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1、现代光纤通信复习资料光纤复习重点n形式：闭卷形式：闭卷n时长：时长：120分钟分钟n题型及分数分配题型及分数分配n选择题（选择题（10小题，小题，10分）分）n填空题（填空题（20小题，小题，20分）分）n名词解释（名词解释（5小题，小题，20分）分）n简答（简答（4小题，小题，20分）分）n画图（画图（1小题，小题，5分）分）n计算（计算（3小题，小题，25分）分）关于考试关于考试n各章分数分配各章分数分配n第一章第一章 绪论绪论6%n第二章第二章 光纤传输基本理论光纤传输基本理论19%n第三章第三章 通信用光器件通信用光器件12%n第四章第四章 光端机光端机13%n第五章第五章 数字光纤通
2、信系统数字光纤通信系统20%关于考试关于考试n各章分数分配各章分数分配n第六章第六章 模拟光纤通信系统模拟光纤通信系统5%n第七章第七章 光纤通信系统总体设计光纤通信系统总体设计12%n第八章第八章 光纤通信网光纤通信网9%n第九章第九章 光纤通信新技术光纤通信新技术4%关于考试关于考试n光纤通信的概念和优缺点；光纤通信的概念和优缺点；n光纤通信系统的组成？及各部分的作用；光纤通信系统的组成？及各部分的作用；n光发射机的两种调制方式；光发射机的两种调制方式；复习大纲复习大纲n光纤结构和类型：光纤结构和类型：n光纤的结构；光纤的结构；n光线在纤芯内有效限制的原理；光线在纤芯内有效限制的原理；n相
3、对折射率差，代表的意义；相对折射率差，代表的意义；n光纤的类型，各自特点；光纤的类型，各自特点；n光纤传输原理光纤传输原理几何光学方法几何光学方法概念：数值孔径，子午光线，光纤的时间延迟，自聚概念：数值孔径，子午光线，光纤的时间延迟，自聚焦效应；焦效应；计算：光纤数值孔径和时间延迟的计算。计算：光纤数值孔径和时间延迟的计算。掌握数值孔径和时间延迟的概念，所描述的光纤特性；掌握数值孔径和时间延迟的概念，所描述的光纤特性；阶跃光纤，渐变光纤；阶跃光纤，渐变光纤；n光纤传输原理光纤传输原理波动光学方法波动光学方法n概念：光波模式：概念：光波模式：是指能够独立存在的电磁场的分布是指能够独立存在的电磁场
4、的分布结构形式；结构形式；横磁（电）模；波导基模横磁（电）模；波导基模(HE11模模,或称或称LP01模模)；模式截止；单模条件；截止波长；模式截止；单模条件；截止波长；n计算：单模条件，截止波长（截止频率）；计算：单模条件，截止波长（截止频率）；n光纤传输特性光纤传输特性n色散：概念；色散种类，色散对传输的影响；色散系色散：概念；色散种类，色散对传输的影响；色散系数数(定义，单位，计算，各光纤的典型值定义，单位，计算，各光纤的典型值)n损耗：概念，引起损耗的因素；损耗对传输的影响；损耗：概念，引起损耗的因素；损耗对传输的影响；色散系数（定义，单位，计算，典型值）色散系数（定义，单位，计算，典
5、型值）nITU-T光纤分类标准和应用光纤分类标准和应用n光缆：结构和类型光缆：结构和类型n无源器件种类，作用，特性要求；工作原理；无源器件种类，作用，特性要求；工作原理；n光源光源功能，常用种类；功能，常用种类；n半导体激光器的工作原理和产生激光的条件；半导体激光器的工作原理和产生激光的条件；n概念：受激吸收，受激辐射，自发辐射，粒子数概念：受激吸收，受激辐射，自发辐射，粒子数反转；反转；PN结；谐振条件；激光振荡；半导体激光结；谐振条件；激光振荡；半导体激光器的基本结构，主要特性；器的基本结构，主要特性；n半导体激光器起振的阈值条件；半导体激光器起振的阈值条件；n半导体激光器起振的相位条件；
6、半导体激光器起振的相位条件；n实际使用中为什么总是用热电致冷器对激光器进实际使用中为什么总是用热电致冷器对激光器进行冷却和温度控制？行冷却和温度控制？nDFB激光器的工作原理；激光器的工作原理；nLED的特点；的特点；nLED与与LD的主要异同点；的主要异同点；n光检测器光检测器功能，常用种类，两者的主要区别；功能，常用种类，两者的主要区别；n概念：耗尽层；光电检测的响应时间；量子效率；概念：耗尽层；光电检测的响应时间；量子效率；渡越时间；倍增效应；渡越时间；倍增效应；n光电二极管的工作原理；光电二极管的工作原理；nAPD的工作原理；的工作原理；n光探测器的作用是什么光探测器的作用是什么?n光
