光纤通信课后习题答案
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、电压一电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源一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。电压一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。光源一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）、光纤一光检波器耦合器、光
检测器和电流一电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN和APD然后再通过电流一电压转换器，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1.55卩m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。
根据题意，求得在1.55卩
4.SDH体制有什么优点
答：（1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的准同步数字体制（PDH完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性；
（2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程，由于大大简化了数字交叉连接(DXC,减少了背靠背的接口复用设备，改善了网络的业务传送透明性；
(3)由于采用了较先进的分插复用器(ADM、数字交叉连接(DXC、网络的自愈功能和重组功
能就显得非常强大，具有较强的生存率。因SDH 帧结构中安排了信号的5%开销比特，它的网管功能显得特别强大，并能
统一形成网络管理系统，为网络的自动化、智能化、信道的利用率以及降低网络的维管费和生存能力起到了积极作用；
(4)由于SDH有多种网络拓扑结构，它所组成的网络非常灵活，它能增强网监，运行管理和自动配置功能，优化了网络性能，同时也使网络运行灵活、安全、可靠，使网络的功能非常齐全和多样化；
(5)SDH有传输和交换的性能，它的系列设备的构成能通过功能块的
自由组合，实现了不同层次和各种拓扑结构的网络，十分灵活；
(6)SDH并不专属于某种传输介质，它可用于双绞线、同轴电缆，但SDH用于传输高数据率则需用光纤。这一特点表明，SDH既适合用作干线通道，也可作支线通道。例如，我国的国家与省级有线电视干线网就是采
用SDH而且它也便于与光纤电缆混合网(HFC)相兼容；
(7)从OSI模型的观点来看，SDH属于其最底层的物理层，并未对其高层有严格的限制，便于在SDH上采用各种网络技术，支持ATM或IP传输；
(8)SDH是严格同步的，从而保证了整个网络稳定可靠，误码少，且便于复用和调整；
(9)标准的开放型光接口可以在基本光缆段上实现横向兼容，降低了联网成
本。
5.简述未来光网络的发展趋势及关键技术。
答：全光网络将成为继纯电缆网络、光电耦合网络后的第三代网络。
全光网络是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的变换，而在网络中传输
和交换的过程中始终以光的形式存在，因此在整个传输过程中没
有电的处理。
全光网络的关键技术主要有光放大中继技术、光复用技术、光交换技术、光分插复用技术等。
6.简述WDM勺概念。
答：波分复用的基本思想是将工作波长略微不同、各自携带了不同信
息的多个光源发出的光信号，一起注入到同一根光纤中进行传输。
7.解释光纤通信为何越来越多地采用WDM+ED方式。
答：采用WD技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点：
(1)充分利用了光纤的巨大带宽资源；
(2)同时传输多种不同类型的信号；
(3)实现单根光纤双向传输；
(4)多种应用形式；
(5)节约线路投资；
(6)降低器件的超高速要求。
