光纤习题解答
光纤通信课后习题参考答案
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。
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渐变型光纤的折射率分布7．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n1=1.50，n2=1.45，光纤的长度L=10Km。
试求：（1）光纤的相对折射率差Δ；（2）数值孔径NA；（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的NA和相对折射率差Δ。
解：（1）＝n1-n2（2）（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则相当于包层的折射率n2=1，则＝n1-n25而最大为1，所以说只要光纤端面的入射角在90O以（2）若a=5μm，保证光纤单模传输时，＝n1-n2第三章光纤的传输特性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。
职业技能鉴定初级光纤通信习题库+参考答案
职业技能鉴定初级光纤通信习题库+参考答案一、单选题（共70题，每题1分，共70分）1、GF2488--01B设备系统定时功能不具有（），以适应各种网络应用。
A、线路定时模式B、支路定时模式C、自由振荡模式D、环路定时模式正确答案：D2、我国最通用的映射工作方式（）。
A、字节同步浮动模式B、字节同步锁定模式C、异步映射浮动模式D、比特同步锁定模式正确答案：C3、ODUk中的开销TCM的作用是（）。
A、通道监视开销B、路径踪迹标识符开销C、串联连接监视开销D、通用通信通道开销正确答案：C4、30路复用设备子架的时钟频率为（）。
A、2048kHzB、1024kllzC、4096kHzD、8192kHz正确答案：C5、ANT——20E提供（）和远程操作功能。
A、远程控制B、远程维护C、远程使用D、远程访问正确答案：A6、2M远端环测中，正常收断收环后，如果本站内仪表发送到支路板的电缆中断，则会出现什么告警（）。
A、LOFB、LOSC、AISD、RDI正确答案：C7、一块带通可扩容两波光分插复用板MB2和双路光分插复用板MR2配合使用可以从线路信号中分插（）个光波信号。
A、2B、3C、4D、5正确答案：C8、最通用的映射工作方式（）。
A、字节同步浮动模式B、比特同步锁定模式C、字节同步锁定模式D、异步映射浮动模式正确答案：D9、STM-N中（）段开销全部保留。
A、第一个STM-1B、最后一个STM-1C、所有STM-1D、前三个STM-1正确答案：A10、当要求误码率值越小时，则系统（）。
A、抖动增加B、灵敏度不变C、灵敏度值越大D、灵敏度值越小正确答案：C11、光纤中涂覆层的作用是（）。
A、限制光在纤芯中传输B、保护包层，区分颜色C、保证纤芯包层的折射率差D、限制光在包层中传输正确答案：B12、码元速率为1000b，10秒中出现一个误码，则误码率为（）A、10-4B、10-3C、10-2D、10-1正确答案：A13、ANT-20的接收口标称过载光功率为（）dbm。
光纤通信--习题解答(免费)
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7.14 假定一个硅APD工作在0.82um，其量 子效率为0.8，增益为100，试计算其响应 度。要检测器产生20nA的光电流需要光功 率为多大？
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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7.14 假定一个InGaAs APD工作在1.55um， 其量子效率为0.7，增益为100，试计算其 响应度。要检测器产生20nA的光电流需要 光功率为多大？
6-13、某掺饵光纤放大器的噪声系数是6， 增益为100,如果输入信号的信噪比为30dB， 信号功率为10uW，试计算输出信号功率 （dBm）和输出信噪比（dB）
6.26、掺饵光纤放大器的泵浦波长为980nm， 放大波长为1550nm，如果仅仅考虑一个 980nm光子产生一个1550nm光子的能量损 失，试计算此放大器的效率。
7.6 假设光检测器的量子效率为0.9，工作 波长为1.3um，入射光功率为-37dBm，试 计算其输出电流，同时计算负载电阻为50 欧姆，100欧姆，1兆欧姆时的输出电压
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P hc
7.7 假设光电倍增管有四个倍增电极，每个 增益为4，阴极的量子效率为0.9，按7.6的要 求重新进行计算。
6.31、假设半导体激光器向光纤注入0.5mW 的光功率，随后接一个增益为25dB的功率放 大器，紧随其后连接的光纤长度为100km， 损耗是0.25dB/ km，接下来是在线放大器， 能提供足够的增益，可以将信号功率放大到
功率放大器输出端的功率电平，后面的光纤 同第一段光纤完全一样，但长度为150km。 一个前置放大器将信号的功率放大到注入光 纤时的量级（0.5mW）。试问，此前置放大 器的增益是多少？画出此光纤系统中以dBm 为单位的光功率随位置变化图。
光纤应用习题解第1 7章
第一章 光纤光学基础1．详述单模光纤和多模光纤的区别（从物理结构，传播模式等方面） A ：单模光纤只能传输一种模式，多模光纤能同时传输多种模式。
单模光纤的折射率沿截面径向分布一般为阶跃型，多模光纤可呈多种形状。
纤芯尺寸及纤芯和包层的折射率差：单模纤芯直径在10um 左右，多模一般在50um 以上；单模光纤的相对折射率差在0.01以下，多模一般在0.01—0.02之间。
2．解释数值孔径的物理意义，并给出推导过程。
A:：NA 的大小表征了光纤接收光功率能力的大小，即只有落入以为半锥角的锥m 形区域之内的光线，才能够为光纤所接收。
3．比较阶跃型光纤和渐变型光纤数值孔径的定义，可以得出什么结论？A ：阶跃型光纤的NA 与光纤的几何尺寸无关，渐变型光纤的NA 是入射点径向坐标r 的函数，在纤壁处为0，在光纤轴上为最大。
4．相对折射率差的定义和物理意义。
A ：2221212112n n n n n n --D =»的大小决定了光纤对光场的约束能力和光纤端面的受光能力。
D 5．光纤的损耗有哪几种？哪些是其固有的不能避免，那些可以通过工艺和材料的改进得以降低？ A ：固有损耗：光纤材料的本征吸收和本征散射。
非固有损耗：杂质吸收，波导散射，光纤弯曲等。
6．分析多模光纤中材料色散，模式色散，波导色散各自的产生机理。
A ：材料色散是由于不同的光源频率所对应的群速度不同所引起的脉冲展宽。
波导色散是由于不同的光源频率所对应的同一导模的群速度不同所引起的脉冲展宽。
多模色散是由于不同的导模在某一相同光源频率下具有不同的群速度所引起的脉冲展宽。
7．单模光纤中是否存在模式色散，为什么？ A ：单模光纤中只传输基模，不存在多模色散，但基模的两个偏振态存在色散，称为偏振模色散。
8．从射线光学的观点计算多模阶跃光纤中子午光线的最大群时延差。
A ：设光纤的长度为L ，光纤中平行轴线的入射光线的传输路径最短，为L ；以临界角入射到纤芯和包层界面上的光线传输路径最长，为。
光纤通信中级练习题库(含参考答案)
光纤通信中级练习题库（含参考答案）一、单选题（共60题，每题1分，共60分）1、对于G.655光纤，每公里光纤的色散为（）ps/nm.km。
A、100B、20C、6D、150正确答案：C2、PCM基群复用设备四线口“四线发”的相对电平为（）。
A、－14dBrB、－3.5dBrC、0dBrD、＋4dBr正确答案：A3、A/D转换的含义是（）。
A、数字信号转换为模拟信号B、模拟信号转换为数字信号C、模拟信号放大D、数字信号处理正确答案：B4、二次群复接时,采用的调整码位数有（）位。
A、4B、3C、6D、5正确答案：A5、密集波分复用的英文缩写（）。
A、WDMB、CIAC、DWDMD、MJBF正确答案：C6、对STM-N的正确描述是（）。
A、是由STM-1信号比特间插形成B、是由STM-1信号字节间插形成C、是由STM-N/2信号字节间插形成D、以上答案均不正确正确答案：B7、下面几种不属于光纤非线性效应的是（）。
A、色散B、拉曼散射C、四波混频D、自相位调制正确答案：A8、数字通信与模拟通信相比,最显著的优点是（）。
A、功耗低B、传输质量好C、设备精度高D、占用频带宽正确答案：B9、下面那些告警会引发MS-AJS告警（）。
A、AU-LOPB、RS-LOSC、B1超限D、B3超限正确答案：B10、STM-N的帧周期为（）μs。
