1、2、3章习题解析
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• 此时光纤内只含有基模。
a
V
2 2 n12 n2
2.4048 1.31 2 1.52 1.4982
6.475 m
加问题：此光纤的数值孔径是多大？光纤入射端面容许 光线的最大入射角是多大？总接收角是多大？
解：NA
2 n12 n2 1.52 1.4982 0.077
光波，纤芯直径很小（几个微米），适合大容量、长距 离通信。多模光纤（MMF）是纤芯内传输多个模式的光 波，纤芯直径较大（50微米左右），仅用于中小容量、 中短距离通信。 ITU-T规定的单模光纤包括：G.652光纤，又称常规 单模光纤，其色散零点在1310nm附近，而在1550nm处 的衰减最低，但色散较大，价格较低，技术成熟，是世 界上应用量最大的光纤；G.653光纤，又称色散位移光纤， 将色散零点位移到1550nm附近，在光纤的最低损耗波长 处的色散系数几乎为零，对于单波长系统无疑是最好的， 但在多波长系统中，由于零色散会导致严重的四波混频 现象，故不能支持波分复用系统，处于被市场淘汰的现 状；G.654光纤又称截止波长位移光纤，在1550nm波长 具有极小的衰减0.2dB/km，主要用于远距离无中继海底 通信系统中，制造困难，价格高；G.655光纤又称非零色 散位移光纤，它在1550nm波长处有最小损耗和较小的色 散值，专门为新一代密集波分复用系统设计和制造。
2 NA sin 1 n12 n2
1 arcsin(NA) 4.4
21 8.8
第一章习题
• 1.1什么是光纤通信？简述光纤通信的发展历程？ • 解：光纤通信是以光波作为传输信息的载波、以光纤作为
传输介质的一种通信方式。也就是说，光纤通信是将待传 送的语音、图像和数据等信号调制在光载波上，然后通过 光纤进行传输的一种通信方式。 • 光纤通信的发展粗略分为如下几个阶段（1）第一阶 段（1966-1976年），从基础研究到商业应用的开发时期。 在这个时期，实现了短波长（0.85μm）低速率（45140Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。 （2）第二阶段（1976-1986年），这是以提高传输速率和 增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。 在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长 发展到长波长（1.31μm和1.55μm），实现了工作波长为 1.31μm、传输速率为140-565Mb/s的单模光纤通信系统， 无中继传输距离为10-50km。（3）第三阶段（1986-1996 年），这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新 技术研究的时期。在这个时期，实现了1.55μm色散移位单 模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达2.510Gb/s，无中继传输距离可达100-150km。（4）第四阶段 （1996年-至今），开展研究光纤通信新技术。采用光放大 器增加中继距离和采用波分复用增加传输容量。现在 10Gb/s、40Gb/s的系统也已商用化。
• 2.3 什么是光纤的数值孔径？一阶跃型光纤，纤 芯折射率为1.5，相对折射率差Δ=1%，求光纤的 数值孔径。 • 解：光纤端面临界入射角的正弦值，称为数值孔 径（NA）。由于光纤端面上小于或等于临界入 射角的入射光才可以在光纤内传输，故NA表示 光纤采光能力的大小。NA越大，则光纤与光源 或其它光纤的耦合就越容易。但NA过大会增加 光纤传输损耗，故NA应适当取值。
Hale Waihona Puke Baidu
NA n1 2 1.5 2 0.01 0.21
• 2.4 阶跃型光纤的纤芯折射率是1.5，包层折射率 是1.498，工作波长为1310nm，当纤芯直径为多 大时为单模传输？ • 解：单模传输的工作条件是 归一化频率V满足 ， 2 2 0 V 2.4048 V a n12 n2
• 1.3 光纤通信系统的组成主要包括哪些部分？试 画出简图予以说明。 • 解：
