《光纤通信》习题及答案上课讲义
《光纤通信》第二版刘增基课后习题答案
1-1光纤通信的优缺点各是什么？答与传统的金属电缆通信、微波无线电通信相比，光纤通信具有如下优点：(1) 通信容量大．首先，光载波的中心频率很高，约为2 X10^14Hz ，最大可用带宽一般取载波频率的10 %，则容许的最大信号带宽为20000 GHz( 20 THz ) ；如果微波的载波频率选择为20 GHz ，相应的最大可用带宽为2 GHz。
两者相差10000 倍．其次，单模光纤的色散几乎为零，其带宽距离（乘）积可达几十GH z·km ；采用波分复用（多载波传输）技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍．目前，单波长的典型传输速率是10Gb ／s。
，一个采用128个波长的波分复用系统的传输速率就是1 . 28 Tb / s .( 2 ）中继距离长。
中继距离受光纤损耗限制和色散限制，单模光纤的传输损耗可小千0 . 2 dB / km ，色散接近于零．( 3 ）抗电磁干扰．光纤由电绝缘的石英材料制成，因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰，包括闪电、火花、电力线、无线电波的千扰．同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。
这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。
( 4 ）传输误码率极低。
光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小，而且稳定，．噪声主要来源于t子噪声及光检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声．只要设计适当，在中继距离内传输的误码率可达10^-9甚至更低。
此外，光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。
当然光纤通信系统也存在一些不足：( 1 ）有些光器件（如激光器、光纤放大器）比较昂贵。
( 2 ）光纤的机械强度差，为了提高强度，实际使用时要构成包声多条光纤的光缆，光统中要有加强件和保护套。
( 3 ）不能传送电力．有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光纤显然不能胜任。
光纤通信 课后答案 人民邮电出版社
《光纤通信》人民邮电出版社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0＜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。
12、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（朱宗玖）习题解答讲解
光纤通信（朱宗玖）习题解答讲解第一章1. 简述光纤通信的特点。
答：（1）频带宽、信息容量大（2）损耗低、传输距离长（3）体积小、重量轻、便于敷设（4）抗干扰性好、保密性强、使用安全（5）材料资源丰富2. 简述光纤通信系统中基本组成部分及其重要作用。
答：基本组成部分：光纤通信系统是以光纤作为传输介质、光波作为载波的通信系统。
它主要由光发射机、光纤、光中继器、光放大器、光接收机等组成，当然，一般系统中还包括一些连接器、隔离器、波分复用器、耦合器等器件。
重要作用：光发射机的作用是将电信号转换成光信号，并通过连接器将光信号注入光纤。
光接收机的主要作用是将光纤传输过来的光信号转换成发射端的电信号。
光纤的作用是将光信号以尽可能小的衰减及畸变传输到对端。
中继器的作用是延长光信号的传输距离，分为光/电/光中继器和光中继器(或称光放大器)两种。
3. 查阅相关资料，简述当前光纤研究的一些最新技术。
答：高速光传输技术、宽带光接入技术、节点光交换技术、智能光联网技术、光波技术。
第二章全光网络的优点是什么？答：能充分利用光纤的带宽资源，故容量大，传输质量好，开放性，易于实现网络的动态结构，可扩展性，结构简单，透明性，可靠性高，可维护性好1．什么是单模光纤？什么是多模光纤？)，即只能传输一个最低模式的光纤，其它模式均被截答：单模光纤是指只能传输基模(HE11止。
多模光纤是指可以传输多种模式的光纤，即光纤传输的是一个模群。
2．光纤和光缆的区别？答：光纤，即光导纤维，是一种传输光能波导全介质，通常由纤芯和包层组成，利用光在玻璃及塑料中的全反射原理而被用于光传导工具。