采用EDFA技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点：
(1)中继器的价格下降了；
(2)对传送的数据速率和调制格式透明，这样系统只需改变链路的
终端设备就很容易升级到高的速率；
(3)可以同时放大多个波长信号，使波分
复用(WDM的实现成为
可能;
（4）提供了系统扩容的新途径，无需增加光纤和工作的速率，只需通过增加波长就可提高系统的容量；
（5）最关键的是系统的成本下降了。
8.全光网络的优点是什么
答：能充分利用光纤的带宽资源，故容量大，传输质量好，开放性，
易于实现网络的动态结构，可扩展性，结构简单，透明性，可靠性高，可维护性好。
1.光波从空气中以角度3=33°投射到平板玻璃表面上，这里的日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3=33°,则入射角3=57°，反射角“57。。由于折射光束和反射光束之间的夹角正好为90°,所以折射
角入=33°。
由折射定律n sinn二n y Sin^y，得到
n y =sin^/sin^y=sin 67/sin33 （自己用matlab 算出来）
其中利用了空气折射率n =1。这种玻璃的临界角为
乙=arcsin —（自己用matlab 算出来）
n y
2.计算n—=1.48及n2 =1.46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n =1.00，则允许的最大入射角番ax为多少
解：阶跃光纤的数值孔径为
允许的最大入射角
咖＜=arcsin 0.24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口=1.5 , n2=1.45，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
光纤的数值孔径为
4.已知阶跃光纤纤芯的折射率为口=1.5，相对折射(指数)差：=0.01，纤
芯半径a =255，若0 "Im，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
光纤中传播的模数量
5.—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。试问：
(1)其纤芯直径为多少
(2)在1310 nm波长上可以支持多少个模
(3)在1550nm波长上可以支持多少个模？
解：(1)由V1 = — a . n：-n；二NA，得到纤芯直径为
(2)当，2 =1.3jL m，有
得到模的个数为
(3)当'2 =1.55」m，得到模的个数为
6.用纤芯折射率为m=1.5 ,长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率f°=8MHz 的光脉冲，经过该光纤后，信号延迟半个脉冲周期，试估算光纤的长度L。
解：信号的周期为
信号在纤芯中传输的速度为
由于信号延迟半个脉冲周期，则光纤的长度L为
7.有阶跃型光纤，若nU.5，‘o=1.32m，那么
(1)若厶=0.25，为保证单模传输，
光纤纤芯半径a应取多大
(2)若取芯径a=5」m，保证单模传输时，应怎么选择
解：(1)由归一化频率V二兰a. n2二n2上a n 2厶得到
.-■.0'0
为了保证光纤中只能存在一个模式，则要求V：：：2.405 ,则要求光纤纤芯半径
(2)若取芯径a=5」m，保证单模传输时，则
8.渐变光纤的折射指数分布为
求光纤的本地数值孔径。
解：渐变光纤纤芯中某一点的数值孔径为
9.某光纤在1300nm处的损耗为0.6dB/km，在1550nm波长处的损耗为
0.3dB/km。假设下面两种光信号同时进入光纤：1300nm波长的150」W的光信号和1550nm波长的100 J W的光信号。试问这两种光信号在8km和20km处的功率各是多少以为单位。
解：对于1300nm波长的光信号，在8km和20km处的功率各是
F O =P10—：L/1° =150 10°48」W , 150 10」.2」W
对于1550nm波长的光信号，在8km和20km处的功率各是