7、纤通信中最常用的光电检测器是哪两种？光纤通信中最常用的光电检测器是哪两种？nPIN和和APD探测器的主要区别是什么探测器的主要区别是什么?nPIN光电二极管和光电二极管和APD雪崩光电二极管的结构和性能雪崩光电二极管的结构和性能特点，并比较异同。特点，并比较异同。nPIN光电二极管响应度和量子效率光电二极管响应度和量子效率 关系，接收带宽关系，接收带宽(截止频率截止频率)与哪些因素有关？与哪些因素有关？n光发射机光发射机n功能，调制方式，组成（框图）；功能，调制方式，组成（框图）；n光发射机对光源的要求；光发射机对光源的要求；nLD高速调制下的不良现象，造成的影响，形成的高速调制下的不良现象，
8、造成的影响，形成的原因；解决的措施；原因；解决的措施；n调制电路；自动控制电路；调制电路；自动控制电路；n概念：电光延迟，弛张振荡，自脉动；概念：电光延迟，弛张振荡，自脉动；n主要性能指标；主要性能指标；n光接收机光接收机n功能，主要性能指标；组成（框图）及各部分的功能、功能，主要性能指标；组成（框图）及各部分的功能、作用以及提高接收性能的要求；作用以及提高接收性能的要求；n光接收机的噪声来源与种类；光接收机的噪声来源与种类；n概念：量子噪声，暗电流，接收灵敏度，动态范围，概念：量子噪声，暗电流，接收灵敏度，动态范围，量子极限；量子极限；n线路编码线路编码n必要性；必要性；n选择线路码型需要考
9、虑的因素；选择线路码型需要考虑的因素；n线路编码的种类（小类），编码原理，各自的优缺点；线路编码的种类（小类），编码原理，各自的优缺点；n光发射机的功能：光发射机的功能：E/O转换；到光纤的光耦合。转换；到光纤的光耦合。n光源的调制方式；光源的调制方式；n光源光源LD/LED:瞬态特性引起的现象瞬态特性引起的现象n电光延迟电光延迟n弛张震荡弛张震荡n自脉动现象自脉动现象产生的原因、造成的影响、解决的方法。产生的原因、造成的影响、解决的方法。n电流开关电路电流开关电路n温度形成的影响温度形成的影响APC、ATCn光接收机的功能：光接收机的功能：O/E转换；放大、整形、再生。转换；放大、整形、再生
10、。n光接收机的主要性能指标：灵敏度、动态范围。光接收机的主要性能指标：灵敏度、动态范围。n光接收机的组成：前端光接收机的组成：前端+线路传输线路传输+抽判。抽判。n线路编码：扰码，线路编码：扰码，mBnB码，插入码。码，插入码。nLD产生产生电光延迟、弛张振荡、自脉动电光延迟、弛张振荡、自脉动的机理是什么？其的机理是什么？其危害是什么？如何消除这两种现象？危害是什么？如何消除这两种现象？nLD电路中为何设置功率自动控制电路中为何设置功率自动控制APC和自动温度控制和自动温度控制ATC电路？控制是如何实现的？电路？控制是如何实现的？n光发射机的光发射机的调制方式调制方式有哪些类型？各自的优缺点是
11、什么？有哪些类型？各自的优缺点是什么？n数字光接收机中数字光接收机中均衡滤波器均衡滤波器的作用是什么？的作用是什么？n光接收机中的光接收机中的噪声噪声有哪几种？有哪几种？n数字光接收机的数字光接收机的量子极限量子极限的含义。的含义。n数字光纤通信系统数字光纤通信系统选择传输码型选择传输码型需考虑的需考虑的因素因素有哪些？有哪些？n光纤通信中常用线路码型有哪几种？光纤通信中常用线路码型有哪几种？n两种传输体制两种传输体制nPDH，速率，缺点；，速率，缺点；nSDH网络的构成；与网络的构成；与PDH相比的特点；主要优相比的特点；主要优点，核心特征；点，核心特征；n帧结构（结构图，标注，帧结构（结构
12、图，标注，STM-1(STM-N)），组），组成部分，各部分在帧结构中的位置，字节数；成部分，各部分在帧结构中的位置，字节数；STM-N（N=1,4,16）的传输速率，每一帧的字节）的传输速率，每一帧的字节数，帧周期，单位时间传输帧数目；数，帧周期，单位时间传输帧数目；n概念：段开销（两部分），管理指针，信息载荷；概念：段开销（两部分），管理指针，信息载荷；nSDH各组成部分：各组成部分：TM，ADM，DXC(X/Y)，光纤，光纤线路线路nSDH环网的优点：网络自愈（概念）；环网的优点：网络自愈（概念）；n系统设计系统设计中继距离设计中继距离设计n损耗限制的中继距离损耗限制的中继距离计算计算n
13、色散限制的中继距离色散限制的中继距离计算计算一、填空题一、填空题1、（、（）辐射是半导体激光器的基本工作原理。）辐射是半导体激光器的基本工作原理。受激受激 2、半导体激光器产生稳定的激光振荡必须满足一定的条件，、半导体激光器产生稳定的激光振荡必须满足一定的条件，即阈值（或者振幅）条件和（即阈值（或者振幅）条件和（）条件。）条件。3、发光二极管是非相干光源，它基本工作原理是（、发光二极管是非相干光源，它基本工作原理是（）辐射。）辐射。4、半导体激光器是一种（、半导体激光器是一种（）构成的二极管结构。）构成的二极管结构。5、受激辐射过程实质上是对外来入射光的（、受激辐射过程实质上是对外来入射光的（
