光纤通信系统第三版-沈建华-机械工业出版社

《光纤通信》作业（2016.1.30 ）

1.1 光纤通信有哪些特点？

1、光纤通信的优点：

（1）传输容量大。（2）传输损耗小，中继距离长。（3）信号泄漏小，保密性好。（4）节省有色金属。（5）抗电磁干扰性能好。（6）重量轻，可挠性好，敷设方便。

2、光纤通信的缺点：

（1）抗拉强度低。（2）连接困难。（3）怕水。

1.2 简述光纤通信系统的主要组成部分。

光纤通信系统的主要组成部分为：（1）光纤光缆、（2）光源（光发送机）、（3）光检测器（光接收机）、（4）无源器件、（5）光放大器（光中继器）。

1.4 为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能

选择850nm、1310nm、1550nm 三种？

由于目前使用的光纤均为石英光纤，而石英光纤的损耗——波长特性中有三个低损耗的波长区，即波长为850nm、1310nm、1550nm 三个低损耗区。为此，光纤通信系统的工

作波长只能是选择在这三个波长窗口。

1.3 光纤传输信号产生能量衰减的原因是什么？光纤的

损耗系数对通信有什么影响？

1、光纤产生能量衰减的原因包括：（1）吸收、（2）散射和（3）辐射。

2、光纤的损耗系数会导致信号功率损失，造成信号接

收困难。

1.4 在一个光纤通信系统中，光源波长为1550nm ，光波经过5km 长的光纤线路传输后，其光功率下降了25%，则该光纤的损耗系数为多少？

1.5 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？

瑞利散射是由于光纤内部的密度不远匀引起的，从而使

折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还

要小。光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起

伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生了散射。

2、瑞利散射损耗的大小与成正比。

1.6光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影

响？

1、光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频

率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的传输信号畸

变的一种物理现象。

2、色散会导致传输光脉冲的展宽，继而引起码间干扰，增加误码。对于高速率长距离光纤通信系统而言，色散是限

制系统性能的主要因素之一。

1.7光纤中色散有几种？单模传输光纤中主要是什么色

散？多模传输光纤中主要存在什么色散？

1、从产生机理而言，光纤中的色散主要包括：（1）材料色散、（2）波导色散和（3）模式间色散。

2、单模光纤中主要是波导色散。

3、多模光纤中主要是模式间色散。

注：偏振模色散可以理解为是：特殊的模式色散，但在

速率较低的系统中影响较小。

1.8 何谓模式截止？光纤单模传输的条件是什么？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？

1、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。

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。

2、单模光纤传输条件：归一化频率 V ≤ 2.405

3、单模光纤中传输的是 LP01模，对应的矢量模是 HE11

模。

4、截止波长由下式计算：

11 模对应的矢量模是：T E

5、LP 01, TM 01, HE

21。

1.9比较半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的异同。LD有哪些特性？LED有哪些特性？

1、（1）、相同点：LD和LED都可以用作通信光源。

（2）、不同点：LD 原理是受激辐射，而LED是自发辐射。

2、LD有以下特性：LD是阈值器件，需要较完善的驱动和

外围的电路，其发出的光谱线窄，适宜于高速率系统。

3、LED有以下特性：LED没有阈值，结构简单，但其谱线

较宽，适用于要求较低的场合。

1.10为什么LD 要工作在正向偏置状态？何谓激光器的阈值

电流？激光器的阈值电流与激光器的使用温度、使用时间有

什么关系？

1、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。

2、激光器阈值电流是指：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。

3、激光器的阈值电流与温度和使用时间成正比关系。

1.11已知半导体材料GaAs（镓砷）的禁带宽度Eg=1.43ev，InGaAsP（铟镓砷磷）的Eg=0.96ev，分别求由这两种材料组

成的半导体激光器的发射波长。（普朗克常数h=6.626 ×

10-34J·S，1ev＝1.6×10-19J）

1、（1）镓砷GaAs组成的半导体激光器的发射频率为：

（2）、发射波长为：

2（、1）铟镓砷磷InGaAsP组成的半导体激光器的发射频率为：（2）发射波长为：

1.12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？

1、对LD驱动电路和偏置电路的要求是：

（1）输出的光脉冲峰值保持恒定。

（2）光脉冲的通断比应>>10。

（3）激光发射的时间必须远短于码无时间。

（4）采用阻尼电路以避免张弛振荡。

2、因为半导体激光器（LD）是阈值器件，只有外加驱

动电流超过阈值后，才能发出激光，为使得较小的数据电流

亦可产生足够的光输出，因此，需要加偏置电流。

3、偏置电流的选取原则是略小于阈值电流。

4、（1）偏置电流太小了，需要较大的数据电流才能满

足阈值条件。

（2）偏置电流太大了，会引起消光比性能下降，同

时，较高的电流也会产生较大的热量，以及寿命的缩短。