光纤通信课后习题解答光电检测器与光接收机习题解答
《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》第1章课后习题答案
习题一1．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-精选文档
光纤产生衰减的原因包括吸收、散射和辐射。衰 减会导致信号功率损失，造成接收困难。
α (1550nm)＝10lg(Pin/Pout)/L=10lg(4/3)/5≈0.25dB/km
1
Chap.2 No.2 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产 生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？
LD加正向偏置电压用以克服PN结中自建场的影 响，从而降低势垒，以形成粒子数反转分布。
激光器阈值电流指满足克服谐振腔内损耗而产生 激光的最小的外加激励电流。
激光器的阈值电流与温度和使用时间成正比关系 。
7
Chap.3 No.6 在光纤通信系统中对LD驱动电路和偏置电路有什么要
求？在LD驱动电路中为什么一定要加偏置电流？偏置电流应加多大才合 适？若偏置电流加得过大或过小对LD的调制特性会产生什么影响？
单模光纤中传输的是什么模式？其截止波长为多大？阶跃折射 率光纤中线性极化模LP11模对应的是什么矢量模？
对每一个传播模来说，在包层中它应该是衰减很大，不 能传输。如果一个传播模，在包层中不衰减，也就是表明该 模是传过包层而变成了辐射模，则就认为该传播模被截止了 。所以一个传播模在包层中的衰减常数W=0时，表示导模截 止。 单模光纤传输条件：归一化频率V≤2.4048
输入的最小平均光功率PR。 每个光脉冲的最低平均光子数n0。 每个光脉冲的最低平均能量Ed。 10lg(0.2μw/1mw)=10lg(2×10-4)=-36.99dBm 10lg(13.6nw/1mw)=10lg(1.36×10-4)=-48.67dBm -36.99-(-48.67)≈11.68dB 所以，灵敏度为-48.67dBm，动态范围为11.68dB。
光纤通信光检测器答案5
第五章习题
一、填空
1、光电检测器是完成（光/电转换）功能的有源器件，常用的光电检测器主要有（PIN光电二极管）和（APD雪崩光电二极管），为了使光电检测器还具有放大微弱信号功能以提高检测灵敏度一般将其与（场效应管-FET）配合使用。
2、光电检测器进行光电转换使基于（光电）效应，它的原理是：由于光的（受激吸收）（受激吸收/受激辐射/自发辐射）将（价带）（价带/导带/禁带）的电子激发到（导带）（导带/价带/禁带），产生光生载流子，受内建电场的作用，光生载流子两边漂移在载PN结两边形成电动势。
3、APD主要应用物理学中的（雪崩倍增）效应来提高光电的转换放大倍数的。
它的基本原理是：光子照射产生的（光生载流子）经过高压区的电场被加速，与晶体中的（原子）相碰撞，激发出新的（光生载流子），并且继续发生这样的碰撞电离，使得（载流子数目）迅速加大。
二、选择
1.PIN用于灵敏度要求（B）的地方，其价格（B）；APD 用于灵敏度要求（A）的地方，其价格（A）。
A 高
B 不高
2、对光检测器的基本要求是高的（A），低的（B）和快的（C）。
A 响应度
B 附加噪声
C 响应速度。
光纤通信课后习题解答-第6章--光电检测器和光接收机习题解答
习题解答1、在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器有哪些？它们分别使用于什么场合？答：在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器包括PINPD 和APD 两种，它们分别使用于短距离小容量光纤通信系统和长距离大容量光纤通信系统。
2、光电检测器是在什么偏置状态下工作的？为什么要工作在这样的状态下？答：光电检测器工作于负偏置状态。
只有工作于负偏置状态，才能使材料的受激吸收占据主导地位，从而完成光电变换功能。
3、在PINPD 中，I 层半导体材料的主要作用是什么？答：通过扩展受激吸收的区域提高光电变换的效率及通过一定的内建电场提高器件的响应速度。
4、简述PINPD 的工作原理。
答：当光照射到PIN 光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽区及耗尽区附近产生受激辐射现象，从而产生电子空穴对。
在外加电场作用下，这种光生载流子运动到电极。
当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电的变换过程。
5、在APD 中，一般雪崩倍增作用只能发生于哪个区域？答：高场区（即雪崩倍增区）。
6、简述APD 的工作原理。
答：当光照射到APD 的光敏面上时，由于受激吸收而在器件内产生出一次电子空穴对。
在外加电场作用下，一次电子空穴对运动到高场区，经过反复的碰撞电离过程而形成雪崩倍增现象，从而产生出大量的二次电子空穴对。