A、256B、128C、125D、64正确答案：C11、信容量大、成本低，在一根光纤上可传输多个光载波信号的是（）。
A、光纤模拟通信系统B、外差光纤通信系统C、波分复用系统D、全光通信系统正确答案：C12、传输设备与其他网元之间的接口，即网络节点之间的接口被称为（）。
A、VB、2M接口C、UNID、NNI正确答案：D13、光纤连接器损耗不大于（）dB。
A、3.5B、2.5C、1.5D、0.5正确答案：D14、欧洲使用基群速率为（）的PDH制式。
A、1540kb/sB、1544kb/sC、2048kb/sD、2112kb/s正确答案：C15、下列哪种OTN网络保护可不需要APS协议（）。
职业技能鉴定初级光纤通信习题库及答案
职业技能鉴定初级光纤通信习题库及答案一、单选题（共70题，每题1分，共70分）1、SDH三大突出优点是（）。
A、同步复接、异步复接、伪同步复接B、标准接口、PDH协议、异步接口C、同步复接、标准接口、强大网管能力D、以上都对正确答案：C2、光纤的传输泵柜主要有三种原因，这就是（）、散射、使用时引起的损耗。
A、反射B、吸收C、色散D、辐射正确答案：B3、频带利用率最高的传输体制是（）。
A、SDHB、PDHC、PCMD、DXC正确答案：B4、MSAIS定义为（4A、整个STM-N帧内除SOH外全为“ ΓB、整个STM-N帧内除MSOH外全为“ 1 ”C、整个STM-N帧内除RSOH外全为“1”D、整个STM-N帧内除净负荷外全为aΓ正确答案：C5、烽火设备的波道间隔为（）、（）两种。
A、0. 8nm> 0. 4nmB^ 0. 8nm> 0. 8nmC、0. 4nm> 0. 4nmD、0. 6nm> 0. 8nm正确答案：A6、下列属于光纤的低损耗窗口的波长是：（）。
A、 1310nmBs 1550nmC、 850nmD、以上选项均正确正确答案：D7、DDF架应插拔（）次仍能满足衰减要求。
A、200B、500C、1000D、2000正确答案：C8、接地电阻采用数字地阻测试仪（）测试。
A、在线B、离线C、连线D、以上均可正确答案：B9、在光纤制造过程中，因环境不洁净，使光纤中含有气泡、未溶解的粒子，杂质，或是纤芯和包层的界面粗糙，由此而引起的散射为（）。
A、波导散射B、结构散射C、材料散射D、背向散射正确答案：B10、机线设备发生障碍时，由于分析判断错误而延长阻断时间，单条电路超过30分钟，2Mb∕s以上信道超过10分钟定为（）oA、通信严重差错B、紧急告警C、通信事故D、一般告警正确答案：A11、34Mb∕s接口的比特容差为（）。
A、÷20ppmB、÷IOOppmC、±50ppmDs ±30ppm正确答案：A12、光端机的平均发送光功率定义为当发送机送伪随机序列时，在参考点（）所测的平均光功率。
光纤通信原理习题库与参考答案
光纤通信原理习题库与参考答案一、单选题（共10题，每题1分，共10分）1、光缆形式分类代号GY表示（）。
A、室内光缆B、通信用室外光缆C、海底光缆D、特殊光缆正确答案：B2、光电型中继器主要由（ )和光发送部分组成。
A、区间通信接口B、再放大（re-amplifying）C、再定时（re-timing）D、光接收部分正确答案：D3、（）为客户提供端到端的传送网络业务，即提供客户信号端到端的传送。
A、段层B、通路层C、伪线层D、通道层（TMC）正确答案：D4、SDH的复用采用（）。
A、按比特间插B、同步复用、按字节间插C、异步复用、D、按字节间插正确答案：B5、它有全世界统一的网络节点接口（NNI），从而简化了信号的互通以及信号的传输，交叉连接和交换过程。
它有一套标准化的信号结构等级，称为同步传输模块( )。
A、STM-16B、STM-1C、STM-4D、STM-N正确答案：D6、以下不是光有源器件的是（）。
A、开关B、光检测器C、光放大器D、光源正确答案：A7、光缆中的GY指（）。
A、室(局)内光缆B、通信用室(野)外光缆C、特殊光缆D、设备内光缆正确答案：B8、SDH系统是（）。
A、准同步数字系列B、同步数字系列C、码分数字复用系统D、频分复用系统正确答案：B9、下列哪项是光纤的光学特性？( )A、偏心度B、带宽C、直径D、折射率分布正确答案：D10、基群PCM端机输出端口的接口码速率和码型分别为（）。
A、2.048Mb/s，HDB3B、8.448Mb/sC、2.048Mb/sD、8448Mb/s正确答案：A二、多选题（共40题，每题1分，共40分）1、光纤的特性主要包括（）、（）、（）、（）。
A、几何特性B、物理特性C、化学特性D、传输特性正确答案：ABCD2、光纤通信系统是由以下哪几部分组成的?（）、（）、（）、（）A、光端机B、中继器C、光纤光缆线路D、电端机正确答案：ABCD3、掺铒光纤放大器主要由（）、（）、（）、（）及光滤波器等组成。
光纤通信基础练习题库+参考答案
光纤通信基础练习题库+参考答案一、单选题（共50题，每题1分，共50分）1.电力二次系统包括自动化、()、安全自动、继电保护。
A、调度B、通信C、方式D、输电正确答案：B2.较大事故、一般事故由()进行调查。
A、事故单位B、国务院C、国务院电力监管机构D、事故发生地电力监管机构组织事故调查组正确答案：D3.第一、二种工作票的计划工作时间，以()为限。
A、工作所需要的最长检修时间B、批准的检修时间C、申请的检修时间D、工作所需要的最短检修时间正确答案：B4.各级调度机构采用()对通信检修的填报、审批、执行、反馈、归档等环节实行全过程管理。
A、书面B、安全生产管理系统C、OA邮件D、通信运行管控系统正确答案：D5.电压等级为110kV及以下的设备不停电时的安全距离是()。
A、0.70米B、1.0米C、1.5米D、2米正确答案：C6.突发事件预警分级中，各类突发事件的预警按照严重程度、紧急程度和影响范围等因素分级，其中严重为()。
A、红色B、黄色C、蓝色D、橙色正确答案：D7.与高压输电线路同杆、塔架设的OPGW光缆、ADSS光缆、GWWOP光缆的线路巡视维护由()负责。
A、变电部门B、线路部门C、通信部门D、线路部门和通信部门正确答案：B8.绝缘杆的试验周期为()。
A、一年B、三年C、半年D、三个月正确答案：A9.验电前，应先在有电设备上进行试验，确证验电器良好：无法在有电设备上进行试验时可用()等确证验电器良好。
A、通过按试验按钮试验B、高压发生器C、带到现场的高压设备上试验D、以上均不正确正确答案：B10.身上着火后，下列哪种灭火方法是错误的()A、迎风快跑B、迅速脱去着火衣服C、用厚重衣物覆盖，压住火苗D、就地打滚正确答案：A11.在一经合闸即可送电到检修设备的断路器和隔离开关操作把手上,应悬挂()A、“在此工作！”标识牌B、“禁止合闸，线路有人工作！”标示牌C、“禁止合闸，有人工作！”D、“止步、高压危险！”标识牌正确答案：C12.绝缘靴的试验周期是()。
光纤通信技术习题及答案(1、2)
光纤通信概论一、单项选择题1.光纤通信指的是：A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式；D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。
2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的：A 近红外区B 可见光区C 远红外区D 近紫外区3 目前光纤通信所用光波的波长范围是：A BC D 0.8～1.64 目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是：A ；B ；C ；D 。
6 下面说法正确的选项是：A 光纤的传输频带极宽，通信容量很大；B 光纤的尺寸很小，所以通信容量不大；C 为了提高光纤的通信容量，应加大光纤的尺寸；D 由于光纤的芯径很细，所以无中继传输距离短。
二、简述题1、什么是光纤通信？2、光纤的主要作用是什么？3、与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信有何优点？4、光纤通信所用光波的波长范围是多少？5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别是多少？光纤传输特性测量一、单项选择题1 光纤的损耗和色散属于：A 光纤的结构特性；B 光纤的传输特性；C 光纤的光学特性；D 光纤的模式特性。
2 光纤的衰减指的是：A 由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少；B 由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少；C光信号沿光纤传输时，光功率的损耗；D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。
