光纤通信技术与设备课后习题答案参考

《光纤通信技术与设备》习题参考答案

第1章

1、1880年贝尔，发明光电话，证明用光波作为载波传送信息的可能性，是现在光通信的雏形。

1960年梅曼发明了第一台红宝石激光器，在某种意义上解决了光源的问题，使光通信成为可能。

1966年高锟和霍克哈姆，指出了石英纤维中如此大的损耗不是其本身固有的特性，是由于材料中的杂质，因此有可能通过原材料的提纯制造出适合长距离通信使用的低损耗光纤。在光纤通信的历史上，高锟博士被誉为“光纤通信之父”。1970年美国康宁公司成功研制出损耗为20db/km的石英光纤，展开了光纤通信美好的前景。这一突破，引起整个通信界的震动，世界发达国家开始投入巨大力量研究光纤通信。

1976年，美国贝尔实验室在亚特兰大进行了了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。

1996年WDM技术取得突破，贝尔实验室发展了WDM技术，美国MCI公司在1997年开通了商用的WDM线路。光纤通信系统的速率从单波长的2.5Gb/s和10Gb/s爆炸性地发展到多波长的Tb/s(1Tb/s=1000Gb/s)传输。当今实验室光系统速率已达10Tb/s，几乎是用之不尽的，所以它的前景辉煌。

2、通信系统由发射部分、接收部分、基本光纤传输系统三大部分组成。

3、容许频带很宽，传输容量很大；损耗很小，中继距离很长而且误码率很小；重量轻，体积小；抗电磁干扰性能好，无“串话”；资源丰富，节约有色金属和资源，经济效益好；抗腐蚀，不怕潮湿。

第2章

1、光纤是工作在光频下的一种介质波导，它引导光能沿着轴线平行方向传输。由纤芯、包层、涂覆层组成。

2、按光纤剖面折射率分布分类可分为阶跃型光纤和渐变型光纤，阶跃型光纤在纤芯与包层区域间，其折射率分布是各自均匀的，在纤芯与包层的分界处，其折射率的变化是阶跃的，有模式色散；渐变型光纤轴心处的折射率最大，沿剖面径向的增加折射率而逐渐变小，包层区域中的折射率是均匀分布的，模式色散小，传输容量大。按传播模式的数量分类可分为多模光纤和单模光纤，多模光纤传输特性较差、带宽较窄、传输容量较小、存在模式色散、材料色散和波导色散；单模光纤传输性能好、带宽较宽，没有传输时延差、没有模式色散。按工作波长分类可分为短波长光纤和长波长光纤，长波长光纤衰耗低、带宽宽，适用于长距离、大容量通信。按套塑类型分类可分为紧套光纤和松套光纤，紧套光纤衰耗—温度特性差；松套光纤制造工艺简单，衰耗—温度特性好。

3、光纤产生全反射时光纤端面最大入射角的正弦值sinφ0称为光纤的数值孔径，光纤的数值孔径越大，其集光能力越强。光纤之所以能够导光，就是利用纤芯折射率略高于包层折射率的特点，使落于数值孔径角（φ0）内的光线都能收集到光纤中，并都能在纤芯包层界面以内形成全反射，从而将光限制在光纤中传播。这就是光纤的导光原理。

4、只能传输一种模式的光纤称为单模光纤。G .652—非色散位移单模光纤中的常规单模光纤在1310nm波长处的色散为零，在波长为1550nm附近衰减系数最小，色散系数最大，适用于数据通信和模拟图像传输媒介；其低水峰单模光纤波段宽，色散小，改进网络管理，系统成本低，适用于密集波分复用的城域网的传输系统。G .653—色散位移单模光纤在1550nm波长处衰减系数和色散系数均很小，不用于波分复用，适用于单信道几千公里海底系统和长距离陆地通信干线。

G .654—截止波长位移单模光纤在1550nm波长处衰减系数极小，抗弯曲性能好，制造困难，价格昂贵，适用于海底通信。G .655—非零色散位移单模光纤克服了非线性效应。适用于WDM和DWDM高速传输系统中。

5、多模光纤就是允许多个模式在其中传输的光纤。类型分为渐变型多膜光纤、梯度型多膜光纤、阶跃型多膜光纤。

6、光纤的吸收损耗主要包括本征吸收、杂质吸收（OH基）和结构缺陷吸收。本征吸收有红外和紫外吸收。

7、光纤的色散主要分为：模式色散、材料色散、波导色散和偏振模色散。

8、光纤的非线性效应主要分为两类：受激散射和折射率扰动

其中受激散射包括受激拉曼散射和受激布里渊散射，折射率扰动分为自相位调制、交叉相位调制和四波混频

9、基本结构有三种，分别为层绞式、中心管式、骨架式。

10、对于新光缆：红端点为A端，绿端点为B端；光缆外护套上的长度数字小的一端为A端，另一端为B端。对于旧光缆：面对光缆端面，若同一层中的松套管颜色按蓝、橙、绿、棕、灰、白顺时针排列，则为A端，反之为B端。加强芯的主要作用：增强光缆的机械强度、在施工时承受施工拉力。