在外加电场的作用下，一次电子空穴对和二次电子空穴对一起运动到电极。
当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电变换过程。
7、光电检测器的响应度和量子效率有什么样的关系？这两个参数相互独立吗？答： 响应度从宏观角度描述光电检测器的光电变换效率，而量子效率则从微观角度描述光电检测器的光电变换效率。
所以，响应度和量子效率不是相互独立的参数。
8、光电检测器的暗电流由哪些部分组成？这些组成部分分别对PINPD 和APD 的暗电流有何影响？答：由表面暗电流和体内暗电流组成。
对于PINPD ，表面暗电流远大于体内暗电流。
哈工大光纤通信答案--第6章答案
第6章答案1.答：使用最大是两种类型的光电检测器：PIN光电二极管和雪崩光电二极管。
PIN光电二极管主要应用于短距离、小容量的光纤通信系统；雪崩光电二极管主要应用于长距离、大容量的光纤通信系统2.答：在外加反向电压状态下工作，原因如下：当PN结加反向电压时，由于外加电场的电压和空间电荷区的自建场的方向相同，使总的势垒增加，于是空间电荷区的载流子基本耗尽，称为耗尽区。
当入射光照射到PN结上、且光子能量hv大于半导体材料的禁带宽度Eg时，价带上的电子可以吸收光子而跃迁到导带，结果产生一对电子—空穴对。
如果这对电子—空穴对产生于耗尽区内，那么它就在外电场的作用下形成光电流。
4.答：光入射到光敏面，会在耗尽区和耗尽区附近产生受激吸收现象，从而产生电子空穴对，在外加电场作用下，在闭合电路中产生电流。
6.答：当光照射到雪崩二极管的光敏面上时，由于受激吸收而在器件内产生出一次电子空穴对。
在外加电场作用下，一次电子空穴对运动到高场区，经过反复的碰撞电离过程而形成雪崩倍增现象，从而产生出大量的二次电子空穴对。
在外加电场的作用下，一次电子空穴对和二次电子空穴对一起运动到电极。
当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电变换过程。
7.答：响应度ρ在一定波长的光照射下，光电检测器的平均输出电流与入射的平均光功率之比称为响应度(或响应率)。
量子效率η定义为通过结区的载流子数与入射的光子数之比。
响应度是器件的宏观灵敏特性，量子效率是器件的微观灵敏特性。
这两个参数之间有一个换算公式：8.答：主要由体内暗电流和表面暗电流组成。
PINPD的暗电流主要指表面暗电流；APD的暗电流主要指体内暗电流；APD的暗电流要大于PINPD的暗电流；/1.24ρηλ=系统具有最大信噪比时对应的倍增因子即是最佳倍增因子。
从下面的图形可发现：小于最佳倍增因子时，信号曲线斜率大于噪声曲线斜率，而大于最佳倍增因子后，情况相反。
12.答：实用的直接功率检测光接收机直接从接收的光信号中恢复调制信号；前置放大器的主要作用是低噪声接收；功率放大器的主要作用是将信号幅度放大到适合再生的电信号；均衡滤波器的作用是低通滤波和消除信号波形间的码间串扰；再生器的作用是将接收到的信号恢复成标准数字信号；AGC 电路的作用是稳定光接收机输出的信号幅度；高压变换器的作用是为APD 提供合适电压，同时调整平均倍增因子， 以便进一步稳定光接收机的输出信号幅度。
《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。
fkhjmAAA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，可以将光纤分为光纤（渐变型多模光纤）、光纤（常规单模光纤）、光纤（色散位移光纤）、光纤（截止波长光纤）和（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。
光纤通信光检测器答案5★
光纤通信光检测器答案5★第一篇：光纤通信光检测器答案5第五章习题一、填空1、光电检测器是完成（光/电转换）功能的有源器件，常用的光电检测器主要有（PIN光电二极管）和（APD雪崩光电二极管），为了使光电检测器还具有放大微弱信号功能以提高检测灵敏度一般将其与（场效应管-FET）配合使用。
2、光电检测器进行光电转换使基于（光电）效应，它的原理是：由于光的（受激吸收）（受激吸收/受激辐射/自发辐射）将（价带）（价带/导带/禁带）的电子激发到（导带）（导带/价带/禁带），产生光生载流子，受内建电场的作用，光生载流子两边漂移在载PN结两边形成电动势。
3、APD主要应用物理学中的（雪崩倍增）效应来提高光电的转换放大倍数的。
它的基本原理是：光子照射产生的（光生载流子）经过高压区的电场被加速，与晶体中的（原子）相碰撞，激发出新的（光生载流子），并且继续发生这样的碰撞电离，使得（载流子数目）迅速加大。
二、选择1.PIN用于灵敏度要求（B）的地方，其价格（B）；APD 用于灵敏度要求（A）的地方，其价格（A）。
A 高B 不高2、对光检测器的基本要求是高的（A），低的（B）和快的（C）。
A 响应度B 附加噪声C 响应速度第二篇：光纤通信技术试题及答案试题1《光纤通信技术》综合测试1一、(20分)填空题：光纤通信的主要优点有、、、、和。