14、）过程）过程6、受激辐射产生的光子与感应光子是全同光子，不仅频率相同，、受激辐射产生的光子与感应光子是全同光子，不仅频率相同，而且（而且（）、（）、（）、（）、（）都相同，故它们是）都相同，故它们是相干的。相干的。7、目前光通信光源、目前光通信光源：（：（）、（）、（）。）。8、半导体激光器的、半导体激光器的P-I特性是指它的特性是指它的（）随（）随（）的变化关系。）的变化关系。相位相位自发自发PN结结放大放大相位相位偏振方向偏振方向传播方向传播方向LDLED输出功率输出功率P注入电流注入电流I部分章节习题解答部分章节习题解答9、有源区是实现（、有源区是实现（）、（）、（）的区域。）的区域。1
15、0、光波导的实现两种技术是（、光波导的实现两种技术是（）和（）和（）。）。11、激光器的发射波长主要由（）决定。、激光器的发射波长主要由（）决定。1 2、激光器的横模决定了输出光束的（）分布。、激光器的横模决定了输出光束的（）分布。13、由、由P-I关系法测量激光器的阈值电流有三种做法关系法测量激光器的阈值电流有三种做法（）、）、（）和（）和（）。）。14、激光器阈值电流随温度的升高而（、激光器阈值电流随温度的升高而（）。（选）。（选“加大加大”还还是是“减小减小”）。）。15、边模抑制比（、边模抑制比（SSR）是指发射光谱中，在规定的输出功率和规）是指发射光谱中，在规定的输出功率和规定的调制
16、是（定的调制是（）强度与（）强度与（）强度之比。）强度之比。粒子数反转分布粒子数反转分布光增益光增益增益导引增益导引折射率导引折射率导引光栅周期光栅周期空间空间反向延长法反向延长法双斜率法双斜率法二阶求导法二阶求导法加大加大最高光谱峰值最高光谱峰值次高光谱峰值次高光谱峰值二、不定选择题二、不定选择题1 1、为了获得高辐射度，发光二极管一般采用（、为了获得高辐射度，发光二极管一般采用（）结构。）结构。A A、多同质、多同质 B B、双同质、双同质 C C、多异质、多异质 D D、双异质、双异质2 2、发光二极管的远场特性是距离器件输出端面一定距离的光束、发光二极管的远场特性是距离器件输出端面一定
17、距离的光束在（在（）的分布。）的分布。A A、时间上、时间上 B B、空间上、空间上 C C、磁场上、磁场上 D D、电场上、电场上3 3、光纤通信中，光源的间接调制是利用晶体的（、光纤通信中，光源的间接调制是利用晶体的（）等）等性质来实现对激光辐射调制。性质来实现对激光辐射调制。A A、电光效应电光效应 B B、磁光效应、磁光效应 C C、声光效应、声光效应 D D、场光效应、场光效应4 4、在光纤数字通信系统中，光发送机主要有（、在光纤数字通信系统中，光发送机主要有（）、光）、光源及其控制电路。源及其控制电路。A A、输入接口、输入接口 B B、线路编码、线路编码 C C、调制电路、调制电
18、路 D D、输出接口、输出接口DBABCABC5 5、光与物质的相互作用有自发辐射、受激吸收、受激辐射三、光与物质的相互作用有自发辐射、受激吸收、受激辐射三种过程。下面说法正确的是：（种过程。下面说法正确的是：（）A A、受激吸收是产生激光的最重要的过程；、受激吸收是产生激光的最重要的过程；B B、自发辐射的光称为相干光；、自发辐射的光称为相干光；C C、自发辐射是产生激光的最重要的过程；、自发辐射是产生激光的最重要的过程；D D、受激辐射是产生激光的最重要的过程。、受激辐射是产生激光的最重要的过程。D D6 6、下面的四个选项中哪一个不属于光发送机的功能（、下面的四个选项中哪一个不属于光发送
19、机的功能（）。）。A A、电端机输出的电信号转换为光信号；、电端机输出的电信号转换为光信号；B B、用耦合技术注入光纤线路；、用耦合技术注入光纤线路；C C、从受到各种干扰的信号中恢复出原始数据、从受到各种干扰的信号中恢复出原始数据D D、用电信号对光源进行调制。、用电信号对光源进行调制。C7 7、在外来光子的激发下，高能级、在外来光子的激发下，高能级E2E2上的电子跃迁到低能级上的电子跃迁到低能级E1E1，并发射出一个与外来光子完全相同的光子的过程称为（并发射出一个与外来光子完全相同的光子的过程称为（）。）。、自发辐射自发辐射 、受激吸收受激吸收、受激辐射受激辐射 、非辐射复合。非辐射复合。