3 光纤的色散指的是：A 光纤的材料色散；B光在光纤中传播时，不同波长光的群时延不一样所表现出来的一种物理现象；C 光纤的模式色散；D 光纤的波导色散。
4 测定光纤衰减的测试方法有三中，它们是：A 切断法、插入损耗法和后向散射法；B 相移法、切断法和散射法；C插入损耗、脉冲时延法和散射法；D 切断法、插入损耗法和相移法。
5 下面说法中正确的选项是：A 脉冲时延法是测量光纤色散的基准测试方法；B 脉冲时延法是测量光纤色散的标准测试方法；C 相移法是测量光纤色散的基准测试方法；D 相移法是测量光纤色散的替代测试方法。
光纤课复习题
光接口代码为L-16.1的下列说法正确是（）A. 长距离局间通信光接口B. 光接口的速率为STM-16 C. 采用光纤为G.655 D. 工作窗口为1310nm 正确答案：ABD光接口代码为S-4.2的下列说法错误的是（）A. 长距离局间通信光接口B. 光接口的速率为STM-4 C. 短距离局间通信光接口D. 工作窗口为1550nm 正确答案：A同一站两台STM-1SDH设备采用光接口互联，应当选用的光接口类型为（）A. I-1.1 B. S-1.1 C. I-4.1 D. L-1.2 正确答案：A相距10KM左右两台STM-4SDH设备采用光接口互联，应当选用的光接口类型为（）。
A. I-4.1B. S-4.1C. S-16.1D. L-4.2 正确答案：B下列（）属于发送机参数。
A. 消光比B. 最小边模抑制比C. 动态范围D. 最大-20dB 带宽正确答案：ABD若某光纤系统计算出损耗限制下的最大中继距离为82KM,色散限制下的最大中继距离为78KM,试问光纤系统最大中继距离应该是（），该系统为（）限制系统。
A. 82Km,损耗限制B. 78Km,损耗限制C. 78Km,色散限制D. 82Km,色散限制正确答案：C若某光纤系统最大发送光功率为-2dBm，请问平均发送光功率为（）。
A. 0dBm B. -2dBm C. -4dBm D. -5dBm 正确答案：D某STM—16（2.5Gbit/s）光纤传输系统，使用原线路G.652光缆，工作波长为1.550 um，系统中其余各参数如下：平均发送光功率范围Ps=0 ~ -2dBm；光接收的灵敏度为：-29dBm；设备富余度Me=3dB；光通道代价PP=1 dB；活动连接损耗Ac=0.5 dB /个；光纤平均衰减系数Af=0.21dB/km；接续平均损耗系数As=0.02dB/km；线路富余度Mc=0.02dB/km，求损耗限制下的最大中继距离？A. 80Km B. 85Km C. 86Km D. 88Km E. 90Km 正确答案：D某STM—16（2.5Gbit/s）光纤传输系统，使用原线路G.652光缆，工作波长为1.550 um，系统中其余各参数如下：发送机与接收机之间允许的最大色散值Dmax =1640ps/ nm,光纤色散系数D=20ps/nm.km,求色散限制下的最大中继距离为多少？ A. 80Km B. 81Km C. 82Km D. 84Km 正确答案：C 你的作答：C1966年，（）提出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径。
光纤通信习题及答案
（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。（√）
(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。
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。
光纤通信习题解答
则每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数为I/E=4.927×1021个
3.如果激光器在λ=0.5μm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：在λ=0.5μm上出射的光子的能量为：E= =39.78×10-20焦耳
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。
输出功率1W=1J/s，即每秒输出的能量为1J，则光子数为1/39.78×10-20=2.5138×1018
那么每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数等于出射光子数的一半，即1.2569×1018
4.光与物质间的互作用过程有哪些？
解：在介质材料中存在着受激吸收，自发发射和受激发射等三种光与物质的相互作用过程。
（c）假设最大比特率就等于带宽，则此光纤的带宽距离积是多少？
解：（a） =5*1.49*0.01/3*105=2.48×10-7s
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；保密；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μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道答：5GH z×1％/64k＝781路3×108/×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可以极大地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;2OXC和OADM对信号的速率和格式透明,可以建立一个支持多种电通信格式的、透明的光传送平台;3以波长路由为基础,可实现网络的动态重构和故障的自动恢复,构成具有高度灵活性和生存性的光传送网;第二章1.光波从空气中以角度θ1=330投射到平板玻璃表面上,这里的θ1是入射光线与玻璃表面之间的夹角,根据投射到玻璃表面的角度,光束部分被反射,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900,请问玻璃的折射率等于多少这种玻璃的临界角又为多少解：入射光束与玻璃表面的法线角度即入射角θ=90-33=57度;则反射角θr=θ,折射角θ2=180-90-57=33度,假设空气的折射率为n1=1,由折射定理n 1sinθ=n 2sinθ2 得到玻璃的折射率为 n2=n 1sinθ/ sinθ2 =全反射发生在从玻璃射向空气的时候,此时θc =sin -1n 1/n 2=度;2. 计算n 1=及n 2=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n=,则允许的最大入射角θmax 为多少解：最大入射角θmax=arcsin 度3. 弱导波阶跃光纤纤芯和包层折射率指数分别为n 1=,n 2=,试计算： （1） 纤芯和包层的相对折射指数差Δ; （2） 光纤的数值孔径NA;解：12122212n n n -=∆=4. 已知阶跃光纤纤芯的折射率为n 1=,相对折射指数差Δ=,纤芯半径a=25μm ,若λ0=1μm ,计算光纤的归一化频率V 及其中传播的模数量M; 解：221/221/212122()(2)aaV n n n ππλλ=-=∆=2π×25μm/1μm×2××=模数量22V M ≈=5555. 一根数值孔径为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;试问：（a ） 其纤芯直径为多少（b ） 在1310nm 波长上可以支持多少个模式 （c ） 在1550nm 波长上可以支持多少个模式 解：a 221/21222()aaV n n NA ππλλ=-=,而22V M ≈从而得到纤芯半径：a=V λ/2πNA =μm ,则直径为μmb 22()2V aM NA πλ≈=,与波长的平方成反比因此在1310nm 上的模式数为M=850/13102×1000=421c 在1550nm 上的模式数为M=850/15502×1000=3006. 纤芯折射指数为n 1=,长度未知的弱导波光纤传输脉冲重复频率f 0=8MHz 的光脉冲,经过该光纤后,信号延迟半个脉冲周期,试估算光纤的长度L; 解：脉冲周期T=1/ f 0=×10-4 s;路径最短的光通过光纤的时间为1/Lc n =T/2＝×10-4 s 从而解得：L= 12.5 km 7. 阶跃型光纤,若n 1=,λ0=μm,（1） Δ=,为保证单模传输,光纤纤芯半径a 应取多大（2） 若取芯径a=5μm,保证单模传输时,Δ应怎样选择 解：1单模传输要求 221/221/212122()(2) 2.405aaV n n n ππλλ=-=∆<解得到 a < μm（3） 同样用21/212(2) 2.405an πλ∆<得到 Δ<8. 