光缆由光导纤维和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路，即由光纤经过一定的工艺而形成的线缆。
3．光纤的导光原理是怎么样的？答：光进入光纤后由于外包层的折射率低于芯层的折射率，光在芯层中进行传播，且损耗小。
光纤通信答案说课讲解
光纤通信答案第二章 光纤通信参考答案11. 半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs 材料的E g =1.43eV ，某一InGaAsP 材料的E g =0.96eV ，求它们的发射波长。
(eV 是能量单位，表示一个电子在1伏特电压差下所具有的能量) 解： g h E ν≈3487196.62610()310(/)8.688100.86881.43 1.610g hc J s m s m m E Jλμ---⨯⋅⨯⨯=≈≈⨯=⨯⨯ InGaAsP 材料，3486196.62610()310(/)1.29410 1.2940.96 1.610g hc J s m s m m E Jλμ---⨯⋅⨯⨯≈≈≈⨯=⨯⨯12. 一半导体激光器，谐振腔长L=300μm ，工作物质的损耗系数α=1mm -1，谐振腔两端镜面的反射率R 1R 2=0.33×0.33，求激光器的阈值增益系统γth 。
若后镜面的反射率提高到R 2=1，求阈值时的增益以及阈值电流的变化。
解： ()121the R R γα-=116121111ln 1mm ln 4.6955mm 20.330.33230010m th l R R γα---=+=+=⨯⨯⨯R 2=1时，116121111ln 1mm ln 2.8478mm 20.331230010m th l R R γα---=+=+=⨯⨯⨯ 阈值电流变小13. 一半导体激光器，阈值电流60mA th I =， 9410s sp τ-=⨯ ，12210s ph τ-=⨯ ，注入幅度为90mA 的阶跃电流脉冲，求：瞬态过程中张弛震荡的频率和衰减时间；电光延迟时间解：震荡的角频率97.910/rad s ω≈=⨯ 91.26102wf Hz π=≈⨯衰减系数12sp thjj στ≈⋅，衰减时间01τσ=99060mA 22410s 5.310s 90mAth sp j j ττ--≈⋅=⨯⨯⋅≈⨯ 电光延迟时间9990ln410s ln 4.3910s 9060d sp th j t j j τ--=⋅=⨯⋅≈⨯-- 16.对于双异质结激光器，sp τ为自发复合的寿命时间，自发辐射速率sp sp R n τ=。
通信行业-光纤通信课后习题参考答案邓大鹏 精品
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 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。
光纤通信第四版习题答案
光纤通信第四版习题答案光纤通信第四版习题答案光纤通信是一门重要的通信技术，它利用光信号在光纤中传输信息。
光纤通信的发展已经进入到第四版，这意味着在这一版本中，有更多的新问题和挑战需要解决。
在本文中，我将为大家提供一些光纤通信第四版习题的答案，希望能够帮助大家更好地理解和掌握这一领域的知识。
1. 什么是光纤通信？它有哪些优点？光纤通信是一种利用光信号在光纤中传输信息的通信技术。
它通过将信息转换为光信号，利用光的高速传输特性，实现远距离的数据传输。
光纤通信具有以下优点：- 高带宽：光纤通信可以提供很高的传输带宽，可以满足大容量数据传输的需求。
- 长距离传输：光纤通信可以实现几十公里乃至几百公里的远距离传输，而且信号质量不会衰减。
- 低损耗：与传统的电缆相比，光纤通信的信号损耗非常小，可以减少信号衰减和失真。
- 抗干扰性强：光纤通信的信号不容易受到外界的干扰，可以提供更稳定的通信质量。
2. 光纤通信的基本原理是什么？光纤通信的基本原理是利用光的全反射特性，在光纤中传输信息。
当光信号从光纤的一端进入时，由于光的入射角度大于临界角，光信号会在光纤内部发生全反射，沿着光纤的轴向传播。
光纤通信系统由光源、调制器、光纤、接收器等组成。
光源产生的光信号经过调制器进行调制，将信息转换为光信号。
光信号经过光纤传输到目的地，然后由接收器接收并解调，将光信号还原为原始的信息。
3. 光纤通信中常用的调制技术有哪些？光纤通信中常用的调制技术包括：- 直接调制：将信息直接转换为光信号的强度或频率的变化。
常用的直接调制技术有强度调制、频率调制等。
- 相位调制：通过改变光信号的相位来表示信息。
常用的相位调制技术有二进制相移键控（BPSK）、四进制相移键控（QPSK）等。