R 二P10亠/10=100 10°24」W , 100 10』.6・讪
10.一段12km长的光纤线路，其损耗为1.5dB/km。试回答：
(1)如果在接收端保持03W的接收光功率，则发送端的功率至少
为多少
(2)如果光纤的损耗变为2.5dB/km ,贝V所需的输入光功率为多少解：(1)根据
损耗系数定义
得到发送端的功率至少为
(2)如果光纤的损耗变为2.5dB/km，则所需的输入光功率为
11.有一段由阶跃折射率光纤构成的5km长的光纤链路，纤芯折射率
n i =1.49，相对折射率差厶=0.01。
(1)求接收端最快和最慢的模式之间的时延差；
(2)求由模式色散导致的均方根脉冲展宽；
(3)假设最大比特率就等于带宽，则此光纤的带宽距离积是多少
解：(1)纤芯和包层的相对折射率差厶为
则得到
接收端最快和最慢的模式之间的时延差
(2)模式色散导致的均方根脉冲展宽实际上就等于最快和最慢的模
式之间的时延差
(3)光纤的带宽距离积
12 .有10k m长NA-0.30的多模阶跃折射光纤，如果其纤芯折射率为 1.45，计算光纤带宽。
解：纤芯和包层的相对折射率厶为
由阶跃光纤的比特距离积亠，得到光纤带宽
2口也
1.计算一个波长为，1心的光子能量，分别对1MHz和100MHz的无线电做同样的计算。
解：波长为兔=1 "m的光子能量为
对1MHz和100MHZ的无线电的光子能量分别为
2 .太阳向地球辐射光波，设其平均波长一0.75，射到地球外面大气层
的光强大约为I =0.14W/cm2。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。
解：光子数为
3 .如果激光器在• =05切上工作，输出1W的连续功率，试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。
解：粒子数为
4.光与物质间的相互作用过程有哪些
答：受激吸收，受激辐射和自发辐射。
5.什么是粒子数反转什么情况下能实现光放大
答：粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居
数。处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。
6.什么是激光器的阈值条件
答：阈值增益为
其中：是介质的损耗系数，斤上分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器的增益G-G th时，才能有激光放出。（详细推导请看补充题1、2）
7.由表达式E=hc/说明为什么LED的FWHM功率谱宽度在长波长中会变得更宽些
. -2
证明：由E二he/ ■得到述一峙「，于是得到 E ,
丸he
可见当E 一定时，•「与2成正比。
8.试画出APD雪崩二极管结构示意图，并指出高场区及耗尽层的范围。
P+解：先把一种高阻的P型材料作为外延层，沉积在p+材料上(P是P
型重掺杂)，然后在高阻区进行P型扩散或电离掺杂(叫n层)，最后一层是一个N+ (甘是N型重掺杂)层。
咼场区是P区，耗尽区是P n区。
9.一个GaAsPIN光电二极管平均每三个入射光子产生一个电子空穴对。
假设所以的电子都被收集，那么
(1)计算该器件的量子效率；
(2)在0.8」m波段接收功率是10J W，计算平均是输出光电流；
(3 )计算波长，当这个光电二极管超过此波长时将停止工作，即长波长截止点’c。
解：(1)量子效率为=1/3=0.33
(2)由量子效率二丄*9=匕也得到
P n /hV R n e
(3)GaAsPIN的禁带宽度为E g =1.424eV，则截止波长为
10.什么是雪崩增益效应
答：一次光生载流子穿过一个具有非常高的电场高场区。在这个高场区，光生电子一空穴可以获得很高的能量。他们高速碰撞在价带上的电子，
使之电离，从而激发出新的电子一空穴对。新产生的的载流子同样由电场
加速，并获得足够的能量，从而导致更多的碰撞电离产生，这种现象叫雪崩效应。
11.设PIN光电二极管的量子效率为80%计算在1.3响和1.55^m波长时的响应度，说明为什么在1.55」m处光电二极管比较灵敏。