渐变型光纤的折射指数分布为求光纤的本地数值孔径;解：n 2=n01-2Δ1/2 ∆⋅-=2)0()0(2222n n nNA ()∆=-=2)0()0(222n n n r9. 某光纤在1300nm 处的损耗为km,在1550nm 波长处的损耗为km;假设下面两种光信号同时进入光纤：1300nm 波长的150μW 的光信号和1550nm 波长的100μW 的光信号,试问这两种光信号在8km 和20km 处的功率各是多少以μW 为单位; 解：)/()()0(log 10)(km dB L z p z p L ===λα因此 ()()10()(0)10Lp z L p z αλ-===将数值代入可得到：对1310nm 、150μW 的光信号,在8km 和20km 处的功率分别为μW 和μW ； 对1550nm 波长的100μW 的光信号,在8km 和20km 处的功率分别为μW 和μW; 10. 一段12km 长的光纤线路,其损耗为km ；（a ） 如果在接收端保持μW 的接收光功率,则发送端的功率至少为多少 （b ） 如果光纤的损耗变为km,则所需的输入光功率为多少 解：a 利用 ()()10(0)()10Lp z p z L αλ===,得到(0)p z ==μWb ()()10(0)()10Lp z p z L αλ=== ,得到 (0)p z ==μW11. 考虑一段由阶跃折射率光纤构成的5km 长的光纤链路,纤芯折射率n 1=,相对折射率差Δ=：（a ） 求接收端最快和最慢的模式之间的时间差； （b ） 求由模式色散导致的均方根脉冲展宽；（c ） 假设最大比特率就等于带宽,则此光纤的带宽距离积是多少 解：a 1n t Lc∆=∆=53105=×10-7 s b 均方根脉冲展宽就是最快和最慢的模式之间的时延差,即×10-7 s c 带宽距离积为12cn =∆10Mb/s km 12. 考虑10km 长,NA=的多模阶跃折射率光纤;如果纤芯折射率为,计算光纤带宽;解：最大带宽距离积为BL =12cn ∆,而NA=n ,将以上数据带入可得到B=;13. 考虑10km 长,NA=的多模阶跃折射率光纤;如果纤芯折射率为,计算光纤带宽; 解：最大带宽距离积为BL =12cn ∆,而NA=n ,将以上数据带入可得到B=; 14. 某工程师想测量一根1895m 长的光纤在波长1310nm 上的损耗,唯一可用的仪器是光检测器,它的输出读数的单位是伏特;利用这个仪器,使用截断法测量损耗,该工程师测量得到光纤远端的光电二极管的输出电压是,在离光源2m 处截断光纤后测量得到光检测器的输出电压是,试求光纤的损耗是多少dB/km解：光检测器输出电压与光功率成正比;因此 1010 3.78lg lg 1.893 3.31N F V L V α=== dB/km; 14. 根据光纤损耗测量中截断法所依据的公式,要测量的功率正比于光检测器的输出电压;如果两次功率测量时电压读数相差±%,则损耗精度的偏差有多大若要获得优于±km 的灵敏度,光纤至少应有多长 解：10×±%=±1%dB/km 光纤至少5Km;15.现已测得光纤的色散系数为120ps/nm ·km,当光源谱宽是时,此时单位长度光纤的3dB 带宽有多宽 解：根据公式 λ∆⋅=D B 441.0将数据代入得到B=;16. 将3根500m 长的光纤有序地连接在一起,然后使用OTDR 测量这段光纤的损耗,得到的数据如图所示;这三段光纤的损耗分别是多少dB/km 接头损耗是多少dB 第二段和第三段光纤接头处接头损耗较大的原因是什么 解：1根据光纤的损耗PL=P0Leα-可知⎪⎪⎭⎫⎝⎛=12ln p p α,p1、p2的值由图给出如下： 第一段P1L=0和P2L=2×0.5km 读数分别是70 和30； 第二段P1L=1km 和P2L=2km 读数分别是30 和10； 第三段P1L=2km 和P2L=3km 读数分别是7 和； 第一个接头损耗： 第二个接头损耗：2第二段和第三段光纤的模场直径MFD 不一样;17. 如果使用OTDR 将光纤故障定位在真实位置±0.5m 范围内,试证明光脉冲的宽度应不大于5ns; 解： 2T n c L ⋅= 得到9822 1.50.5510310nL T c -⨯⨯===⨯⨯=5 ns f 的高斯近似表达式为：()[]2/2exp )()()(2σπf f P f P f H in out -==至少对幅度为峰值75%的频域内的点是精确的;利用这个关系式,分别画出光纤脉冲响应的rms 脉冲全宽2σ等于,和时的Pf/P0与频率的关系曲线,频率范围是0～1000MHz;这些光纤的3dB 带宽分别是多少 解：从图中可以得到,这些光纤的3dB 带宽分别是 , MHz, MHz第3章 光源和光检测原来书上第3章的题目1. 计算一个波长为λ=1μm 的光子能量,分别对1MHz 和100MHz 的无线电波做同样的计算; 解：光子的能量E=8-34-2063106.631019.8910110chv hλ-⨯===⨯⨯焦耳; 对1MHz 的无线电波E=hf = ×10-34×106=×10-28焦耳; 100MHz, E=hf = ×10-34×108=×10-26焦耳;2. 太阳向地球辐射的光波,设其平均波长λ=μm ,射到地球外面大气层的光强大约为I=cm 2;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：波长λ=μm 的光子的能量为：E=chv hλ==×10-20焦耳每平方米的太阳能电池的光强为 I=1400W=1400焦耳/秒 则每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数为I/E=×1021 个3. 如果激光器在λ=μm 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：在λ=μm 上出射的光子的能量为：E=chv hλ==×10-20焦耳输出功率1W=1J/s,即每秒输出的能量为1J,则光子数为1/×10-20=×1018那么每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数等于出射光子数的一半,即×1018 4. 光与物质间的互作用过程有哪些解：在介质材料中存在着受激吸收,自发发射和受激发射等三种光与物质的相互作用过程; 5. 什么是粒子数反转什么情况下能实现光放大解：粒子数反转是高能级上的粒子数量大于低能级上的粒子数的状态,是一种非平衡状态; 实现光放大的条件是粒子数反转、光学腔、增益介质; 6. 什么是激光器的阈值条件;解：当注入电流较小时,激活区不能实现粒子数反转,自发发射占主导地位,激光器发射普通的荧光;随注入电流量的增加,激活区里实现了粒子数反转,受激辐射占主导地位,但当注入电流小于阈值电流时,谐振腔内的增益还不足以克服损耗如介质的吸收、镜面反射不完全等引起的谐振腔的确损耗,不能在腔内建立起振荡,激光器只发射较强荧光;只有当注电流大于阈值电流时,才能产生功率很强的激光;7. 由表达式E=hc/λ,说明为什么LED 的FWHM 功率谱宽在长波长中会变得更宽些; 解：由E=hc/λ可得到, λ=hc/E ；求λ关于光子能量E 的微分,可以得到 2d hc dE Eλ=-, 则 2hcE E λ∆≈∆,而()E hv ∆=∆,通常为2B k T ,这样再将E=hc/λ带入,得到 8. 试画出APD 雪崩二极管的结构示意图,并指出高场区及耗尽区的范围; 解：见书中图;9. 一个GaAs PIN 光电二极管平均每三个入射光子,产生一个电子-空穴对;假设所有的电子都被收集;a 试计算该器件的量子效率；b 当在μm 波段接收功率是10-7W 时,计算平均输出光电流；c 计算波长,当这个光电二极管超过此波长时将停止工作,即长波长截止点λc ; 解：a 、入射光子的数量的数量光生并被收集的自由EHP =η=1/3=%b 、由(/)p INI R A W P =和(/)e R A W hvη=可得到 I p =IN IN e e P P hv hcηηλ==×10-6 A C 、c g hchf E λ=≥ 而g E = eV,则波长截止点λc =hc/g E =μm10. 什么是雪崩增益效应解：光生载流子穿过一个具有非常高的电场的高场区;在这个高场区,光生电子或空穴可以获得很高的能量,因此它们高速碰撞在价带的电子上使之产生电离,从而激发出新的电子一空穴对,这种载流子倍增的机理称为碰撞电离;新产生的载流子同样由电场加速,并获得足够的能量从而导致更多的碰撞电离产生,这种现象就是所谓的雪崩效应;11. 