《光纤通信系统及其应用》课后习题-(1)教学教材

《光纤通信系统及其应用》课后习题-(1)

《光纤通信系统及其应用》课后习题

第一章

1.1实现光纤通信的关键器件与技术是什么？

答：（1）低损耗、宽带宽的光纤。

（2）高可靠性、长寿命的光源及高响应的光检测器件。

（3）光测量及光纤连接技术。

1.2光纤通信使用光源的波长范围是什么？

答：在近红外区内，即0.8~1.8um。

长波： 1.31 1.55 短波：0.85um

1.4数字光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分的作用。

用光纤传输信息的过程大致是这样的，在发送端，把用户要传送的信号

（如声音）变为电信号，然后使光源发出的光强随电信号变化，这个过程称为

调制，它把电信号变为光信号，最后用光纤把该光信号传送到远方；

在接收端，用光电探测器接收光信号，并把光信号还原为携带用户信息（如声

音）的电信号，这个过程称为解调，最后再变成用户能理解的信息（如声

音）。

1.5模拟光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分的作用。

第二章

2.1均匀光纤芯与包层的折射率分别为1n=1.50，2n=1.45，试计算：

（1）光纤芯与包层的相对折射率差 ；

（2）光纤的数值孔径NA。

2.2在阶跃折射率光纤中，1n=1.52，2n=1.49。

n=1.33），求光从水中入射到光纤输入端面的最大（1）光纤浸在水中（0

接收角；

（2）光纤放置在空气中，求数值孔径。

2.4 光纤通信为什么用0.85m μ，0.85m μ，0.85m μ三个工作波长？

答 λ1=0.85μm ，λ2=1.31μm ，λ3=1.55μm 附近是光纤传输损耗较少或最小的波长“窗口”，相应的损耗分别为2~3dB/km 、0.5 dB/km 、0.2 dB/km ，而在这些波段目前有成熟的光器件（光源、光检测器等）。

2.5 光纤的损耗机理及危害是什么？

答：损耗机理：主要有吸收损耗、散射损耗及辐射损耗。

辐射损耗：光线弯曲到一定曲率半径时就会产生辐射损耗

吸收损耗:光波通过光纤材料时，有一部分的光被光纤中的杂质或是OH 离子吸收转化为热能

散射损耗：光纤的密度和折射率分布不均及结构上的不完善导致散射损耗 危害：由于损耗的存在，在光纤中传输的光信号幅度减小。光纤损耗是光纤传输系统中中继距离的主要限制因素之一。

2.6 光纤的色散机理及危害是什么？

答：色散机理：由于光纤中所传信号的不同频率成分或不同模式成分，在传播的过程中因群速度不同互相散开，并且造成它们到达光纤终端的时间各不相同，从而引起传输信号波形失真、脉冲展宽。光线的色散，主要有材料色散、波导色散和模式色散。

危害：由于信号的各频率成分和各模式成分的传输速度不同，当它在光纤中传输一定的距离后，将互相散开，致使光脉冲展宽。若脉冲展宽过大将会造成码间干扰，从而使误码率增加，通信质量下降。由于脉冲宽度与频带宽度成反比，脉冲展宽越大，表示带宽能力越小。

2.7 光缆的主要结构是什么？

答：光纤芯线、护套和加强部件。

第三章

3.1 设激光器的高能级和低能级的能量各为2E 和1E ，频率为f ，相应能级上的粒子密度各为2N 和1N 。

（1）当f =3000MHz ，T =300K 时，计算2N /1N ；

（2）当λ=1m μ，T =300K 时，计算2N /1N ；

（3）当λ=1m μ时，若2N /1N =0.1，计算环境温度T 。

3.2 一半导体激光器，谐振腔长l =300m μ，工作物质的损耗系数α=11-mm ，谐振腔两镜面的反射率1R =0.33，2R =1，求：

（1）阈值时的增益系数th g ；

（2）当2R 由0.33增加到1时，激光器的阈值电流如何变化？

例题：

3.3半导体激光器发光的基本条件是什么？

答：向半导体P-N结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡输出激光。

3.4 能级跃迁有哪几种形式？

答：热跃迁、光跃迁（自发发射、受激辐射、受激吸收）。

3.6半导体激光器有哪些特征？

3.7半导体激光器有哪些基本结构？

3.9光电探测器的基本原理是什么？

3.11光电探测器的主要特性是什么？

答：（1）要有高的光电转化效率，或者具有高的增益因子。

（2）对应于使用波长的光波，要有高的灵敏度，即响应度要高。

（3）要有足够宽的带宽，即检测器输出的电信号能不失真地反映出接受的光信号。

（4）要求稳定、可靠、便宜。

3.17无源光器件的种类有哪些？

答：无源光器件大致可分为连接用的部件和功能性部件两大类。

连接用的部件有各种光连接器，它们不仅可用做光纤和光纤的连接，而且还可以组成功能部件及设备的一部分，用于部件（设备）和光纤、或部件（设备）和部件（设备）的连接。

功能性部件有分路器、耦合器、光分波合波器、光衰减器、光开关和光隔离器等，它们主要用于光的分路、耦合、复用、衰减、开关、防反射等方面。

第四章

4.1数字信号调制半导体激光器时，直流偏置应如何设置？

正向偏压

4.2数字信号调制发光二极管时，直流偏置应如何设置？

正向偏压

4.3 什么是半导体激光器的瞬态特性？

4.6现有码流信号为1101 1001 0001 0010 1111 0110，采用8B1P编码方式，请分别给出P为奇校验码和偶校验码时的码流信号。

答：（1）P为奇校验码：

8B码11011001 00010010 11110110

8B1P码110110010 000100101 111101101

（2）P为偶校验码：

8B1P码110110011 000100100 111101100

4.7现有码流信号为1101 1001 0001 0010 1111 0110，采用4B1C编码方式，请给出编码后的码流信号。

答：4B码1101 1001 0001 0010 1111 0110

4B1码 11010 10010 00010 00101 11110 01101

4.8有一数字光纤通信系统，传输速率为34.368Mbit/s，采用4B1H编码方式，其帧长为160bit。

（1）线路编码后的码速为多少？

（2）帧频为多少？

（3）最大连“0”数为多少？

答：(1)34.368Mbit/s ×（5/4）=42.960Mbit/s

（2）42.960Mbit/s÷160bit=268.5KHz

（3）10