解：1.3怙时的响应度为R = "m) = 0.8 1.3 = 0.84A/W ;
1.24 1.24
1.55时的响应度为R 二（"m） = 0.8 1.55= IA/W。
1.24 1.24
因为响应度正比于波长，故在1.55」m处光电二极管比1.3」m处灵敏。
12 .光检测过程中都有哪些噪声
答：量子噪声，暗电流噪声，漏电流噪声和热噪声。
补充题1. 一束光在介质中传播时，其光强I随传播距离z的变化通常表示为I =l o e（^:）
z，其中I o为初始光强，G为光强增益系数，:为光强损耗系数。试推到这个式子，并说明此式成立条件。
解：设光束通过厚度为dz的一层介质时，其光强由I变为I dl，在光
放大时dI 0，可写成dl二Gldz，即dl / I二Gdz,若G为常数，则积分得到
I =l°e Gz；
在衰减时，dl :: 0 ,可写成dl - — Idz，即dl / I - — dz,若〉为常数，则积分得到l “oe* ;
所以，当光放大和光衰减同时存在时，便有l=l°e（G-泪。
显然，此式成立的条件是：G,〉都与l,z无关。
补充题2.设LD的光学谐振腔长为L ,谐振腔前、后镜片的光强反射系数分别为
ma，谐振腔介质的光强损耗系数为谐振腔的光强增益系数为G ,
试证明：激光所要求的谐振条件（阈值增益条件）为
解：在谐振腔内任取一点z，此点光强l（z），该光强向右传播到前镜片，经反
射后向左传播到后镜片，再经过反射向右传播回到z点，则光强
变为
显然，产生激光的条件为返回z点的光强要大于z点发出的光强
即丨⑺作亠皿-l（z），得到「1詔—沖-1，因而
记G t^ ^ln丄,是谐振腔的总损耗，只有增益G_G h时，才能产生激光，
2 L r1r2
故把G th叫激光器的阈值条件。
第4章无源光器件
1.光纤的连接损耗有哪些如何降低连接损耗解：连接损耗可分为外部损耗和内部损耗。
外部损耗主要有轴向位移、连接间隔、倾斜位移、截面不平整。
内部损耗主要是由于光纤的波导特性和几何特性差异导致的损耗，包括纤芯的直径、纤
芯区域的椭圆度、光纤的数值孔径、折射率剖面等。
采用较好的连接方法，改善连接器的性能。
2•试用2X2耦合器构成一个8X 8空分开关阵列，画出连接图和输入输出端口信号间流向，计算所需开关数。
解：
需开关数12个。
3.讨论图5.22所示平面阵列波导光栅的设计思想和方法。
解：设计思想：将同一输入信号分成若干路分别经历不同的相移后又将它们合在一起输出；设计方法：将N个输入波导和N个输出波导，二个聚焦平面波导（星型耦合器）和通道阵列波导，集成在单一衬底上。使得输入/输出波导的位置和阵列波导的位置满足罗兰圆规则。
4.简述光耦合器和WD分波器有什么不同。
解：在宽带光纤耦合器中，通常通过改变熔融拉锥工艺，使耦合器输出端口的分光比不受波长的影响。相反，在WD器件中则改变熔融拉锥工艺，使分光比随波长急剧变化。
5.光滤波器有哪些种类，滤波器应用在什么场合
解：光滤波器主要有F-P腔滤波器、M-Z干涉滤波器、阵列波导光栅滤波器、声光可调滤波器，光纤光栅滤波器。
光滤波器用于滤出特定波长的光信号。
6.光开关有哪些性能参数，在光纤通信中有什么作用
解：光开关的性能参数主要有开关时间、通断消光比、插入损耗、串扰、偏振依赖损耗；光开关在光纤通信技术中作光路切换之用，如系统的主备切换等。它是光交换的关键器件，在光网络中有许多应用场合。
7.简述F-P腔可调谐滤波器的工作原理。
解：F-P腔型滤波器的主体是F-P谐振腔，是由一对高度平行的高反射率镜面构成的腔体，当入射光波的波长为腔长的整数倍时光波可形成稳定振荡，输出光波之间会产生多光束干涉，最后输出等间隔的梳状波形。通过改变腔长L或腔内的折射率n来改变滤波器的中心波长。
8.讨论光纤光栅在光通信中的应用。
解：光纤光栅的应用范围有光纤激光器、WDM合/分波器、超高速系统中的色散补偿器、固定或可调滤波器、光纤放大器、光纤光栅全光分插复用器等。
9.NLOM!否可作光开关
解：可以。改变环的长度或光波的波长，使来自传输光纤的光波与绕环后的光波之间产生相移，两者之间产生相长和相消，达到开和关的作用。
1 .光放大器包括哪些种类简述它们的原理和特点。EDFA有哪些优点
答：光放大器包括半导体光放大器、光纤放大器（由可分为非线性光