设PIN 光电二极管的量子效率为80%,计算在和μm 波长时的响应度,说明为什么在μm 光电二极管比较灵敏; 解：e e R hv hcηηλ==在和处的响应度分别为0.838A/W,0.999 A/W波长越长,频率越低,光子能量越低,对于同等的入射光功率则光子数量就越多,则电子-空穴对也就越多,那么光生电流也就越大;第4章 光发送机和光接收机1. 光接收机中有哪些噪声 解：主要有三种;第一种就是热噪声信号,在特定温度下由电子的随机运动产生的,它总是存在的,第二种是散弹粒噪声,是由光子产生光生电流过程的随机特性产生的,即使输入光功率恒定也存在,散粒噪声不同于热噪声,它不是叠加在光电流上,它作为独立的一部分仅仅是产生光电流过程随机性的一种方便的描述;第三种是在光检测器之前使用的光放大器产生的放大的自发辐射噪声ASE;2. RZ 码和NRZ 码有什么特点解： NRZ 码与其他格式相比,其主要优点是占据的频带宽度窄,只是RZ 码的一半,缺点是当出现长连“1”,或“0”时,光脉冲没有有和无的交替变化,这对于接收时比特时种提取是不利的;RZ 码克服了这个问题,解决了连“1”的问题有了电平的交替变化,但长连“0”问题仍然存在; 3. 通信中常用的线路码型有哪些 解：4B/5B 、8B/10B4. 光源的外调制都有哪些类型内调制和外调制各有什么优缺点解：目前常用的外调制器有电折射调制器、电吸收MQW 调制器、M-Z 型调制器等;内调制优点：简单、经济、容易实现；缺点：随着传输速率的不断提高,直接强度调制带来了输出光脉冲的相位抖动即啁啾效应,使得光纤的色散增加,限制了容量的提高;外调制优点：可以减小啁啾；缺点：比较复杂,成本较大5. 假定接收机工作于1550nm,带宽为3GHz,前置放大器噪声系数为4dB,接收机负载为R L =100Ω,温度T=3000K,量子效率为η=1,ℜ==1.25A/W,G m =1,试计算接收机灵敏度;解：24B n e Lk T F B R σ==热×10-10 A 2对于BER=10-7,γ≈7； ()A m F G =(1)A F =1(())R e A m mP eB F G RG σγγ=+热=10-5 W=10-2 mW = dbm6. 在考虑热噪声和散弹噪声的情况下,设APD 的F A G m =G x m x ∈0,1,推导APD 的G m 的最佳值G Opt ,此时APD 接收机的SNR 最大; 解：e n LB B F R TK 42=热σ SNR=()()222211224422m x x B B e m en e m m eLLRPG m RPm K TK TB eG RPB F B G eG RPB R R +=++可见当x=0时,APD 的SNR 最大;7. 证明对于OOK 直接检测接收机的误码率公式：)(BER 1001σσ+-=I I Q 解：则由BER=1/2[0|1]P +1/2[1|0]P8. 对于PIN 直接接收机,假设热噪声是主要噪声源,且方差由给出,对于误码率为10-12,速率为100Mbit/s 和1Gbit/s,以每1比特的光子数表示的接收灵敏度是多少设工作波长为1550nm,响应度为1.25A/W; 解：B hf P M c R 2=,01()2R m P G Rσσγ+=,σ02=σ热2,σ12=σ热2+σ散2, 22224 1.65610 A B n e Lk TF B B R σ-==⨯热 而忽略散弹噪声,有σ12=σ02=221.65610 B -⨯, 误码率为10-12,则γ=7;对PIN ,m G =1,则计算010()2R m P G R Rσσγσγ+==,则02c c M hf BR σγ===×109速率为100Mbit/s 时,M=×105速率为1Gbit/s 时,M= ×104 9. 推导10. 推导证明：在放大系统中信号与自发辐射噪声差动噪声与其他噪声相比占主导地位,因此 且 I RGP = ,因此根据误码率公式)(1001σσ+-=I I Q BER ,以及以上的假设,则误码率为=Q , 得证;11 发全“0”码时的光功率为40μW,全“1”码时的光功率为100μW,若信号为伪随机码序列,则消光比为多少解：伪随机码序列,消光比为EXT=P 00/2P T =40/200=20%12已知某光端机的灵敏度为-40dBm,动态范围为20dB,若系统能正常工作,则接收的光功率在多少微瓦的范围之内解：P min = - 40dbm= 10-4 mW= 微瓦P max = - 40+20=- 20dbm =10-2 mW =10微瓦 则接收的光功率范围为 微瓦 到10微瓦第5章 无源光器件1. 光纤的连接损耗有哪些如何降低连接损耗 解：连接损耗可分为外部损耗和内部损耗;外部损耗主要有轴向位移、连接间隔、倾斜位移、截面不平整;内部损耗主要是由于光纤的波导特性和几何特性差异导致的损耗,包括纤芯的直径、纤芯区域的椭圆度、光纤的数值孔径、折射率剖面等;采用较好的连接方法,改善连接器的性能;2. 试用2×2耦合器构成一个8×8空分开关阵列,画出连接图和输入输出端口信号间流向,计算所需开关数; 解：需开关数12个;3. 讨论图所示平面阵列波导光栅的设计思想和方法;解：设计思想：将同一输入信号分成若干路分别经历不同的相移后又将它们合在一起输出； 设计方法：将N 个输入波导和N 个输出波导,二个聚焦平面波导星型耦合器和通道阵列波导,集成在单一衬底上;使得输入／输出波导的位置和阵列波导的位置满足罗兰圆规则; 4. 简述光耦合器和WDM 分波器有什么不同;解：在宽带光纤耦合器中,通常通过改变熔融拉锥工艺,使耦合器输出端口的分光比不受波长的影响;相反,在WDM器件中则改变熔融拉锥工艺,使分光比随波长急剧变化;5.光滤波器有哪些种类,滤波器应用在什么场合解：光滤波器主要有F-P腔滤波器、M-Z干涉滤波器、阵列波导光栅滤波器、声光可调滤波器,光纤光栅滤波器;光滤波器用于滤出特定波长的光信号;6.光开关有哪些性能参数,在光纤通信中有什么作用解：光开关的性能参数主要有开关时间、通断消光比、插入损耗、串扰、偏振依赖损耗；光开关在光纤通信技术中作光路切换之用,如系统的主备切换等;它是光交换的关键器件,在光网络中有许多应用场合;7.简述F-P腔可调谐滤波器的工作原理;解：F-P腔型滤波器的主体是F-P谐振腔,是由一对高度平行的高反射率镜面构成的腔体,当入射光波的波长为腔长的整数倍时光波可形成稳定振荡,输出光波之间会产生多光束干涉,最后输出等间隔的梳状波形;通过改变腔长L或腔内的折射率n来改变滤波器的中心波长;8.讨论光纤光栅在光通信中的应用;解：光纤光栅的应用范围有光纤激光器、WDM合/分波器、超高速系统中的色散补偿器、固定或可调滤波器、光纤放大器、光纤光栅全光分插复用器等;9.NLOM是否可作光开关解：可以;改变环的长度或光波的波长,使来自传输光纤的光波与绕环后的光波之间产生相移,两者之间产生相长和相消,达到开和关的作用;第6章光放大器1.光放大器包括哪些种类,简述它们的原理和特点,EDFA有哪些优点;解：掺饵光纤放大器EDFA,原理：在制造光纤过程中,向其掺入一定量的三价饵离子,利用饵离子的三能级系统,形成粒子数反转,当入射光近来时,由受激辐射产生光放大,实现了信号光在掺铒光纤的传输过程中不断被放大的功能;优点：转移效率高、放大的谱宽适合于WDM光纤通信、具有较高的饱和输出光功率、动态范围大、噪声指数小、与光纤的耦合损耗小、增益稳定性好、增益时间常数较大；缺点：存在ASE噪声、串扰、增益饱和等问题;受激拉曼光纤放大器,原理：利用光纤媒质中传输高功率信号时发生的非线性相互作用-拉曼效应,频率为ωp和ωas的泵浦光和信号光通过WDM合波器输入至光纤,当这两束光在光纤中一起传输时,泵浦光的能量通过受激拉曼散射转移给信号光,使信号光得到放大;特点：不需要粒子数反转,能够提供整个波段的光放大,主要问题在于所需泵浦的种类;受激布里渊光纤放大器,原理：利用强激光与光纤中的弹性声波场相互作用产生的后向散射光来实现对光信号的放大;其主要特点是高增益、低噪声、窄小带宽;半导体光放大器,原理：采用正向偏置的PN结,对其进行电流注入,实现粒子数反转分布,利用受激辐射来实现对入射光功率的放大;特点：小型化的半导体器件,易于和其他器件集成；与偏振有关；具有大的带宽；但由于非线性现象四波混频,SOA的噪声指数高,串扰电平高;2.EDFA的泵浦方式有哪些,各有什么优缺点解：EDFA常用的结构有三种,即同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦;同向泵浦：优点是构成简单,噪声低, 信号一进入光纤即得到较强的放大；缺点是由于吸收,泵浦光将沿光纤长度而衰减;反向泵浦：优点是当光信号放大到很强的时候,泵浦光也强,不易达到饱和,从而获得较高增益;双向泵浦：结合了同向泵浦和反向泵浦的优点,使泵浦光在光纤中均匀分布,从而使其增益在光纤中也均匀分布;3. 