光纤通信简明教程课后思考题答案-原荣

1-1 用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出

答：1966年7月英籍华人高锟提出用光导纤维可进行通信。

1-2 光纤通信有哪些优点

光纤通信具有许多独特的优点，他们是：

1. 频带宽、传输容量大；

2. 损耗小、中继距离长；

3. 重量轻、体积小；

4. 抗电磁干扰性能好；

5. 泄漏小、保密性好；

6．节约金属材料，有利于资源合理使用。

1-3 简述光纤通信系统的分构成及各部分的作用

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）。

1-4光纤通信系统结构分类

a) 点对点b) 一点对多点c) 网络

1-5 光纤通信网络分类

依据网径的大小可分为宽域网(WAN)、城域网(MAN)和局域网(LAN）) 光的本质是什么，什么是相位差？

光是一种电磁波，即由密切相关的电场和磁场交替变化形成的一种偏振横波，它是电波

和磁波的结合。它的电场和磁场随时间不断地变化，分别用E x 和H y 表示，在空间沿着z 方向并与z 方向垂直向前传播，这种波称为行波

假如波沿着z 方向依波矢量k 传播，如式（1.5.1）所示，被

z ∆分开的两点间的相位差φ∆可用k z ∆简单表示，因为对于每一点t ω是相同的。假如相位差是0或2π 的整数倍，则两个点是同相位，于是相位差φ∆可表示为

k z

φ∆=∆ 或 2z φλπ∆∆=

2-1简述光纤的结构 光纤由玻璃（石英SiO2）制成的纤芯和包层组成，为了保护光纤，包层外面还增加尼龙外层。纤芯材料主要成分为掺杂的二氧化硅（SiO2），纯度达99.999 %，其余成分为极少量的掺杂剂如二氧化锗（GeO2）等，以提高纤芯的折射率。

2-2 由折射率的径向分布分为阶跃和渐变

2-3实用的单模和多模

2-4 多模光纤有哪两种？单模光纤又有哪几种

答：

单模光纤有G.652、G .653、G .654、G.655、G .656、G.657光纤和色散补偿光纤。

2-5 光纤从折射率较大的介质以不同的入射角进入折射率较小的介质时，会出现哪三种不同的情况？

2-6解释光纤传光原理

射线理论认为，光在光纤中传播主要是依据全反射原理。光线垂直光线端面射入，并与光纤轴心线重合时，光线沿轴心线向前传播。光的传播就是通过电场、磁场的状态随时间变化的规律表现出来。

2-7 光纤的传输特性用哪几个参数表示

答：单模光纤的传输特性有衰减、色散和带宽。在传输高强度功率条件下，则还要考虑光纤的非线性光学效应。

2-8 什么是光纤的色散？对通信有何影响？多模光纤的色散由什么色散决定？单模光纤色散又有什么色散决定

答：色散是由于不同成分的光信号在光纤中传输时，因群速度不同产生不同的时间延迟而引起的一种物理效应。光信号分量包括发送信号调制和光源谱宽中的频率分量，以及光纤中的不同模式分量。如果信号是模拟调制，色散限制了带宽。如果信号是数字脉冲，色散使脉冲展宽。

对于多模光纤，主要是模式色散。对于单模光纤，由于只有一个模式在光纤中传输，所以不存在模式色散，只有色度色散和偏振模色散。对于制造良好的单模光纤，偏振模色散最小。在DWDM和OTDM系统中，随着光纤传输速率的提高，高阶色散也必须考虑。

2-9 G.652光纤在1.3 μm的损耗是多少？

答：G.652光纤在1.3 μm波段的损耗较大，为0.3~0.4 dB/km。

2-10造成光纤传输损耗的主要因素有哪些？哪些是可以改善的？最小损

耗在什么波长范围内

答：引起衰减的原因是光纤对光能量的吸收损耗、散射损耗和辐射损耗，如图2.3.1所示。光纤是熔融SiO2制成的，光信号在光纤中传输时，由于吸收、散射和波导缺陷等机理产生功率损耗，从而引起衰减。吸收损耗有纯SiO2材料引起的内部吸收和杂质引起的外部吸收。内部吸收是由于构成SiO2的离子晶格在光波（电磁波）的作用下发生振动损失的能量。外部吸收主要由OH离子杂质引起。散射损耗主要由瑞利散射引起。瑞利散射是由在光纤制造过程中材料密度的不均匀（造成折射率不均匀）产生的。

3-1 连接器和跳线的作用是什么？接头的作用又是什么

答：连接器是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸（活动）连接的器件。跳线用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连，以构成光纤传输系统。接头是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性（固定）连接。接头用于相邻两根光缆（纤）之间的连接，以形成长距离光缆线路。

3-2 耦合器的作用是什么？它有哪几种

耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。耦合器有T形耦合器、星形耦合器、方向耦合器和波分耦合器。

3-3 光滤波器的定义及作用

光滤波器是从包含多个波长的输入信号中提取出所需要波长的信号，功能是从许多不同频率的输入光信号中，选择出一个特定频率的光信号。可分为干涉型、衍射型和吸收型三类

3-4 法布里玻罗（FP）滤波器的构成和工作原理

由两块平行镜面组成的谐振腔构成，一块镜面固定，另一块可移动，以改变谐振腔的长度。镜面是经过精细加工并镀有金属反射膜或多层介质膜的玻璃板。

一束光入射进法布里-珀罗谐振腔，谐振腔由部分反射和透射的两个相互平行的平板镜组成，因此入射光的一部分进入腔长为L的谐振腔。只有特定腔模的光才能在腔内建立起振荡，其他波长的光因产生相消干涉而不能存在。于是，假如入射光中有一个波长的光与谐振腔中的一个腔模对应，它就可以在腔内维持振荡，并有一部分光从右边反射镜透射出去，变成输出光。

3-5 简述马赫-曾德尔干涉滤波器构成和工作原理

由两个3 dB耦合器串联组成一个马赫-曾德尔干涉仪，干涉仪的两臂长度不等，光程差为 ΔL 。

马赫-曾德尔干涉滤波器的原理是基于两个相干单色光经过不同

的光程传输后的干涉理论。

3-6 波分复用/解复用器的作用

波分复用器(WDM)的功能是把多个不同波长的发射机输出的光

信号复合在一起,并注入到一根光纤。解复用器的功能与波分复用器正好相反。

3-7阵列波导光栅（AWG）复用/解复用器工作原理

AWG光栅工作原理是基于马赫-曾德尔干涉仪的原理，即两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。