- 调幅调制：将信息转换为光信号的幅度变化。
常用的调幅调制技术有振幅键控（ASK）、脉冲幅度调制（PAM）等。
4. 光纤通信中常用的传输模式有哪些？光纤通信中常用的传输模式包括：- 单模传输：在单模光纤中传输的光信号只有一个传播模式，传输距离较长，适用于长距离通信。
光纤通信课后习题参考答案-邓大鹏
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⎩⎨⎧≥<=arnarnrn渐变型光纤的折射率分布()211⎪⎩⎪⎨⎧≥<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛∆-=arnararnrncmα3．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2sin1∆==nNAφ渐变型光纤的数值孔径()()2-sin22∆===nnnNAcφ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。
光纤通信课后习题答案.docx
光纤通信课后答案1-1 用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出答：1966年7月英籍华人高锟提出用光导纤维可进行通信。
1-2 光纤通信有哪些优点光纤通信具有许多独特的优点，他们是： 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. 泄漏小、保密性好；6．节约金属材料，有利于资源合理使用。
1-3 简述通信网络的分层结构构成通信网络的基础设施可用图1.1.3所示的分层模型来描述。
这种分层网络支持传统的电复用信号传输，但是也可以提供全光端对端透明连接。
在光层中传输的网络功能，如分插复用（ADM ）、交叉连接、信号存储以及业务调度均在光层中完成。
电交换/复接层( 层)LAN POTS CATVOXCOXCOXC业务和应用层光传送/网络层光接入声音视频网络管理OADMOADMOADM: OXC ：光分插复用光交叉连接SDH/ATM图1.1.3 通信网络的分层结构1-4 比较光在空气和光纤中传输的速度，哪个传输得快答：当光通过比真空密度大的光纤时，其传播速度要减慢，如图1.2.3所示，减慢的程度与介质折射率n 成反比。
图1.2.3 光通过密度大的介质时传播速度要减慢1-5 简述抗反射膜的工作原理。
答：当光入射到光电器件的表面时总会有一些光被反射回来，除增加耦合损耗外，还会对系统产生不利的影响，为此需要在器件表面镀一层电介质材料，以便减少反射，如图1.3.6所示。
在该例中，空气折射率11=n ，器件材料是硅，5.33=n ，电介质材料选用43N S i ，其折射率9.12≈n ，在空气和硅器件折射率之间。
当入射光到达空气和抗反射膜界面时，标记为A 的一些光被反射回来，因为它是外反射，所以反射光与入射光相比有180o 的相位变化。
该光波在电介质材料中传播，当到达抗反射膜和器件界面时，除大部分光进入器件外，一些光又被反射回来，标记为B 。
因为23n n >，还是外反射，B 光仍有180o 的相位变化，而且当它从抗反射膜出来时，已经受了2d 距离的传输延迟，d 为抗反射膜的厚度。
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》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。
《光纤通信》课后习题及答案
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》习题解答
第1章1.光通信的优缺点各是什么？答：优点有：通信容量大；传输距离长；抗电磁干扰；抗噪声干扰；适应环境；重量轻、安全、易敷设；；寿命长。
缺点：接口昂贵；强度差；不能传送电力；需要专用的工具、设备以及培训；未经受长时间的检验。
2.光通信系统由哪几部分组成，各部分功能是什么？答：通信链路中最基本的三个组成部分是光发射机、光接收机和光纤链路。
各部分的功能参见1.3节。
3.假设数字通信系统能够在载波频率1%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？答：5GHz×1％/64k＝781路（3×108/1.55×10-6）×1％/64k＝3×107路4.SDH体制有什么优点？答：主要为字节间插同步复用、安排有开销字节用于性能监控与网络管理，因此更加适合高速光纤线路传输。
5.简述未来光网络的发展趋势及关键技术。