20、8 8、光纤通信系统中常用的光源主要有：（、光纤通信系统中常用的光源主要有：（）、光检测器、光放大器、激光器；、光检测器、光放大器、激光器；、PINPIN光电二极管、光电二极管、APDAPD雪崩二极管；雪崩二极管；、半导体激光器、光电检测器、发光二极管；、半导体激光器、光电检测器、发光二极管；、半导体激光器、半导体激光器LDLD、半导体发光二极管、半导体发光二极管LEDLED。CD9-129-12题：（看图选择）题：（看图选择）数字光发射机的各组成部分的方框图数字光发射机的各组成部分的方框图如下，将字母对应的该组成部分名称填入如下，将字母对应的该组成部分名称填入9-129-12题填空内。题填空
21、内。9 9、()()实现信号的电光转换实现信号的电光转换1010、()()把经过线路编码的数字信号转变为电流信号注入把经过线路编码的数字信号转变为电流信号注入LDLD或或LED,LED,1111从而获得相应的光信号。；从而获得相应的光信号。；11 11、()()把数字信号转换成适合于光纤传输的码型、送入光纤线路；把数字信号转换成适合于光纤传输的码型、送入光纤线路；1212、()()控制激光器的直流偏置电流，使其自动跟踪阈值的变化，控制激光器的直流偏置电流，使其自动跟踪阈值的变化，1313从而使从而使LDLD总是偏置在最佳的工作状态；总是偏置在最佳的工作状态；CBAD1313、在激光器中，光的放
22、大是通过、在激光器中，光的放大是通过()()A A、光学谐振腔来实现；、光学谐振腔来实现；B B、泵浦光源来实现；、泵浦光源来实现；C C、外加直流来实现；、外加直流来实现；D D、粒子数反转分布的激活物质来实现。、粒子数反转分布的激活物质来实现。D三、判断题三、判断题1 1、半导体激光器的输出光功率不会随温度而变化。（、半导体激光器的输出光功率不会随温度而变化。（）2 2、由于光二极管输出的是自发辐射光，并且没有光学谐振腔，所、由于光二极管输出的是自发辐射光，并且没有光学谐振腔，所以输出光谱要比半导体激光器窄得多。以输出光谱要比半导体激光器窄得多。（）3 3、光调制是用待发送的电信号控制光载
23、波的某一参量，使之携带、光调制是用待发送的电信号控制光载波的某一参量，使之携带发送信息的过程，也就是完成电发送信息的过程，也就是完成电/光转换的过程。光转换的过程。（）4 4、对于半导体光源，其输出光功率与注入电流成反比。（、对于半导体光源，其输出光功率与注入电流成反比。（）5 5、激光器的发射心波长随温度的升高向长波长漂移。（、激光器的发射心波长随温度的升高向长波长漂移。（）6 6、受激吸收是半导体光检测器的基本工作原理。（、受激吸收是半导体光检测器的基本工作原理。（）7 7、光电二极管的线性饱和是指它有一定的功率检测范围，当、光电二极管的线性饱和是指它有一定的功率检测范围，当入射功率太强的
24、时，光电流和光功率将不成正比，从而产生入射功率太强的时，光电流和光功率将不成正比，从而产生非线性失真。（非线性失真。（）1 1、什么是粒子束反转分布？、什么是粒子束反转分布？2 2、构成激光器必须具备哪些功能部件？、构成激光器必须具备哪些功能部件？3 3、有哪些方法实现光学谐振腔？与之对应的激光器类、有哪些方法实现光学谐振腔？与之对应的激光器类型是什么？型是什么？4 4、激光器激射的条件是什么？、激光器激射的条件是什么？5 5、在光纤通信中，对光源的调制可以分为哪两类？、在光纤通信中，对光源的调制可以分为哪两类？6 6、半导体激光器的纵模随注入电流怎么变化？、半导体激光器的纵模随注入电流怎么变
25、化？7 7、半导体激光器的峰值波长随温度怎么变化？、半导体激光器的峰值波长随温度怎么变化？8 8、对激光器进行强度调制会使发射谱线增宽，动态谱、对激光器进行强度调制会使发射谱线增宽，动态谱线展宽的原因是什么？线展宽的原因是什么？四、简答四、简答第一章习题第一章习题n1.1什么是光纤通信？简述光纤通信的发展历程？什么是光纤通信？简述光纤通信的发展历程？n解：光纤通信是以光波作为传输信息的载波、以光纤作为光纤通信是以光波作为传输信息的载波、以光纤作为传输介质的一种通信方式。也就是说，光纤通信是将待传传输介质的一种通信方式。也就是说，光纤通信是将待传送的语音、图像和数据等信号调制在光载波上，然后通过
