节。

调制的目的是使经过调制的信号适合信道的传输特性。

1.8 数字通信系统有哪些性能指标？答：主要有传输速率、错误率、频带利用率和能量利用率。

1.9 信道有哪些传输特性？答：噪声特性、频率特性、线性特性和时变特性等。

1.10无线信道和有线信道的种类各有哪些？答：无线信道的种类是按电磁波的频率划分的，主要分为无线电波，微波和光波。

有线信道主要有三类，即明线，对称电缆和同轴电缆，还有传输光信号的光纤。

1.11信道模型有哪几种？答：调制信道模型和编码信道模型。

1.12什么是调制信道？什么是编码信道？答：将发送端的调制器输出至接收端调制器输入端之间的部分称之为调制信道。

而将编码器输出端至解码器输入端之间的部分称之为编码信道。

1.13 何谓多径效应？答：信号经过多条路径到达接收端，而且每条路径的时延和衰减不尽相同，造成接收端的信号幅度和随机变化，这一现象称为多径效应。

1.14 电磁波有哪几种传播方式？答：电磁波有地波传播、天波传播和视线传播三种传播方式。

《光纤通信》第3章课后习题答案

1．计算一个波长为1m λμ=的光子能量，分别对1MHz 和100MHz 的无线电做同样的计算。

解：波长为1m λμ=的光子能量为834206310// 6.6310 1.991010c m s E hf hc J s J mλ---⨯===⨯⋅⨯=⨯ 对1MHz 和100MHz 的无线电的光子能量分别为346286.6310110 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯346266.631010010 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯2．太阳向地球辐射光波，设其平均波长0.7m λμ=，射到地球外面大气层的光强大约为20.14/I W cm =。

如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。

解：光子数为3484441660.14 6.6310310101010 3.98100.710c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯=⨯=⨯⨯ 3．如果激光器在0.5m λμ=上工作，输出1W 的连续功率，试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。

解：粒子数为3482161 6.6310310 3.98100.510c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯====⨯⨯ 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1211ln 2th G L r r α=+其中α是介质的损耗系数，12,r r 分别是谐振腔反射镜的反射系数。

当激光器的增益th G G ≥时，才能有激光放出。

（详细推导请看补充题1、2）7．由表达式/E hc λ=说明为什么LED 的FWHM 功率谱宽度在长波长中会变得更宽些？证明：由/E hc λ=得到2hc E λλ∆=-∆，于是得到2E hc λλ∆=-∆，可见当E ∆一定时，λ∆与2λ成正比。

(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。