答：未来光网络的发展趋势为全光网，关键技术为多波长传输和波长交换技术。
6.简述WDM的概念。
答：WDM的基本思想是将工作波长略微不同，各自携带了不同信息的多个光源发出的光信号，一起注入同一根光纤，进行传输。
这样就充分利用光纤的巨大带宽资源，可以同时传输多种不同类型的信号，节约线路投资，降低器件的超高速要求。
7.解释光纤通信为何越来越多的采用WDM+EDFA方式。
答：WDM波分复用技术是光纤扩容的首选方案，由于每一路系统的工作速率为原来的1/N，因而对光和电器件的工作速度要求降低了，WDM合波器和分波器的技术与价格相比其他复用方式如OTDM等，有很大优势；另一方面，光纤放大器EDFA的使用使得中继器的价格和数量下降，采用一个光放大器可以同时放大多个波长信号，使波分复用（WDM）的实现成为可能，因而WDM＋EDFA方式是目前光纤通信系统的主流方案。
8.WDM光传送网络（OTN）的优点是什么？答：（1）可以极提高光纤的传输容量和节点的吞吐量，适应未来高速宽带通信网的要求。
光纤通信课后习题答案
光纤通信课后答案1-1 用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出答：1966年7月英籍华人高锟提出用光导纤维可进行通信。
1-2 光纤通信有哪些优点光纤通信具有许多独特的优点，他们是：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. 泄漏小、保密性好；6．节约金属材料，有利于资源合理使用。
1-3 简述通信网络的分层结构构成通信网络的基础设施可用图，但是也可以提供全光端对端透明连接。
在光层中传输的网络功能，如分插复用（ADM ）、交叉连接、信号存储以及业务调度均在光层中完成。
图1.1.3 通信网络的分层结构1-4 比较光在空气和光纤中传输的速度，哪个传输得快答：当光通过比真空密度大的光纤时，其传播速度要减慢，如图，减慢的程度与介质折射率n 成反比。
图1.2.3 光通过密度大的介质时传播速度要减慢1-5 简述抗反射膜的工作原理。
答：当光入射到光电器件的表面时总会有一些光被反射回来，除增加耦合损耗外，还会对系统产生不利的影响，为此需要在器件表面镀一层电介质材料，以便减少反射，如图，空气折射率11=n ，器件材料是硅，5.33=n ，电介质材料选用43N S i ，其折射率9.12≈n ，在空气和硅器件折射率之间。
当入射光到达空气和抗反射膜界面时，标记为A 的一些光被反射回来，因为它是外反射，所以反射光与入射光相比有180o 的相位变化。
该光波在电介质材料中传播，当到达抗反射膜和器件界面时，除大部分光进入器件外，一些光又被反射回来，标记为B 。
因为23n n >，还是外反射，B 光仍有180o 的相位变化，而且当它从抗反射膜出来时，已经受了2d 距离的传输延迟，d 为抗反射膜的厚度。
其相位差为()d k c 2，这里c k 是电介质材料的波矢量，并且c c π2=k ，式中c λ是光在电介质材料抗反射膜中的波长。
因为2c n λλ=，这里λ是自由空间波长，反射光A 和B 间的相位差是()()d n 2 π22λφ=∆ （为了减少反射光，光波A 和B 必须相消干涉，这就要求两者的相位差必须为 π 或者 π 的奇数倍，于是π2π22m d n =⎪⎭⎫ ⎝⎛λ 或 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=244n m m d c λλ ⋅⋅⋅= 5 ,3 ,1m （ 于是要求镀膜的厚度必须是四分之一镀膜介质波长的奇数倍。
《光纤通信》练习册和答案
练习一1．光纤通信系统是由________、_________和______三部分组成。
P42．光纤通信三个低损耗窗口是______ 、_______和_______。
P43．红外线是_ _不可见_ _光。
4. 红外线是不可见光。
（√）5．光纤通信中的光是可见光。
（╳）6．光纤通信的容量与微波通信的容量是一样。
（╳）7．光纤通信的波长是可以任意选取的。
( ╳) 8．光通信与一般电通信的载波是相同的。
（╳）9．什么是光纤？P310．什么是光纤通信？P311．光纤通信与电通信的主要差别有哪两点？P312．光纤通信的特点是什么? P313．什么是强度调制、直接检波? P414．画出单信道-电-光中继数字通信系统图。
在盘上15．画出波分复用+掺铒光纤放大器数字通信系统图。
在盘上16．光发射机的作用是什么？光接收机的作用是什么？在盘上练习二1．光纤按折射率分类有_____________和____________两类。