光纤通信系统的基本组成包括：光纤、光发送器、光 接收器、光中继器以及适当的连接器件等。其中：光发送 器的功能是将来自用户端的电信号转换成为光信号，然后 入射到光纤内传输。它一般由驱动电路、光源和调制器构 成；光接收器的功能是将光纤传送过来的光信号还原成为 电信号，然后送往用户端。它一般由光电检测器、解调器、 放大器和相关电路组成；光中继器是用来增大光的传输距 离，它将经过光纤传输后有较大衰减和畸变的光信号变成 没有衰减和畸变的光信号，再继续输入光纤内传输。
第二章习题
• 2.1 按照光纤的射线传输理论，光纤是利用 什么方式传导光的？ • 解：若光线从光密介质n1 射向光疏介质n2 时，当入射角θ1 满足关系θ1≥θc=arctan n2 ／n1时，将产生全反射，光纤是利用光的全 反射特性来导光的。
• 2.2 什么是单模光纤？常用的单模光纤有哪些？ 各自的特点是什么？ • 解：单模光纤（SMF）是纤芯内只传输一个最低模式的
• 1.2 光纤通信为什么能够成为一种主要的通信方式？
• 解：光纤通信能够成为现代的主要通信方式，是归因于光纤
通信具有以下突出的优点：①通信速率高（单波长速率已达 10Gb/s以上），传输容量大（光波具有很高的频率，约 1014Hz，一根光纤可同时传输几十个波长) ；②损耗低（单模 已低达0.2dB/km)、传输距离远（中继距离可达50-100Km） ； ③抗干扰能力强（抗强电、雷电和核辐射干扰），保密性好 （光纤由石英玻璃制成，由于是绝缘材料，不受电磁场干扰； 在光纤中传输的光泄漏非常微弱）；④质量轻（是传输相同 信息量电缆重量的1/10-1/30），体积小（是相同容量电缆外 径的1/3-1/4），敷设方便；⑤耐腐蚀，耐高温（石英玻璃熔 点在2000 ۫C以上），可在恶劣环境中工作，寿命长；⑥节约 金属材料，有利于资源合理使用（制造同轴电缆和波导管的 铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；而制 造光纤的石英（SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料）
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加问题：此光纤的数值孔径是多大？光纤入射端面容许 光线的最大入射角是多大？总接收角是多大？
解：NA
2 n12 n2 1.52 1.4982 0.077
光波，纤芯直径很小（几个微米），适合大容量、长距 离通信。多模光纤（MMF）是纤芯内传输多个模式的光 波，纤芯直径较大（50微米左右），仅用于中小容量、 中短距离通信。 ITU-T规定的单模光纤包括：G.652光纤，又称常规 单模光纤，其色散零点在1310nm附近，而在1550nm处 的衰减最低，但色散较大，价格较低，技术成熟，是世 界上应用量最大的光纤；G.653光纤，又称色散位移光纤， 将色散零点位移到1550nm附近，在光纤的最低损耗波长 处的色散系数几乎为零，对于单波长系统无疑是最好的， 但在多波长系统中，由于零色散会导致严重的四波混频 现象，故不能支持波分复用系统，处于被市场淘汰的现 状；G.654光纤又称截止波长位移光纤，在1550nm波长 具有极小的衰减0.2dB/km，主要用于远距离无中继海底 通信系统中，制造困难，价格高；G.655光纤又称非零色 散位移光纤，它在1550nm波长处有最小损耗和较小的色 散值，专门为新一代密集波分复用系统设计和制造。
2 NA sin 1 n12 n2
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21 8.8
第一章习题
• 1.1什么是光纤通信？简述光纤通信的发展历程？ • 解：光纤通信是以光波作为传输信息的载波、以光纤作为