第3章

1、光与物质的作用形式有三种：受激吸收、自发辐射、受激辐射。

2、能够产生激光的工作物质，泵浦源，光学谐振腔。

3、当工作物质在泵浦源的作用下实现粒子数反转分布，即可产生自发辐射，当它遇到一个高能级上的粒子时，产生受激辐射。当受激辐射光在谐振腔内来回反射一次，相位的改变量正还是2π的整数倍时，则向同一方向传播的若干受激辐射光相互加强，产生谐振。达到一定强度后，就从部分反射镜M2透射出来，形成一束笔直的激光。

4、λGaAs=1.24／1.43=0.867nm λInGaAsP=1.24／0.96=1.292nm

5、相同点：都是光源，能发光，都是有源光器件。不同点：LED没有光学谐振腔，没有阈值特性，不能形成激光；仅限于自发辐射，是非相干光；通常与多模光纤耦合，用于小容量、短距离通信；LD有光学谐振腔、阈值特性；是受激辐射，、相干光；通常与单模光纤耦合，用于大容量、长距离通信；LED输出光功率较小，线谱宽度较宽，调制频率较低，LD恰恰相反，但LED性能稳定、寿命长、使用简单、输出光功率线性范围宽、制造工艺简单、价格低廉。

6、见书本P61

7、η=5.4×106／6×106=90% R=ηq／hv=ηqλ／hc=0.95A/W

8、相同点：都具有光放大作用，输入小，输出大。不同点：光放大器只能放大，没有消除干扰和噪声的作用，信号过程是光—光；光再生中继器除放大信号外，还具有信号整形、再生，对色散和损耗有减少作用，信号过程是光—电—光。

9、见书本P66图3-19。光隔离器的作用是使光的传输具有单向性，防止光反射

回原器件，改善增益、噪声系数、输出功率的性能。波分复用器的功能是将980/1550nm或1480/1550nm波长的泵浦光和信号光合路后送入掺铒光纤。光滤波器的作用是滤掉光放大器中工作带宽之外的噪声，以提高系统的信噪比。10、光纤连接器：用于光纤之间的连接。光衰减器：对光功率进行预定量的衰减。波长转换器：使信号从一个波长转换到另一个波长。

第4章

1、直接调制和间接调制两大类。

2、最大平均发送光功率与最小平均发送光功率之比为消光比。

3、见书本P83图4-3（b）

4、3种，分别是电光调制、声光调制、磁光调制。因为在高码数下采用内调制，会使光源的性能变坏，如使光源的动态谱线增宽，造成在传输时色散增加，从而使在光纤中所传脉冲波形展宽，限制了光纤的传输容量，所以在高码数强度—直接检波的光纤通信系统或外差光纤通信系统中，采用外调制方式。

5、当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲出现幅度逐渐衰减的振荡，称为弛张振荡。弛张振荡的后果是限制调制速率。当最高调制频率接近弛张振荡频率时，波形失真严重，会使光接收机在抽样判决时增加误码率，因此实际中最高调制频率应低于弛张振荡频率。某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出线持续等幅的高频振荡，这种现象称为自脉动现象。自脉动频率可达2GHz，严重影响LD的高速调制特性。

6、半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲和注人电流脉冲之间存在初始延迟时间，称为电光延迟时间。当电光延迟时间与数字调制的码元持续时间T / 2为相同数量级时，会使“0”码过后的第一个“l ”码的脉冲宽度变窄，幅度减小．严重时可能使单个“1”码丢失，这种现象称为码型效应。码型效应的特点是在脉冲序列中，较长的连“0 ”码后出现“1”码丢失，其脉冲明显变小而且连“0”码数目越多，调制速率越高，这种效应越明显．码消除方法是用适当的“过调制”补偿方法。

7、见书本P88图4-14

8、受到外界光照，产生量子噪声；暗电流；APD的雪崩倍增作用；前置放大器的热噪声。

9、-3 dBm，-12 dBm

10、Sr1=10lg(P max /10-3)= 10lg(0.1×10-3 /10-3)=－10dBm

Sr2=10lg(P mix/10-3)= 10lg(0.1×10-6/10-3)= －40dBm