P5 2．光纤按材料分类主要有________ ________ ________和_______。
P5 3．光纤按模式分类有___________和___________ 两类。
P54．光纤是由纤芯包层和涂敷层三部分组成。
5．产生全反射条件为_____________________________。
P66．什么是均匀光纤？什么是非均匀光纤？在盘上7．均匀光纤和非均匀光纤的主要区别是什么？在盘上8．什么是单模光纤？什么是多模光纤？在盘上9．什么是临界角？写出其表达式？P610．什么是全反射？产生全反射条件是什么？P6 11．什么是辐射波：产生辐射波条件是什么？P6 12．什么是反射定律？什么是折射定律？P5练习三1．均匀光纤的数值孔径NA=__________________。
P72．均匀光纤的相对折射指数差Δ=__________________。
P73．均匀光纤的最大时延差Δτ=___________________。
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《光纤通信》习题及
答案
一、填空（共10题，每空1分，共12分）
1、STM-1信号的幀结构中共有__2430____字节，其中AU-PTR 有__9___字节，MSOH 有__45___字节，净负荷区有__261___列。
2、目前，实用光纤的三个低损耗窗口在___850______nm 、_1310____nm 和_1550_____nm 。
3、按照在光纤中传输的模式分类，光纤可分为__多模光纤_______和___单模光纤_________。
4、掺饵光纤放大器的工作波长范围在___1550nm_______附近，与光纤的最低损耗窗口一致。
5、单模传输的条件是__V ≦2.40483_________。
6、激光器是对温度敏感的器件，因此在光发射模块中使用了__温度___控制电路。
二、选择题：（单项选择，共10题，每题2分）
1、阶跃型折射指数分布光纤中总的模数量等于 b 。
（a ） 121n n n - （b ） 22V (c) ∆21n (d) 4
2
V 2、在研究光和物质相互作用时,爱因斯坦指出存在三种不同的基本过程：自发辐射、受激辐射和受激吸收，其中激光器的原理是 b 。
（a ） 全反射 （b ）受激辐射 (c) 受激吸收 (d)自发辐射
3、光电检测器是把光信号转换为电信号的期间，其是利用材料的 来实现的。
（a ） 光电效应 （b ）能量 (c) 时延 。
(d)衰减
4、折射定律表明了 d 和之间的关系。
（a）入射波、反射波（b）反射波、入射波
(c) 折射波、反射波 (d)入射波、折射波
5、在SDH帧结构中， b 是用于指示第一个净负荷在STM中的位置的。
（a）容器（b）管理单元指针 (c) 段开销 (d)信息净负荷
6、下列哪个不是光中继器的功能：____b________
（a）放大（b）监控 (c) 整形 (d)定时
7、多模光纤中占主导地位的是哪种色散：_____a_______
(a)模式色散 (b)材料色散（c）波导色散（d）偏振模色散
8、SDH的STM-4帧结构中再生段开销字节位于____b_____位置?
(a)1-3行的前9列（b）1-3行的前36列（c）4行的前36列（d）5-9行的前9列
9、一个STM_1可以复用___d___个2M信号。
（a）1 （b）8 （c）3 （d）63
10、光纤接入网目前采用的什么组网结构___c______
（a）星型（b）总线型（c）树型（d）环型
三、判断题（共10题，每题2分，共20分）
1、光电检测器的灵敏度必须以误码率为前提。
（√）
2、SDH的块状帧STM-1、 STM-4、 STM-16 、STM-64信号的帧周期呈4倍关系。
（√）
3、低阶SDH到高阶SDH以字节见插的方式复用。
（√）
4、阶跃型折射率光纤中光信号的传输轨迹是曲线。
（×）
5、SDH是基于TDM理论的技术，对时钟要求高。
（√）
6、弱导波光纤就是传输光信号质量很差的光纤。
（×）
7、WDM光网络在通信网络中的地位处于纵向分层的底层，属于传送网或者承载网。
（√）
8、渐变型折射率光纤能够克服光纤的波导色散。
（×）
9、光纤的波动理论可知某种模式能在光纤中形成导波的条件是其归一化频率V 小于该模式的截止频率。
（×）
10、OXC、OADM是SDH网络中的重要设备。
（×）
四、画图题（共2题，第1题10分，第2题20分，共30分）
1、请画出我国的基群信号140M信号复用进STM_1的复用路线图。
要求：需要在复用路线图中标示出复用过程中每一步所采用的SDH容器，且把三个主要处理步骤表明清楚。