2光纤的数值孔径是表示定义式为。
光纤损耗的理论极限值是由和一起构成的。
4激光器由、和三部分组成。
5光复用技术有：技术、技术、技术、技术和技术。
光接收机的主要指标是和。
二、（30分）选择题：目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是：[] A B C D 0.850.800.850.80、1.20、1.51、1.31、1.20、1.80、1.80、1.55、1.70 ；；。
下面说法正确的是：[]A 光纤通信只能用于数字通信，不能用于模拟通信；B 光纤通信不能用于数字通信，只能用于模拟通信；C 光纤通信即可以用于数字通信，也可用于模拟通信；D 光纤通信不能用于数字通信，也不能用于模拟通信。
光纤通信第7章课后习题答案
对于设计较好的光电二极管，与中等强度的接收光信号的散弹（量子）噪声相比，体暗电流和表面暗 电流产生的噪声很小。
因此在中等强度接收光信号条件下，系统噪声主要是光电二极管的量子噪声，此时 有：如果激光器的RIN 值很高，反射噪声将超过其他噪声项，成为起主要作用的噪声因素，于是载噪比为0.5(mRP)2RIN(RP)2 B eq习题七1 •商业级宽带接收机的等效电阻 75 。
保持发送机和接收机的参数和图 7.5的例子相同，在接收 机光功率围016dBm 时计算总载噪比，并画出相应的曲线。
类似于 7.2.2节的推导，推出其载噪比的极 限表达式。
证明当R eq 75时，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。
C 解：因为是PIN ，所以G 1，由2 2- 得到 N RIN (RP)2 B eq 2e(I P I D )G 2 XB eq 4kTF t B eq /R q0.5(mRGP)2 C 0.5(mRP)2N RIN(RP)2B eq 2e(I P I D )B eq 4kTF t B eq /R eq 再由一次光生电流I P RP ，得到 0.5(mRP)2C N RIN(RP)2 B eq 2eRPB eq 2eID B eq 4kTF t B eq /R eq 其中P 是光检测器接收到的平均光功率。
把参数 e 1.6 10 19C ， R 0.6A/W ， RIN 143dB/Hz ， B e q10MHz , I D 10nA , k 1.38 10 23 J / K , T 290K , R eq 75 , F t 3dB 代入上式，就得出 C/ N 随P 变化的关系曲 线方程。
当接收机的光功率较低时，系统的噪声主要是前置放大器电路的噪声，于是载噪比为 0.5(mRP)24kTF t B eq / R eq把 P OdBm1mW 代入可以求出其值。
OdBm0.5(mRP)22e(I P ID )B eq0.5(mRP)2 2ebB eq0.5(mRP)2 2eRPB ；qm 2RP 4eB eq1mW 代入可以求出其值。
《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]西电第二版课后习题答案
![[光纤通信]西电第二版课后习题答案](https://img.taocdn.com/s3/m/bd6217442af90242a895e5d3.png)
第一章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。
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2s i n 10∆==n NA φ 渐变型光纤的数值孔径 ()() 20-0s i n220∆===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。
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习题解答
1、在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器有哪些？它们分别使用于什么场合？
答：在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器包括PINPD 和APD 两种，它们分别使用于短距离小容量光纤通信系统和长距离大容量光纤通信系统。
2、光电检测器是在什么偏置状态下工作的？为什么要工作在这样的状态下？
答：光电检测器工作于负偏置状态。
只有工作于负偏置状态，才能使材料的受激吸收占据主导地位，从而完成光电变换功能。
3、在PINPD 中，I 层半导体材料的主要作用是什么？
答：通过扩展受激吸收的区域提高光电变换的效率及通过一定的内建电场提高器件的响应速度。
4、简述PINPD 的工作原理。
答：当光照射到PIN 光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽区及耗尽区附近产生受激辐射现象，从而产生电子空穴对。
在外加电场作用下，这种光生载流子运动到电极。