26、送的语音、图像和数据等信号调制在光载波上，然后通过光纤进行传输的一种通信方式。光纤进行传输的一种通信方式。n 光纤通信的发展粗略分为如下几个阶段光纤通信的发展粗略分为如下几个阶段（1）第一阶第一阶段（段（1966-1976年），从基础研究到商业应用的开发时期。年），从基础研究到商业应用的开发时期。在这个时期，实现了短波长（在这个时期，实现了短波长（0.85m）低速率（）低速率（45-140Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。（2）第二阶段（第二阶段（1976-1986年），这是以提高传输速率和年），这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标
27、和大力推广应用的大发展时期。增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长发展到长波长（发展到长波长（1.31m和和1.55m），实现了工作波长为），实现了工作波长为1.31m、传输速率为、传输速率为140-565Mb/s的单模光纤通信系统，的单模光纤通信系统，无中继传输距离为无中继传输距离为10-50km。（。（3）第三阶段（第三阶段（1986-1996年），这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新年），这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。技术研究的时期。在这个
28、时期，实现了在这个时期，实现了1.55m色散移位单色散移位单模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达2.5-10Gb/s，无中继传输距离可达，无中继传输距离可达100-150km。（。（4）第四阶段第四阶段（1996年年-至今），开展研究光纤通信新技术。至今），开展研究光纤通信新技术。采用光放大采用光放大器增加中继距离和采用波分复用增加传输容量。现在器增加中继距离和采用波分复用增加传输容量。现在10Gb/s、40Gb/s的系统也已商用化。的系统也已商用化。n1.2 光纤通信为什么能够成为一种主要的通信方式？光纤通信为什么能够成为一种主要的通信方式
29、？n解：光纤通信能够成为现代的主要通信方式，是归因于光纤光纤通信能够成为现代的主要通信方式，是归因于光纤通信具有以下突出的优点：通信具有以下突出的优点：通信速率高（单波长速率已达通信速率高（单波长速率已达10Gb/s以上），传输容量大（光波具有很高的频率，约以上），传输容量大（光波具有很高的频率，约1014Hz，一根光纤可同时传输几十个波长，一根光纤可同时传输几十个波长)；损耗低（单模损耗低（单模已低达已低达0.2dB/km)、传输距离远（中继距离可达、传输距离远（中继距离可达50-100Km）；抗干扰能力强（抗强电、雷电和核辐射干扰），保密性抗干扰能力强（抗强电、雷电和核辐射干扰），保密性好
30、（光纤由石英玻璃制成，由于是绝缘材料，不受电磁场干好（光纤由石英玻璃制成，由于是绝缘材料，不受电磁场干扰；在光纤中传输的光泄漏非常微弱）；扰；在光纤中传输的光泄漏非常微弱）；质量轻（是传输质量轻（是传输相同信息量电缆重量的相同信息量电缆重量的1/10-1/30），体积小（是相同容量电），体积小（是相同容量电缆外径的缆外径的1/3-1/4），敷设方便；），敷设方便；耐腐蚀，耐高温（石英玻耐腐蚀，耐高温（石英玻璃熔点在璃熔点在2000 C以上），可在恶劣环境中工作，寿命长；以上），可在恶劣环境中工作，寿命长；节约金属材料，有利于资源合理使用（制造同轴电缆和波导节约金属材料，有利于资源合理使用（制造
31、同轴电缆和波导管的铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；管的铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；而制造光纤的石英（而制造光纤的石英（SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料）在地球上基本上是取之不尽的材料）n1.3 光纤通信系统的组成主要包括哪些部分？试画出简图光纤通信系统的组成主要包括哪些部分？试画出简图予以说明。予以说明。n解：光纤通信系统的基本组成包括：光纤、光发送器、光光纤通信系统的基本组成包括：光纤、光发送器、光接收器、光中继器以及适当的连接器件等。其中：光发送接收器、光中继器以及适当的连接器件等。其中：光发送器的功能是将来自用户端的电信号转换成为光信号，然后器