纤放大器和掺杂光纤放大器）。
1）半导体光放大器
它是根据半导体激光器的工作原理制成的光放大器。将半导体激光器
两端的反射腔去除，就成为没有反馈的半导体行波放大器。它能适合不同
波长的光放大，缺点是耦合损耗大，增益受偏振影响大，噪声及串扰大。
2）光纤放大器
（1）非线性光纤放大器
强光信号在光纤中传输，会与光纤介质作用产生非线性效应，非线性
光纤放大器就是利用这些非线性效应制作而成。包括受激拉曼放大器
（SRA和受激布里渊放大器（SBA两种。
（2）掺杂光纤放大器（常见的有掺铒和掺错光纤放大器）
在泵浦光作用下，掺杂光纤中出现粒子数反转分布，产生受激辐射，
从而使光信号得到放大。
EDFA优点：高增益、宽带宽、低噪声及放大波长正好是在光纤的最低
损耗窗口等。
2.EDFA勺泵浦方式有哪些各有什么优缺点
答：EDFA勺三种泵浦形式：同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。同向泵浦：信号光和泵浦光经WDI复用器合在一起同向输入到掺铒光纤中，在掺铒光纤中同向传输；反向泵浦：信号光和泵浦在掺铒光纤中反向传输；双向泵浦：在掺铒光纤的两端各有泵浦光相向输入到掺铒光纤中。
同向泵浦增益最低，而反向泵浦比同向泵浦可以提高增益3dB〜5dB
这是因为在输出端的泵浦光比较强可以更多地转化为信号光。而双向泵浦
又比反向泵浦输出信号提高约3dB,这是因为双向泵浦的泵功率也提高了3dB。其次，从噪声特性来看，由于输出功率加大将导致粒子反转数的下降，因此在未饱和区，同向泵浦式EDFA的噪声系数最小，但在饱和区，
情况将发生变化。不管掺铒光纤的长度如何，同向泵浦的噪声系数均较小。最后，考虑三种泵浦方式的饱和输出特性。同向EDFA的饱和输出最小。
双向泵浦EDFA的输出功率最大，并且放大器性能与输出信号方向无关，但耦合损耗较大，并增加了一个泵浦，使成本上升。
3.一个EDFA功率放大器，波长为1542nm的输入信号功率为2dBm得到的输出功率为P°ut=27dBm，求放大器的增益。
解：G= 10log 10 (P out/P in) = 10log io P out -10log io R n=27-2=25dB
4.简述FBA与FRA间的区别。为什么在FBA中信号与泵浦光必须反向传输答：FBA与FRA间的区别：
1、FRA是同向泵浦，FBA是反向泵浦；
2、FRA产生的是光学声子，FBR产生的是声学声子，
3、FRA比FBA的阈值功率大；
4、FRA比FBA的增益带宽大。
在SBA中，泵浦光在光纤的布里渊散射下，产生低频的斯托克斯光，方向与泵浦光传播方向相反。如果这个斯托克斯光与信号光同频、同相，那么信号光得到加强。故要使信号光得到放大，信号光应与泵浦光方向相反。
5.—个长250卩m的半导体激光器用做F-P放大器，有源区折射率为4, 则放大器通带带宽是多少
此题可能有误，半导体光放大器的通带带宽目前还没找到公式计算。
6.EDFA在光纤通信系统中的应用形式有哪些
答：（1）作为光中继器，用EDFA可代替半导体光放大器，对线路中
的光信号直接进行放大，使得全光通信技术得以实现。（2）作为前置放大器，由于EDFA具有低噪声特点，因而如将它置于光接收机的前面，放大非常微弱的光信号，则可以大大提高接收机灵敏度。（3）作为后置放大器，将EDFA置于光发射机的输出端，贝何用来提高发射光功率，增加入纤功率，延长传输距离。
7.EDFA勺主要性能指标有哪些说明其含义
答：（1）增益，是指输出功率与输入功率之比G = P ut/P in，如果用分贝作单位定义为G=10lOg l0 （P out/P in ）；
（2）噪声系数，是指输入信号的信噪比与输出信号的信噪比F n=（SNR
in / （SNR out 。
8.分别叙述光放大器在四种应用场合时各自的要求是什么
答：（1）在线放大器：当光纤色散和放大器自发辐射噪声的累积，尚未使系统性能恶化到不能工作时，用在线放大器代替光电光混合中继器是
完全可以的。特别是对多信道光波系统，节约大量设备投资。（2）后置放大器：将光放大器接在光发送机后，以提高光发送机的发送功率，增加通信距离。（3）前置放大器：将光放大器接在光接收机前，以提高接收机功率和信噪比，增加通信距离。（4）功率补偿放大器：功率补偿放大器的运用场合：A.用于补偿局域网中的分配损耗，以增大网络节点数；B.将光放大器用于光子交换系统等多种场合。