一个EDFA 功率放大器,波长为1542nm 的输入信号功率为2dBm,得到的输出功率为P out =27dBm,求放大器的增益;解：放大器在1542nm 处的增益为10logP out /P in =;4. 简述SBA 与SRA 间的区别,为什么在SBA 中信号与泵浦光必定反向传输; 解： SRA 是靠非线性介质的受激散射,一个入射泵浦光子通过非弹性散射转移其部分能量,产生另一个低能和低频光子,称为斯托克斯频移光,而剩余的能量被介质以分子振动光学声子的形式吸收,完成振动态之间的跃迁;而SBA 是泵浦光被注入光纤传输时,由于光波与晶体结构互作用产生一个声振动,同时光波被散射,在入射光的反方向上产生最大的散射频移和散射光强;SBA 中由于除了满足能量守恒定理外,还要满足动量守恒定理或相位匹配条件,当散射光与入射光夹角为180度时得到最大的散射频移和散射光强;因此,在SBA 中信号与泵浦光必定反向传输; 5. 一个长250μm 的半导体激光器做F-P 放大器,有源区折射率为4,则放大器通带带宽是多少解：/2c nL υ∆==3×108/2×4×250×10-6= 6. EDFA 在光纤通信系统中应用形式有哪些解：主要有1在宽带光波分配系统中的应用；2作前置放大器,3作功率放大器；4作线路放大器; 7. EDFA 的主要性能指标有哪些,说明其含义;解：增益,是输出光功率与输入光功率的比值dB 为单位;增益带宽,是放大器放大信号的有效频率范围;增益饱和,一般情况下输入信号应该足够大,以便能引起放大器的饱和增益;增益饱和时增益随信号功率增加而减小;增益波动,是增益带宽内的增益变化范围以dB 为单位;噪声,EDFA 的噪声主要有信号光的散射噪声,ASE 噪声,以及信号-ASE,ASE-ASE 差拍噪声等; 8. 分别叙述光放大器在四种应用场合时各自的要求是什么解：在线放大器：用在线放大器代替光电光混合中继器;要求：光纤色散和放大器自发辐射噪声累积尚未使系统性能恶化到不能工作时,且需要考虑光学滤波和隔离等问题/后置放大器：是将光放大器接在光发送机后以提高光发送机的发送功率,增加传输距离,要求：需要考虑最大饱和输出功率,而对绝对增益和噪声系数的要求则要低一点;前置放大器：将光放大器接在光接收机前,以提高接收功率和信噪比;要求：前置放大器其主要的品质因数是高增益和低噪声,由于接收机灵敏度主要受限于光放大器的噪声而不是接收机本身的热噪声,因此对前置放大器的噪声系数有极为苛刻的要求;功率补偿放大器：将光放大器用于补偿局域网中的分配损耗,以增大网络节点数;还可以将光放大器用于光子交换系统等多种场合;9. 叙述SOA －XGM 波长变换的原理解： CW 探测波λs 和泵浦波λp 经耦合器注入SOA,SOA 对入射光功率存在增益饱和特性;因而当有调制信息“1”或“0”的泵浦波注入SOA 时,此时,泵浦信号将调制SOA 的载流子密度,从而调制增益“无”或“有”,同时,注入的CW 探测波的强度变化也受增益变化影响而按泵浦信号的调制规律变化,用带通滤波器取出变换后的λs 信号,即可实现从λp 到λs 的波长变换;第7章 光纤通信系统及设计1 商业级宽带接收机的等效电阻为R eq =75Ω;当R eq =75Ω时,保持发送机和接收机的参数和图的例子相同,在接收机光功率范围为0～-16dBm 时计算总载噪比,并画出相应的曲线,如同7.2.2节的推导一样,推出其载噪比的极限表达式;证明当R eq =75Ω时,在任何接收光功率电平下,热噪声都超过量子噪声而成为起决定作用的噪声因素; 解：利用以及相关参数,m=,RIN=-143dB/Hz,R=0.6A/W,B=10MHz,I D =10nA,R eq =75Ω,F t =3dB ；G=1,=10-19C; 玻尔兹曼常数 k= × 10-23 m 2 kg s -2 K -1, 设定温度为300K计算总载噪比,并画出相应的曲线如下图;注意计算过程中单位的统一,以及RIN 和 F t 在计算过程中db 要转化为绝对单位;载噪比的极限表达式同7.2.4节的推导,将参数代入即可;在R eq =75Ω时,计算三种噪声极限下的载噪比并画图如下图,可见在任何接收光功率电平下,热噪声都超过量子噪声而成为起决定作用的噪声因素;也可以通过计算比较两种噪声的大小得到结论;2 假设一个SCM 系统有120个信道,每个信道的调制指数为%,链路包括一根损耗为1dB/km 的12km长的单模光纤,每端有一个损耗为的连接器；激光光源耦合进光纤的功率为2mW,光源的RIN=-135dB/Hz ；pin 光电二极管接收机的响应度为0.6A/W,B=5GHz,I D =10nA,R eq =50Ω,F t =3dB,试求本系统的载噪比; 解：m==⨯120=;计算接收光功率：Ps-Pr=⨯+1⨯12=13dB,而Ps=2mW=3dBm,所以Pr= -10dBm ； 代入公式计算载噪比为 ;3 如果题3中的pin 光电二极管用一个G=10和FG=的InGaAs 雪崩光电二极管替代,那么系统的载噪比又是多少 解：即计算公式中的 G=10,2xG+=+2,代入计算公式得到：载噪比为 ;4 假设一个有32个信道的FDM 系统,每个信道的调制指数为%,若RIN=-135dB/Hz,假定pin 光电二极管接收机的响应度为0.6A/W,B=5GHz,I D =10nA,R eq =50Ω,F t =3dB; （a ） 若接收光功率为-10dBm,试求这个链路的载噪比；（b ） 若每个信道的调制指数增加到7%,接收光功率减少到-13dBm,试求这个链路的载噪比; 解：m==⨯32=;（a ） 代入计算公式得到链路的载噪比为;（b ） m==⨯32=,接收光功率为-13dBm,代入计算公式得到链路的载噪比为 dB; 5 已知一个565Mbit/s 单模光纤传输系统,其系统总体要求如下：1光纤通信系统光纤损耗为km,有5个接头,平均每个接头损耗为,光源的入纤功率为-3dBm,接收机灵敏度为-56dBmBER=10-10;2光纤线路上的线路码型是5B6B,光纤的色散系数为2ps/kmnm,光源光谱宽度,求：最大中继距离为多少 注：设计中选取色散代价为1dB,光连接器损耗为1dB 发送和接收端个一个,光纤富余度为km,设备富余度为;解：功率限制中继距离为：-3--56=⨯+⨯+1+1⨯2+⨯+,得到L=;而色散限制中继距离为：λσεBD L 610⨯=,而信息速率为565Mb/s 的单模光缆传输系统,采用5B6B码型,其传输速率为677990kb/s;,因此60.11510677.992 1.8L ⨯=⨯⨯ =47.1164km显然这是一个色散限制系统,最大中继距离应小于;6 一个二进制传输系统具有以下特性：单模光纤色散为15ps/nmkm,衰减为km;。
光纤通信习题及答案
一、填空题(每空1.5分，共24分)1.现代光纤通信系统的三个传输窗口分别为、、。
2.光纤由、包层与三层构成；按照传输模式按数量的多少来分，可分为单模光纤和。
3.光纤通信中用到的光源有和两种。
4.SDH传输系统每秒传送8000帧STM-4帧，则该系统的传送速率为。
5.激光振荡器必须包括增益介质、、和。
6.G.653是光纤，G.654是光纤。
7.施工中光缆允许弯曲半径大于等于其外径倍8.光缆代号GYFLT53-12T50/125(1208)C，则此光缆包含条光纤，光纤芯径是，是加强件光缆二、选择题（每题2分，共18分）1.光隔离器的作用是( )A.调节光信号的功率大小B.保证光信号只能正向传输C.分离同向传输的各路光信号D.将光纤中传输的监控信号隔离开2.映射是指( )A.支路信号装入C的过程B. VC和TU指针构成TU的过程C. 支路信号适配装入VC的过程D.N个STM-1同步复用进STM-N的过程3.光缆代号GYFLT53-12A150/125(1208)C，则纤芯/包层直径及工作窗口分别是（）。
A.50/125 0.85umB.150/125 1.31umC.25/120 0.85umD.50/125 1.31um4.下面( )光纤跳线接头为带螺纹的金属接头。
A. STB. SCC. FCD. LC5.SOH中用来识别帧的起始位置的字节是（）。
A. A1、A2B.B1、B2C. C1、C2D. J06.终端复用器之间的信道称为( )。
Ａ.复用段 B.再生段 C.通道 D.保护段7.相邻两个指针调整事件间隔至少为多少针（）Ａ.无要求 B.2 C.1 D.38.STM-16中有多少个B1与B2字节（）。