当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电的变换过程。
5、在APD 中，一般雪崩倍增作用只能发生于哪个区域？
答：高场区（即雪崩倍增区）。
6、简述APD 的工作原理。
答：当光照射到APD 的光敏面上时，由于受激吸收而在器件内产生出一次电子空穴对。
在外加电场作用下，一次电子空穴对运动到高场区，经过反复的碰撞电离过程而形成雪崩倍增现象，从而产生出大量的二次电子空穴对。
在外加电场的作用下，一次电子空穴对和二次电子空穴对一起运动到电极。
当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电变换过程。
7、光电检测器的响应度和量子效率有什么样的关系？这两个参数相互独立吗？
答： 响应度从宏观角度描述光电检测器的光电变换效率，而量子效率则从微观角度描述光电检测器的光电变换效率。
所以，响应度和量子效率不是相互独立的参数。
8、光电检测器的暗电流由哪些部分组成？这些组成部分分别对PINPD 和APD 的暗电流有何影响？
答：由表面暗电流和体内暗电流组成。
对于PINPD ，表面暗电流远大于体内暗电流。
对于APD ，由于倍增效应的存在，其体内暗电流远大于表面暗电流。
9、APD 的倍增因子是否越大越好？为什么？
答：当M <M OPT 时，随着M 的增加，系统的信噪比（S/N ）也随着增大；当M 增大到M OPT 时，系统的信噪比（S/N ）达到最大；如果M 再增大时，由于噪声功率N 的增加超过了信号功率S 的增加，使得系统的信噪比（S/N ）开始变小。
所以，在实际应用中倍增因子并24
.1ηλρ=
不是越大越好，而是应该取最佳值。
10、在非相干检测方式或直接功率检测方式中，什么说光电检测器实际是一个平方率检测器？若光接收机接收的光信号电场为：
试用理论证明之。
答：在非相干检测方式或直接功率检测方式中，实际上是从解调信号的平方项中接收有用信号的。
所以，常常称光电检测器为平方率检测器。
从推导过程可以看出，有用信号是从平方项而来的。
所以说，光电检测器实际是一个平方率检测器。
11、主要有哪些类型的相干检测方式？
答：非相干检测方式和相干检测方式。
12、试画出光接收机的方框组成，并说明各部分的作用。
答：
光电检测器的主要作用是将接收的光信号变换成包括基本调制信号分量的电信号；前置放大器的主要作用是低噪声接收；功率放大器（又称为主放大器）主要作用是信号幅度放大到适合再生的电信号；均衡滤波器作用是低通滤波和将信号波形变换成无码间干扰的信号波形；再生器的作用是将接收的信号恢复成标准数字信号；AGC 电路主要作用是稳定光接收机输出的信号幅度；高压变换器是为APD 提供合适的电压（同时通过调整平均倍增因子大小，来进一步稳定光接收机的输出信号幅度）。
13、光接收机有哪些主要指标？它们的定义是什么？
答：光纤通信系统主要包括光接收机灵敏度和光接收机动态范围两个指标。
所谓光接收机灵敏度，是指在一定误码率或信噪比（有时还要加上信号波形失真量）[]t t mx K t e c T R ωcos )(1)(2/1+=()()()()[]{()[]}[]{[]}[]t E t t Dx t t mx C t Bmx A t t mx K t t mx t t mx K t t mx K t e t e t y c c c c T c c T c T R
R PD ωωωωαωααωαωαααααcos 2cos )(cos )(1)(2cos 2121)(1cos )(1cos 1cos 12/1222/1102222/1102210+++++=⎪⎭⎫ ⎝⎛-++++=++++=++=光电检测器 直接功率检测方式原理组成 前置放大器 功率放大器 均衡滤波器 再生器 AGC 电路 高压变换器
条件下光接收机需要接收的最小平均光功率。
而光接收机动态范围，是指在一定误码率或信噪比（有时还要加上信号波形失真量）条件下光接收机允许的光信号平均光功率的变化范围。
14、出现在光电检测器上的噪声有哪些？哪些是属于光电检测器本身产生的噪声？
答：光电检测器上的噪声包括光检测噪声（有可能与信号强度相关的噪声）、暗电流噪声及背景辐射噪声。
光检测噪声和暗电流噪声属于光电检测器本身产生的噪声。
15、为什么经过噪声处理后，光接收机的放大器通道可以看成线性通道？
答：在噪声分析中，光接收机放大器的噪声已经归类到前置放大器。
所以，光接收机的放大器通道可以看成线性通道。
16、为了避免使用烦琐费时的数值计算技术，在计算误码率时通常将概率密度函数近似为什么函数？
答：为了简化计算，一般均将概率密度函数近似成高斯函数来进行相应的分析。
17、什么是理想光接收机？为什么理想光接收机的灵敏度又称为理想光接收机的量子极限？
答：光电检测器暗电流为零、放大器无噪声和系统带宽无限大的光接收机称为理想光接收机。
因为理想光接收机灵敏度仅仅受到光检测器量子噪声的影响，所以又称为理想光接收机的量子极限。
18、影响光接收机灵敏度的主要因素有哪些？
答：输入和输出信号波形、非理想均衡滤波、直流光和背景光和判决阈值等。