32、的功能是将来自用户端的电信号转换成为光信号，然后入射到光纤内传输。它一般由驱动电路、光源和调制器构入射到光纤内传输。它一般由驱动电路、光源和调制器构成；光接收器的功能是将光纤传送过来的光信号还原成为成；光接收器的功能是将光纤传送过来的光信号还原成为电信号，然后送往用户端。它一般由光电检测器、解调器、电信号，然后送往用户端。它一般由光电检测器、解调器、放大器和相关电路组成；光中继器是用来增大光的传输距放大器和相关电路组成；光中继器是用来增大光的传输距离，它将经过光纤传输后有较大衰减和畸变的光信号变成离，它将经过光纤传输后有较大衰减和畸变的光信号变成没有衰减和畸变的光信号，再继续输入光纤内传输。没
33、有衰减和畸变的光信号，再继续输入光纤内传输。第二章习题第二章习题n2.1 按照光纤的射线传输理论，光纤是利用什么方按照光纤的射线传输理论，光纤是利用什么方式传导光的？式传导光的？n解：若光线从光密介质：若光线从光密介质n n1 1 射向光疏介质射向光疏介质n n2 2 时，当时，当入射角入射角1 满足关系满足关系1c c=arctan n n2 2n n1 1时，将产时，将产生全反射，光纤是利用光的全反射特性来导光的。生全反射，光纤是利用光的全反射特性来导光的。n2.2 什么是单模光纤？常用的单模光纤有哪些？各自的特什么是单模光纤？常用的单模光纤有哪些？各自的特点是什么？点是什么？n解：单模光
34、纤（单模光纤（SMF）是纤芯内只传输一个最低模式的光）是纤芯内只传输一个最低模式的光波，纤芯直径很小（几个微米），适合大容量、长距离波，纤芯直径很小（几个微米），适合大容量、长距离通信。通信。多模光纤（多模光纤（MMF）是纤芯内传输多个模式的光波，）是纤芯内传输多个模式的光波，纤芯直径较大（纤芯直径较大（50微米左右），仅用于中小容量、中短微米左右），仅用于中小容量、中短距离通信。距离通信。ITU-T规定的单模光纤包括：规定的单模光纤包括：G.652光纤，又称常规光纤，又称常规单模光纤，其色散零点在单模光纤，其色散零点在1310nm附近，而在附近，而在1550nm处处的衰减最低，但色散较大，价
35、格较低，技术成熟，是世的衰减最低，但色散较大，价格较低，技术成熟，是世界上应用量最大的光纤；界上应用量最大的光纤；G.653光纤，又称色散位移光纤，光纤，又称色散位移光纤，将色散零点位移到将色散零点位移到1550nm附近，在光纤的最低损耗波长附近，在光纤的最低损耗波长处的色散系数几乎为零，对于单波长系统无疑是最好的，处的色散系数几乎为零，对于单波长系统无疑是最好的，但在多波长系统中，由于零色散会导致严重的四波混频但在多波长系统中，由于零色散会导致严重的四波混频现象，故不能支持波分复用系统，处于被市场淘汰的现现象，故不能支持波分复用系统，处于被市场淘汰的现状；状；G.654光纤又称截止波长位移光
36、纤，在光纤又称截止波长位移光纤，在1550nm波长波长具有极小的衰减具有极小的衰减0.2dB/km，主要用于远距离无中继海底，主要用于远距离无中继海底通信系统中，制造困难，价格高；通信系统中，制造困难，价格高；G.655光纤又称非零色光纤又称非零色散位移光纤，它在散位移光纤，它在1550nm波长处有最小损耗和较小的色波长处有最小损耗和较小的色散值，专门为新一代密集波分复用系统设计和制造。散值，专门为新一代密集波分复用系统设计和制造。n2.3 什么是光纤的数值孔径？一阶跃型光纤，什么是光纤的数值孔径？一阶跃型光纤，纤芯纤芯折射率折射率为为1.5，相对折射率差，相对折射率差=1%，求光纤的数值孔径
37、。，求光纤的数值孔径。n解：光纤端面临界入射角的正弦值，称为数值孔径：光纤端面临界入射角的正弦值，称为数值孔径（NA）。由于光纤端面上小于或等于临界入射角的入射）。由于光纤端面上小于或等于临界入射角的入射光才可以在光纤内传输，故光才可以在光纤内传输，故NA表示光纤采光能力的大小。表示光纤采光能力的大小。NA越大，则光纤与光源或其它光纤的耦合就越容易。但越大，则光纤与光源或其它光纤的耦合就越容易。但NA过大会增加光纤传输损耗，故过大会增加光纤传输损耗，故NA应适当取值。应适当取值。n2.4 阶跃型光纤的阶跃型光纤的纤芯纤芯折射率是折射率是1.5，包层折射率是包层折射率是1.498，工作波长为工作