Ａ. 1 48 B.1 3 C.16 48 D.16 3 9.在由vc-4 构成的STM-1中用于正调整与负调整地字节分别是（）Ａ. J0 H3 B.H3 J1 C.J1 H3 D.H3 J0三、判断题（每题1分，共10分）1.通信光源中激光器比发光二极管的温度特性更稳定但使用寿命更短一些（）2.VC4净负荷中没有开销字节（）3.ITU-T建议规定复用段倒换时间不能大于50MS（）4.多模光纤中存有模式色散，单模光纤中只有基模传输所以没有模式色散（）5.SDH的频带利用率比PDH的要高（）6.在传输中有指针调整产生，则肯定有误码产生（）7.在DWDM系统中希望色散代价越大越好（）8.由低速支路信号复用成STM-N信号时，要依次经过定位、映射与复用三个过程（）9.STM-N中段开销的第一行字节不能进行扰码处理（）10.全光中继器只有放大作用，没有对信号的整形功能（）四、分析、问答题（共48分）1、光纤通信系统的基本组成及各部分作用?(8分)2、光纤活动连接器的重要指标及要求?（6分）3、画出STM-64的SDH帧结构（不用写出各个字节）（8分）4、画出我国的SDH复用映射结构（8分）5、解释什么是可用时间（8分）6、写出GYGTL23-12J50/125（25010）C的含义（10分）答案一、1.850nm 1310nm 1550nm2.纤芯涂敷层多模3.LED LD4.622M5.谐振腔泵浦源6.色散位移截止波长7.208.12 50/125 非金属二、B C C C A C D A B三、××∨∨××××∨∨四、略1、G.653是光纤，G.655是光纤。
光纤通信原理练习题(含参考答案)
光纤通信原理练习题（含参考答案）一、单选题（共100题，每题1分，共100分）1、光缆以牵引方式敷设时，主要牵引力应加在光缆的（）上。
A、光纤B、加强构件C、内层D、外层正确答案：B2、下列关于交叉连接设备与交换机的说法正确的是（）。
A、两者输入输出都是单个用户话路B、两者改变连接都由网管系统配置C、两者都能提供动态的通道连接D、两者通道连接变动时间相同正确答案：C3、（）也称为色散非位移单模光纤，可以应用于1310nm波长和1550nm 波长窗口的区域。
A、G.652B、G.6530C、G.6550D、G.6540正确答案：A4、纤芯的颜色按顺序分为蓝、橙、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉红、（）。
A、天蓝B、荧光色C、玫红色D、奶油白正确答案：A5、通常，影响光接收机灵敏度的主要因素是（）。
A、光纤色散B、暗电流C、光接收机噪声D、光纤衰减正确答案：C6、在SDH帧结构中，（）是用于传送网络运行、管理和维护的附加字节。
A、容器B、单元C、段开销D、信息正确答案：C7、光隔离器的作用是（）。
A、监控信号隔离B、调节光信号大小C、保证光信号只能正向传输D、分离光信号正确答案：C8、全光型波长转换器的核心器件是（）。
A、半导体光放大器（SOA）B、激光放大器C、激光器D、波长转换器正确答案：A9、表示光纤色散程度的物理量是（）。
A、速度差B、相位差C、时延差D、时延正确答案：C10、SDH是一种基于时分复用的（），SDH网络可提供高质量、高可靠性的传输通道。
A、码分数字复用系统B、同步数字技术C、频分数字复用系统D、超级准同步数字系列正确答案：B11、光纤（光缆）是（）系统中重要的组成部分。
A、光纤通信B、纤维C、通信D、结构正确答案：A12、EDFA的泵浦光源的典型工作波长为（）。
A、85nmB、98nmC、131nmD、1550nm正确答案：D13、光缆一般由缆芯、( )、护层三大部分组成。
光纤通信技术习题及答案
光纤通信概论一、单项选择题1.光纤通信指的是：A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式；D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。
2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的：A 近红外区B 可见光区C 远红外区D 近紫外区3 目前光纤通信所用光波的波长范围是：A ～B ～C ～D ～4 目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是：A 、、；B 、、；C 、、；D 、、。
6 下面说法正确的是：A 光纤的传输频带极宽，通信容量很大；B 光纤的尺寸很小，所以通信容量不大；C 为了提高光纤的通信容量，应加大光纤的尺寸；D 由于光纤的芯径很细，所以无中继传输距离短。
二、简述题1、什么是光纤通信2、光纤的主要作用是什么3、与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信有何优点4、光纤通信所用光波的波长范围是多少5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别是多少光纤传输特性测量一、单项选择题1 光纤的损耗和色散属于：A 光纤的结构特性；B 光纤的传输特性；C 光纤的光学特性；D 光纤的模式特性。
2 光纤的衰减指的是：A 由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少；B 由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少；C光信号沿光纤传输时，光功率的损耗；D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。
3 光纤的色散指的是：A 光纤的材料色散；B光在光纤中传播时，不同波长光的群时延不一样所表现出来的一种物理现象；C 光纤的模式色散；D 光纤的波导色散。
4 测定光纤衰减的测试方法有三中，它们是：A 切断法、插入损耗法和后向散射法；B 相移法、切断法和散射法；C插入损耗、脉冲时延法和散射法；D 切断法、插入损耗法和相移法。
5 下面说法中正确的是：A 脉冲时延法是测量光纤色散的基准测试方法；B 脉冲时延法是测量光纤色散的标准测试方法；C 相移法是测量光纤色散的基准测试方法；D 相移法是测量光纤色散的替代测试方法。
光纤通信期末复习题答案
光纤通信期末复习题答案
1. 光纤通信中，光纤的传输介质是什么？
答：光纤通信中，光纤的传输介质是石英玻璃纤维。
2. 光纤通信的主要优点有哪些？
答：光纤通信的主要优点包括高带宽、远距离传输、抗电磁干扰能力强、信号衰减小、保密性好等。
3. 光纤通信系统中常用的光源有哪些？
答：光纤通信系统中常用的光源有发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。
4. 光纤的类型有哪些？
答：光纤的类型主要有单模光纤和多模光纤。
5. 光纤通信中，光信号的调制方式有哪些？
答：光纤通信中，光信号的调制方式包括强度调制、频率调制、相位
调制和脉冲宽度调制等。
6. 光纤通信中，光接收器的作用是什么？
答：光纤通信中，光接收器的作用是将光信号转换为电信号，以便进
行进一步的处理和传输。
7. 光纤通信系统中，光放大器的作用是什么？
答：光纤通信系统中，光放大器的作用是放大光信号，以补偿光纤传
输过程中的损耗，延长传输距离。
8. 光纤通信中，色散是如何产生的？
答：光纤通信中，色散是由于光纤中不同波长的光信号传播速度不同，
导致信号到达接收端的时间不同而产生的。
9. 光纤通信中，色散的类型有哪些？
答：光纤通信中，色散的类型主要有模式色散、材料色散和波导色散。
10. 光纤通信中，如何减少色散的影响？
答：光纤通信中，可以通过使用单模光纤、色散补偿光纤、色散补偿
器等方法来减少色散的影响。
光纤通信习题解答
可知，最大接收角为12.22°，而入射角大于临界角， 所以入射光纤不满足全反射条件，不能传输，是辐射 模。
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Chap.3 No.1 比较半导体激光器和发光二极管的异同。半 导体激光器（LD）有哪些特性？半导体发光二极管（LED） 有那些特性？ 解答题
LD和LED都可以用作通信光源。
LD原理是受激辐射，而LED是自发辐射。 LD是阈值器件，需要较完善的驱动和外围电路， 发散角较小,其发出的光谱线窄，适宜于高速率系统； LED没有阈值，结构简单，但其发散角较大,谱线 较宽，适用于要求较低的场合。
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Chap.5 No.1 光纤连接器应用在什么地方？影响 光纤连接器损耗的因素有哪些？
光纤连接器是使一根光纤与另一根光纤之间完成 活动连接的器件，主要用于光源器件尾纤输出或光电 检测器尾纤输入与传输光纤之间的连接。 光纤连接时引起的损耗与多种因素有关，诸如光 纤的结构参数（如纤芯直径、数值孔径等）、光纤的 相对位置（如横向位移、纵向间隙等）以及端面状态 （如形状、平行度）等。
