光纤习题详解word

度不同而引起的传输信号畸变的一种物理现象。
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。
8 Chap.2 No.4 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？
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从产生机理而言，光纤中的色散主要包括材料色散、波导色散和模式间色散。
截止波长由下式计算
c
2 a n12
2.405
n22
LP11 模对应的矢量模是 TE01，TM01，HE21。
12 Chap.2 No.8 由光源发出的λ＝1.31μm 的光，……光纤中导模的数量为多少？若……其导 模的数量为多少？ 根据归一化频率计算公式 V＝8.85 根据 p.47 公式 2-137 和 2-138 计算可得
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Chap.2 No.13 光谱线宽度为 1.5nm 的光脉冲经过长为 20km，色散系数为 3ps/km·nm 的
单模光纤传输后，光脉冲被展宽了多少？
根据色散系数的定义可知，此情况下光脉冲的展宽为
1.5nm×3ps/km·nm×20km=90nm。
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Chap.2 No.14 为什么 G.653 光纤不适合于波分复用系统使用？
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Chap.1 No.1 光纤通信有哪些优点？
参见 1.2.1。
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Chap.1 No.2
比较五代光纤通信系统的主要特点与差别。
参见 1.1，注意各代系统在传输容量和关键技术上的区别。
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Chap.1 No.3
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
半导体发光二极管（LED）有那些特性？
LD 和 LED 都可以用作通信光源。LD 原理是受激辐射，而 LED 是自发辐射。
LD 是阈值器件，需要较完善的驱动和外围电路，其发出的光谱线窄，适宜于高
速率系统；
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。
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Chap.3 No.2 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
单模光纤中主要是波导色散；
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。
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Chap.2 No.5 单模光纤的基本参数截止波长，模场直径的含义是什么？
截止波长、模场直径的概念和含义分别参见 2.4.1 和 2.4.2。
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Chap.2 No.6 目前光纤通信为什么只选用以下三个波长段：λ＝850nm，λ＝1310nm，λ
对于阶跃型，导模数量为V 2 2
2
V 4 2
对于渐变型，导模数量为
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Chap.2 No.9 一光线在离折射率分布为……，求（1）光线入射点的Leabharlann Baidu值孔径；（2）理论最
大数值孔径。
参见 2.5.2，最论数值孔径为
入射点处局部数值孔径为
NAt,max n2 (0) n2 (a)
NA(r) n2 (r) n2 (a)
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Chap.2 No.10 某阶跃折射率光纤的参数为……试问该入射光线在光纤中是成为传导模还
是辐射模？为什么？
此题包括光在空气与纤芯分界面以及纤芯与包层分界面两次反射，可以先由纤芯
/包层分界面全反射条件求出临界角，再利用三角关系计算入射角，或直接利用公式
将 n1＝1.5，n2＝1.485 代 入
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≤2.405
单模光纤中传输的是 LP01 模，对应的矢量模是 HE11 模。
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。瑞利散射损耗的大小与
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成正比。
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Chap.2 No.3 光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？
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
可知，最大接收角为 12.22°，而入射角大于临界角，所以入射光纤不满足全反射条件，
不能传输，是辐射模。
n0 sina n12 n22
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Chap.2 No.12 已知光纤参数为：n1＝1.45，Δ＝0.01，λ＝1.31μm，估算光纤的模场直径。
参见 2.4.2，可知数值孔径的均值为
NAt = n1 2Δ = 0.205
参见 2.6.4 和 2.6.5，由于 G.653 光纤在 1550nm 工作波长处具有最低色散（零
色散），多信道（波分复用）系统使用时易引起四波混频效应，影响系统的性能，所以
G.653 光纤不适合于波分复用系统使用。
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Chap.3 No.1 比较半导体激光器和发光二极管的异同。半导体激光器（LD）有哪些特性？
＝1550nm？
因为目前使用的光纤材料是石英（SiO2），而石英光纤在 850nm、1310nm 和
1550nm 三处具有较小的传输损耗，适宜作为传输窗口。所以目前的光纤通信系统基本
上都使用这三个波长。
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Chap.2 No.7 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？
系数α为多少？
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
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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？
瑞利散射是由于光纤部的密度不均匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均匀，
种。
参见 1.3.2，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。
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Chap.2 No.1 光纤产生衰减的原因是什么？衰减对通信有什么影响？……则该光纤的衰减