38、波长为1310nm，当纤芯直径为多大时为单模传输？，当纤芯直径为多大时为单模传输？n解：单模传输的工作条件是单模传输的工作条件是 归一化频率归一化频率V满足满足，n此时光纤内只含有基模。此时光纤内只含有基模。加问题：此光纤的数值孔径是多大？光纤入射端面容许加问题：此光纤的数值孔径是多大？光纤入射端面容许光线的最大入射角是多大？总接收角是多大？光线的最大入射角是多大？总接收角是多大？解解：n2.5 什么是光纤的损耗？若光纤的损耗为什么是光纤的损耗？若光纤的损耗为2.5dB/km，入，入纤光功率为纤光功率为1W，经过，经过20km传输后光功率为多少？传输后光功率为多少？n解：光纤的损耗即指光信号经
39、过一定距离的光纤传输后光纤的损耗即指光信号经过一定距离的光纤传输后要产生衰减，光信号幅度减小，其损耗机理包括：吸收要产生衰减，光信号幅度减小，其损耗机理包括：吸收损耗，由于制造光纤材料本身以及其中的过渡金属离子损耗，由于制造光纤材料本身以及其中的过渡金属离子（如铁、钴、镍、铜、锰、铬等）和氢氧根离子（如铁、钴、镍、铜、锰、铬等）和氢氧根离子(OH)等杂质对光的吸收而产生的损耗。散射损耗，由于光纤等杂质对光的吸收而产生的损耗。散射损耗，由于光纤材料密度的微观变化以及各成分浓度不均匀，使得光纤材料密度的微观变化以及各成分浓度不均匀，使得光纤中出现折射率分布不均匀，从而引起光的瑞利散射，将中出现折射
40、率分布不均匀，从而引起光的瑞利散射，将一部分光功率散射到光纤包层或外部。辐射损耗，在成一部分光功率散射到光纤包层或外部。辐射损耗，在成纤后产生的损耗，主要是由于光纤受到弯曲和微弯曲所纤后产生的损耗，主要是由于光纤受到弯曲和微弯曲所产生的，即光纤从直线部分进入弯曲部分时传导模变成产生的，即光纤从直线部分进入弯曲部分时传导模变成了辐射模，使部分光渗透到包层中或穿过包层外泄，因了辐射模，使部分光渗透到包层中或穿过包层外泄，因而造成光损耗。而造成光损耗。n光纤损耗系数定义为光纤损耗系数定义为n将数值代入可得将数值代入可得P0=10-5Wn2.6 某光纤在某光纤在1300nm处的损耗是处的损耗是0.6d
41、B/km，在，在1550nm处处的损耗为的损耗为0.3dB/km。假设下面两种光信号同时进入光纤：。假设下面两种光信号同时进入光纤：1300nm波长的波长的150W的光信号和的光信号和1550nm波长的波长的100W的的光信号，试问这两种光信号在光信号，试问这两种光信号在8km和和20km处的功率各是多处的功率各是多少少W?n解：将数值代入损耗系数定义式，可计算得将数值代入损耗系数定义式，可计算得n对于对于1300nm波长在波长在8km和和20km处的功率分别是处的功率分别是 0.1433 W和和2.1240e-014W。n对于对于1550nm波长在波长在8km和和20km处的功率分别是处的功
42、率分别是 1.8289W和和0.0104W。n2.7 什么是全波光纤？其特点如何？什么是全波光纤？其特点如何？n解：采用超高纯度提纯技术去除玻璃纤维材料中采用超高纯度提纯技术去除玻璃纤维材料中的所有水分子，可以消除水分子在的所有水分子，可以消除水分子在1400nm附近的附近的吸收高峰，从而使常规光纤的第二和第三两个低吸收高峰，从而使常规光纤的第二和第三两个低损耗窗口连成统一的传输波长区，这种光纤称为损耗窗口连成统一的传输波长区，这种光纤称为全波光纤。全波光纤。n2.8 什么是光纤的色散？光纤中有哪几种色散？解释其含什么是光纤的色散？光纤中有哪几种色散？解释其含义。义。n解：光纤的色散是指光信号
43、经过一定距离的光纤传输后要光纤的色散是指光信号经过一定距离的光纤传输后要产生畸变，光信号波形展宽，色散限制光纤通信系统的传产生畸变，光信号波形展宽，色散限制光纤通信系统的传输容量。输容量。光纤中的色散类型包括：光纤中的色散类型包括：波长色散，指同一个导波波长色散，指同一个导波模式中不同波长光线的传播路径和速度不同，产生时延差，模式中不同波长光线的传播路径和速度不同，产生时延差，引起光脉冲展宽。波长色散包含材料色散和波导色散两类，引起光脉冲展宽。波长色散包含材料色散和波导色散两类，其中材料色散是因光源光谱不纯以及光纤石英材料的折射其中材料色散是因光源光谱不纯以及光纤石英材料的折射率随波长而变化所
44、产生；波导色散是因光源光谱不纯以及率随波长而变化所产生；波导色散是因光源光谱不纯以及波导结构的影响而产生。波导结构的影响而产生。模式色散，指同一波长光信号模式色散，指同一波长光信号中不同模式光线的传播路径和速度不同，产生时延差，引中不同模式光线的传播路径和速度不同，产生时延差，引起光脉冲展宽，模式色散只在多模光纤中存在。起光脉冲展宽，模式色散只在多模光纤中存在。n2.9 可以采用一些什么方法减小色散的影响？可以采用一些什么方法减小色散的影响？n解：色散对通信尤其介高比特率通信系统的传输有不利的色散对通信尤其介高比特率通信系统的传输有不利的影响，但可采取一定的措施来设法降低或补偿，有如下几影响，