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Chap.4 No.1 光纤通信系统对光检测器有什么要 求？比较PIN和APD各自的特点。
参见4.1，光纤通信系统对光检测器的基本要求是：
波长段内响应度或灵敏度要高 具有足够的带宽和响应速度
由检测器引入的附加噪声必须最低，暗电流、漏电流和并 联电导必须最小
较低的偏压或偏流，具有高可靠性和长寿命
注：段开销SOH区域中，第1～3行又被成为再生段开销RSOH。 第5～9行被称为复用段开销MSOH。
13
STM-N 帧结构
9 270 N 字节
1 3 4 5
传输方向
SOH
AU PTR
STM－N 净负荷 （含POH）
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1. 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。
试问：
（a ） 其纤芯直径为多少？
（b ） 在1310nm 波长上可以支持多少个模式？ （c ） 在1550nm 波长上可以支持多少个模式？ 解：（a ）2
21/212
22()
a
a
V n n NA ππλ
λ=
-=，而2
2
V M ≈
从而得到纤芯半径：a=V λ/（2πNA ）=30.25μm ，则直径为60.5μm
（b ）22()2V a
M NA πλ
≈=*2，与波长的平方成反比 因此在1310nm 上的模式数为M=（850/1310）2×1000=421
（c ）在1550nm 上的模式数为M=（850/1550）2×1000=300
2. 阶跃型光纤，若n 1=1.5，λ0=1.31μm ，
（1） Δ=0.25，为保证单模传输，光纤纤芯半径a 应取多大？ （2） 若取芯径a=5μm ，保证单模传输时，Δ应怎样选择？
解：（1）根据2
1
2
2212n n n -=∆，单模传输要求 221/2
21/212122()(2) 2.405a a V n n n ππλλ=-=∆< 解得到 a < 0.4727μm
（3） 同样用 21/212(2) 2.405a
n πλ
∆<
得到 Δ< 0.0022
补充：
答：光纤存在下列色散类型： （1） 模式色散（或模间色散）。
是指同一波长光信号中不同模式光线的传播
路径和速度不同，产生时延差，引起光脉冲展宽，称为模式色散，只存在于多模光纤中。
（2） 模内色散。
是指同一个导波模式中不同波长光线的传播路径和速度不
同，产生时延差，引起光脉冲展宽，称为模内色散（或色度色散）。
模内色散包含材料色散和波导色散两类，其中：
1）材料色散是因光源光谱不纯以及光纤石英材料的折射率随波长而变化这两个原因所产生的模内色散；
2）波导色散是因光源光谱不纯以及波导结构的影响这两个原因而产生的模内色散。
3）材料色散和波导色散在单模光纤和多模光纤中都能够存在。
3.一段12km长的光纤线路，其损耗为1.5dB/km；
（a）如果在接收端保持0.3μW的接收光功率，则发送端的功率至少为多少？
（b）如果光纤的损耗变为 2.5dB/km，则所需的输入光功率为多少？
解：（a）利用
()
()
10
(0)()10
L
p z p z L
αλ
===，得到(0)
p z==18.93μW
（b）
()
()
10
(0)()10
L
p z p z L
αλ
===，得到(0)
p z==300μW
习题三
5. 什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？
答：
（1）对于一个二能级的原子系统，能级为E1和E2，且E1<E2 。
（2）热平衡状态下，半导体材料中价带上的电子总数目N1>>导带上的电子总数目N2，即低能级E1上的粒子数N1远远大于高能级E2上的粒子数N2。
（3）当高能级E2上的粒子数N2大于低能级E1上的粒子数N1时，则粒子数实现了反转。
这一条件称为粒子数反转分布。
（4）当照射在原子上的光波频率满足：hf c= E2-E1 时，原子在能级E1和E2间同时存在受激辐射和受激吸收。
当受激辐射超越受激吸收，占主导地位时，则导致能量为hf c的光子数的净增加，入射的光信号得到了放大。
6、什么是激光器的阈值条件。
答：
当注入电流较小时，激活区不能实现粒子数反转，自发发射占主导地位，激光器发射普通的荧光。
随注入电流量的增加，激活区里实现了粒子数反转，受激辐射占主导地位，但当注入电流小于阈值电流时，谐振腔内的增益还不足以克服损耗如介质的吸收、镜面反射不完全等引起的谐振腔的确损耗，不能在腔内建立起振荡，激光器只发射较强荧光。
只有当注入电流大于阈值电流时，才能产生功率很强的激光。
9、一个GaAs PIN光电二极管平均每三个入射光子，产生一个电子-空穴对。
假设所有的电子都被收集。
a试计算该器件的量子效率；
b当在0.8μm波段接收功率是10-7W时，计算平均输出光电流；
c 计算波长，当这个光电二极管超过此波长时将停止工作，即长波长截止点λc 。
解：a 、入射光子的数量
子的数量
光生并被收集的自由电=
η=1/3=33.3%
b 、由(/)p IN
I R A W P =
和)/(W A hc
e R ηλ
=
可得到 I p =8347
61910
31063.610108.0)3/1(106.1⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯----IN P hc e ηλ=2.15×10-8 A C 、c g hc
hf E λ
=
≥ 而由表3.1，知g E =1.424 eV ，则波长截止点λc =hc/g E =0.87μm
10、 什么是雪崩增益效应？
解：光生载流子穿过一个具有非常高的电场的高场区。
在这个高场区，光生电子或空穴可以获得很高的能量，因此它们高速碰撞在价带的电子上使之产生电离，从而激发出新的电子一空穴对，这种载流子倍增的机理称为碰撞电离。
新产生的载流子同样由电场加速，并获得足够的能量从而导致更多的碰撞电离产生，这种现象就是所谓的雪崩效应。
习题四
1. 光纤的连接损耗有哪些？如何降低连接损耗？ 解：连接损耗可分为外部损耗和内部损耗。
外部损耗是由于光纤之间的连接错位引起的损耗，主要有轴向位移、连接间隔、倾斜位移、截面不平整。
内部损耗主要是由于光纤的波导特性和几何特性差异导致的损耗，包括纤芯的直径、纤芯区域的椭圆度、光纤的数值孔径、折射率剖面等。
采用较好的连接方法，改善连接器的性能，可以降低连接损耗。
2．试用2×2耦合器构成一个8×8空分开关阵列，画出连接图和输入输出端口信号间流向，
计算所需开关数。
解： N=8，M=
12log 2
2=N N
习题六
5. 假定接收机工作于1550nm ，带宽为3GHz ，前置放大器噪声系数为4dB ，接
收机负载为R L =100Ω，温度T=3000
K ，量子效率为η=1，ℜ=1.55/1.24=1.25A/W ，G m =1，试计算接收机灵敏度。
解：F n dB =4dB ，所以，F n =2.512
2
129232
10248.1103512.2100
3001038.144A B F R T K e n L B --⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==热
σ A 610117.1-⨯=热σ
对于BER=10-12，γ≈7； ()A m F G =(1)A F =1
(())R e A m m
P eB F G R
G σγ
γ=+
热
=
()
W m 10274.610117.17103106.125
.17
36919---⨯=⨯+⨯⨯⨯⨯= -22.0246dBm
习题七
6 已知一个565Mbit/s 单模光纤传输系统，其系统总体要求如下：
（1）光纤通信系统光纤损耗为0.1dB/km ，有5个接头，平均每个接头损耗为0.2dB ，光源的入纤功率为-3dBm ，接收机灵敏度为-56dBm （BER=10-10）。
（2）光纤线路上的线路码型是5B6B ，光纤的色散系数为2ps/（km•nm ），光源光谱宽度1.8nm ，求：最大中继距离为多少？
注：设计中选取色散代价为1dB ，光连接器损耗为1dB （发送和接收端个一个），光纤富余度为0.1dB/km ，设备富余度为5.5dB 。
解：（1）功率限制中继距离为：-3-（-56）=0.1⨯L+0.2⨯5+1+1⨯2+0.1⨯L+5.5，得到L=217.5km 。
（2）色散限制中继距离为：λ
σεBD L 6
10⨯=，而信息速率为565Mb/s 的单模光缆
传输系统，采用5B6B 码型，其传输速率为677990kb/s 。
，因此
6
0.11510677.992 1.8
L ⨯=⨯⨯ =47.1164km
（3）因此，是一个色散限制系统，最大中继距离应小于47.1164km 。