传输介质的一种通信方式。也就是说，光纤通信是将待传 送的语音、图像和数据等信号调制在光载波上，然后通过 光纤进行传输的一种通信方式。 • 光纤通信的发展粗略分为如下几个阶段（1）第一阶 段（1966-1976年），从基础研究到商业应用的开发时期。 在这个时期，实现了短波长（0.85μm）低速率（45140Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。 （2）第二阶段（1976-1986年），这是以提高传输速率和 增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。 在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长 发展到长波长（1.31μm和1.55μm），实现了工作波长为 1.31μm、传输速率为140-565Mb/s的单模光纤通信系统， 无中继传输距离为10-50km。（3）第三阶段（1986-1996 年），这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新 技术研究的时期。在这个时期，实现了1.55μm色散移位单 模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达2.510Gb/s，无中继传输距离可达100-150km。（4）第四阶段 （1996年-至今），开展研究光纤通信新技术。采用光放大 器增加中继距离和采用波分复用增加传输容量。现在 10Gb/s、40Gb/s的系统也已商用化。
• 2.3 什么是光纤的数值孔径？一阶跃型光纤，纤 芯折射率为1.5，相对折射率差Δ=1%，求光纤的 数值孔径。 • 解：光纤端面临界入射角的正弦值，称为数值孔 径（NA）。由于光纤端面上小于或等于临界入 射角的入射光才可以在光纤内传输，故NA表示 光纤采光能力的大小。NA越大，则光纤与光源 或其它光纤的耦合就越容易。但NA过大会增加 光纤传输损耗，故NA应适当取值。
Hale Waihona Puke Baidu
NA n1 2 1.5 2 0.01 0.21
• 2.4 阶跃型光纤的纤芯折射率是1.5，包层折射率 是1.498，工作波长为1310nm，当纤芯直径为多 大时为单模传输？ • 解：单模传输的工作条件是 归一化频率V满足 ， 2 2 0 V 2.4048 V a n12 n2
• 1.3 光纤通信系统的组成主要包括哪些部分？试 画出简图予以说明。 • 解：
光纤通信系统的基本组成包括：光纤、光发送器、光 接收器、光中继器以及适当的连接器件等。其中：光发送 器的功能是将来自用户端的电信号转换成为光信号，然后 入射到光纤内传输。它一般由驱动电路、光源和调制器构 成；光接收器的功能是将光纤传送过来的光信号还原成为 电信号，然后送往用户端。它一般由光电检测器、解调器、 放大器和相关电路组成；光中继器是用来增大光的传输距 离，它将经过光纤传输后有较大衰减和畸变的光信号变成 没有衰减和畸变的光信号，再继续输入光纤内传输。
第二章习题
• 2.1 按照光纤的射线传输理论，光纤是利用 什么方式传导光的？ • 解：若光线从光密介质n1 射向光疏介质n2 时，当入射角θ1 满足关系θ1≥θc=arctan n2 ／n1时，将产生全反射，光纤是利用光的全 反射特性来导光的。
• 2.2 什么是单模光纤？常用的单模光纤有哪些？ 各自的特点是什么？ • 解：单模光纤（SMF）是纤芯内只传输一个最低模式的
• 1.2 光纤通信为什么能够成为一种主要的通信方式？
• 解：光纤通信能够成为现代的主要通信方式，是归因于光纤
通信具有以下突出的优点：①通信速率高（单波长速率已达 10Gb/s以上），传输容量大（光波具有很高的频率，约 1014Hz，一根光纤可同时传输几十个波长) ；②损耗低（单模 已低达0.2dB/km)、传输距离远（中继距离可达50-100Km） ； ③抗干扰能力强（抗强电、雷电和核辐射干扰），保密性好 （光纤由石英玻璃制成，由于是绝缘材料，不受电磁场干扰； 在光纤中传输的光泄漏非常微弱）；④质量轻（是传输相同 信息量电缆重量的1/10-1/30），体积小（是相同容量电缆外 径的1/3-1/4），敷设方便；⑤耐腐蚀，耐高温（石英玻璃熔 点在2000 ۫C以上），可在恶劣环境中工作，寿命长；⑥节约 金属材料，有利于资源合理使用（制造同轴电缆和波导管的 铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；而制 造光纤的石英（SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料）