45、但可采取一定的措施来设法降低或补偿，有如下几种方案：种方案：零色散波长光纤，对于常规单模光纤，选用工作波长零色散波长光纤，对于常规单模光纤，选用工作波长1310nm其色散最小。其色散最小。色散位移光纤（色散位移光纤（DSF），减少光纤的纤芯使波导色散增加，），减少光纤的纤芯使波导色散增加，可把零色散波长向长波长方向移动，从而在光纤最低损耗可把零色散波长向长波长方向移动，从而在光纤最低损耗窗口窗口1550nm附近得到最小色散。附近得到最小色散。色散平坦光纤（色散平坦光纤（DFF），在），在1310nm-1550nm范围内，色散范围内，色散接近于零的光纤。接近于零的光纤。色散补偿光纤（色散补偿光纤
46、（DCF），通常），通常DCF光纤的色散值很大，典光纤的色散值很大，典型值为型值为-103ps/(nm.km)，只需很短的，只需很短的DCF就能补偿很长的就能补偿很长的普通单模光纤（色散典型值普通单模光纤（色散典型值1ps/(nm.km)。色散补偿器，如光纤光栅、光学相位共轭等。其原理是让色散补偿器，如光纤光栅、光学相位共轭等。其原理是让原先跑得快的波长经过补偿器时慢下来，减少不同波长由原先跑得快的波长经过补偿器时慢下来，减少不同波长由于速度不一样导致的时延。于速度不一样导致的时延。n2.10 光缆由哪几部分组成？常见的光缆结构有哪些？光缆由哪几部分组成？常见的光缆结构有哪些？n解：光缆的构造
47、一般分为缆芯和护层两大部分。常见的光光缆的构造一般分为缆芯和护层两大部分。常见的光缆结构有层绞式、骨架式、束管式和带状式四种，我国及缆结构有层绞式、骨架式、束管式和带状式四种，我国及欧亚各国用的较多的是传统结构的层绞式和骨架式。欧亚各国用的较多的是传统结构的层绞式和骨架式。n2.11 光纤与光纤的连接方法有哪些？请简要叙述。光纤与光纤的连接方法有哪些？请简要叙述。n解：光纤与光纤的连接方法有两种，一种是永久性连接，光纤与光纤的连接方法有两种，一种是永久性连接，指一个接头，常见于光纤与光纤之间的连接；另一种是可指一个接头，常见于光纤与光纤之间的连接；另一种是可拆卸连接，常采用连接器，俗称活接头，
48、常位于光缆终端拆卸连接，常采用连接器，俗称活接头，常位于光缆终端处，用于光源或光检测器等器件与光纤的连接。处，用于光源或光检测器等器件与光纤的连接。第二章习题补充第二章习题补充1.假设有一光纤的折射率假设有一光纤的折射率n1=1.45，相对折射率差，相对折射率差=0.002，试，试问：纤芯半径问：纤芯半径a=3m或或5m时，此光纤在时，此光纤在820nm波长上是波长上是单模光纤还是多模光纤？单模光纤还是多模光纤？解：利用公式解：利用公式 当当a=3m时，时，V=2.10812.4048，故此光纤在，故此光纤在820nm波长波长上是多模光纤。上是多模光纤。n2.一阶跃光纤折射率一阶跃光纤折射率n
49、1=1.5，相对折射率差，相对折射率差=1%，长度，长度L=1km。求子午光线的最大时延差？。求子午光线的最大时延差？n解：解：1yq1lLxoqqc纤芯n1包层n2zy1入射角为入射角为的光线在长度为的光线在长度为L(ox)的光纤中传输，所经历的路程为的光纤中传输，所经历的路程为l(oy)，在，在不大的条件下，其传播时间即时间延迟为不大的条件下，其传播时间即时间延迟为子午光线的最大时延差即是最大入射角和最小入射角的光子午光线的最大时延差即是最大入射角和最小入射角的光线之间时延差近似为线之间时延差近似为n3.已知光纤的芯径已知光纤的芯径2a=50m，max=0.01，n1=1.45，=0.85
50、m，若光纤的折射率分布指数分别为，若光纤的折射率分布指数分别为g（阶（阶跃型）和跃型）和g=2（抛物渐变型），求它们的导波模式数量。（抛物渐变型），求它们的导波模式数量。若波长改变为若波长改变为1.31m，导波模式数量如何变化？，导波模式数量如何变化？n解：光纤中传导模的总数为解：光纤中传导模的总数为n当当=0.85m时，时，Vmax=38，所得模式数量分别约为，所得模式数量分别约为722和和361.n若波长改变为若波长改变为1.31m，则，则Vmax=25，所得模式数量分别，所得模式数量分别约为约为313和和156.第三章习题第三章习题n3.6 光纤耦合器有哪些性能指标，分别是如何定义的？光