映射：将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再加入通道开销（POH）形成虚容器（VC）的过程
定位：将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TU PTR）或管理单元指针（AU PTR）的功能来实现
复用：将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道(TU-12(×3)->TUG(×7)->TUG-3(×3)->VC-4)或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程 (AU-4(×1)->AUG（×N）->STM-N)
2、有A、B、C、D四个传输节点，请用SDH设备组建这四个节点之间的二纤单向通道环网，画出组网图且简述其保护机制。
假设任意两节点之间都有双向的业务，请给出环网上的业务分配配置，任意两节点之间的业务量大小可自行假设，环网两路容量自行安排。
组网图的要求：组网图至少包含四个SDH节点，标示出每个节点的端口和信号流方向，简述保护机制时可假设任意两个节点间光纤发生断裂，简述信号流方向。
备注：答案给出了非常详尽的描述，学生答卷中只要能画出图给出文字叙述的几个关键要点即可给分。
二纤通道保护环由两根光纤组成两个环，其中一个为主环——S1；一个为备环——P1。
两环的业务流向一定要相反，通道保护环的保护功能是通过网元支路板的“并发选收”功能来实现的，也就是支路板将支路上环业务“并发”到主环S1、备环P1上，两环上业务完全一样且流向相反，平时网元支路板“选收”主环下支路的业务，如图(a)所示。
若环网中网元A与C互通业务，网元A和C都将上环的支路业务“并发”到环S1和P1上，S1和P1上的所传业务相同且流向相反——S1逆时针，P1为顺
时针。
在网络正常时，网元A和C都选收主环S1上的业务。
那么A与C业务互通的方式是A到C的业务经过网元D穿通，由S1光纤传到C（主环业务）；由P1光纤经过网元B穿通传到C（备环业务）。
在网元C支路板“选收”主环S1上的A→C业务，完成网元A到网元C的业务传输。
网元C到网元A 的业务传输与此类似。
(a)二纤单向通道倒换环
当BC光缆段的光纤同时被切断，注意此时网元支路板的并发功能没有改变，也就是此时S1环和P1环上的业务还是一样的。
如图(b)所示。
(b)二纤单向通道倒换环
网元A到网元C的业务由网元A的支路板并发到S1和P1光纤上，其中S1业务经光纤由网元D穿通传至网元C，P1光纤的业务经网元B穿通，由于B—C间光缆断，所以光纤P1上的业务无法传到网元C，不过由于网元C默认
选收主环S1上的业务，这时网元A到网C的业务并未中断，网元C的支路板不进行保护倒换。
网元C的支路板将到网元A的业务并发到S1环和P1环上，其中P1环上的C到A业务经网元D穿通传到网元A，S1环上的C到A业务，由于B—C间光纤断所以无法传到网元A，网元A默认是选收主环S1上的业务，此时由于S1环上的C→A的业务传不过来，这时网元A的支路板就会收到S1环上TU-AIS告警信号。
网元A的支路板收到S1光纤上的TU-AIS告警后，立即切换到选收备环P1光纤上的C到A的业务，于是C→A的业务得以恢复，完成环上业务的通道保护，此时网元A的支路板处于通道保护倒换状态——切换到选收备环方式。
业务配置环网容量和任意两节点间业务量由学生自行设计，只要业务占用满足时分复用原理占用信道容量且节点间总容量不溢出信道容量，时隙服用可以VC12或VC4为单位
五、问答（共2题，第1题8分，第2题10分，共18分）
1、阐释WDM的概念，什么是CWDM,什么是DWDM，并写出WDM中的两种重要器件。
WDM，波分复用是指将两种或者多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原。
CWDM，粗波分复用系统，是最早的WDM技术，它指1310/1550nm两波长系统，之间波长间隔达两百多纳米。
DWDM是密集波分复用系统，是一种波长间隔更紧密的WDM系统。
现在的WDM通道间隔只有
0,8-2nm，甚至小于0.8nm。
WDM中最重要的两种器件分别是光分叉复用设备OADM和光分叉复用器OXC。
2、什么是相对折射指数差，判断弱导波光纤的标准是什么？实用光纤通信中是否实用的弱导波光纤，为什么？
光纤纤芯的折射率指数和包层的折射率指数的相差程度称为光纤的相对折射指数差。
弱波导光纤是指纤芯和包层的折射率n1和n2相差极小的光纤。
实用光纤通信中采用的是弱导波光纤，因为如果包层和纤芯的折射指数差过大会导致多模光纤的模式色散过大。