9.叙述SOA-XGM波长变换的原理。
答：探测波s和泵浦波p经耦合注入到SOA中, SOA M入射光功率存在增益饱和特性：当入射光强增加时，增益变小；当入射光强减小时，增益变大。因此，当受过调制的泵浦波注入SOA时，泵浦波将调制SOA的增益，这个增益又影响探测波的强度变化，使得探测波的强度按泵浦波的强
度变化，用带通滤波器取出变换后的s信号，即可实现从p到s的全光波
长变换。
1.光接收机中有哪些噪声
答：热噪声、散粒噪声和自发辐射噪声。
2.RZ码和NRZ码有什么特点
答：NRZ（非归零码）：编码1对应有光脉冲，且持续时间为整个比特周期，0对应无光脉冲。RZ （归零码）：编码1对应有光脉冲，且持续时间为整个比特周期的一半，0对应无光脉冲。NRZ码的优点是占据频宽窄，只是RZ码的一半；缺点是当出现长连“ 1”或“0”时，光脉冲没有交替变换，接收时对比特时钟的提取是不利的。RZ码解决了长连“ 1”的问题，
但长连“ 0”的问题没解决。
3.通信中常用的线路码型有哪些
答：扰码、mBnB马、插入码和多电平码。
4.光源的外调制都有哪些类型内调制和外调制各有什么优缺点
答：光源的外调制类型有：电折射调制、电吸收MQV调制、M-Z型调制。内调制器简单且廉价，这种调制会引起输出光载波的频率啁啾；外调
制器可以有更高的速率工作，并且有较小的信号畸变。
X假定接收机工作于1550nm带宽为3GHz前置放大器噪声系数为4dB,
接收机负载为R *0"，温度T =300K，量子效率=1，2.55/1.24 2.25A/W，G^1，
设计BER=10丄2，即.7；试计算接收机的灵敏度。，，，解：接收机工作于1550nm则电离系数比为k A =0.7 , G m .1，则散粒噪
声系数为
热噪声电流方差为
£（带数据自己计算）
R L
接收机灵敏度为
P R eB e F A G m •云（带数据自己计算）
R P G m J
6 .在考虑热噪声和散粒噪声的情况下，设APD的F A（G m）=G；, x （0,1），推导
APD的G m的最佳值G opt，此时APD接收机的SNF最大。
解：光接收机输出端的信噪比定义为：
SNR二光电流信号功率/ （光检测器噪声功率+放大器噪声功
率）
光检测器的噪声功率表示为
其中F A（G m）是APD的散粒噪声系数，下标A表示APD的意思，G m是APD的
倍增因子（系数），R是相应度，P R是灵敏度，B e是接收机电带宽。
假设放大器的输入阻抗远大于负载电阻R ,所以放大器电路的热噪声
远小于R L的热噪声，那么光检测器负载电阻的均方热噪声电流为
其中F n是放大器的噪声因子（系数），k B是波尔兹曼常数，T是温度。
放大器输入端的信号功率为-i p G：,其中石是信号功率，i p是用PIN检测到的信号电流。或把输入放大器的信号功率表示为（G：RP R）2，其中P R是输入到PIN的功率。
得到放大器输入端的信噪比为
设APD的F A（G：）=G：，代入上式得到
要使APD接收机的SNF最大，可以求出一个最佳的G m值。通过信噪比对G m 求导，并使导数为零，解出G m的最佳值为
7.证明：对于00K直接检测接收机，其误码率公式为
证明：“ 0”码被误判为“ 1”码和“ 1”码被误判为“ 0”码的几率一样，不妨就以“1”码被误判为“0”码为例来计算误码率。“ 1 ”码被误判为“ 0”码的概率为
当“0”码被误判为“ 1”码和“ 1”码被误判为“ 0”码的几率一样时，阈值电流为
代入上式得到
10 .推导具有光放大器的光接收机的误码率RER= "P'o
（2j（G-1）RB 丿
证明：当输入为“ 1”码时，有光输入，光检测器输出的光生电流（均值电流）与入射光功率成正比
在接收机中，信号与噪声的差动噪声电流方差（“1”码时光生电流方差）为
“0”码时的光生电流1。=0 , “0”码时的光生电流方差为6—0，代入得到
光纤通信课后习题答案
光纤通信课后习题答案 光纤通信课后习题答案 光纤通信作为现代通信技术的重要组成部分，已经在我们的日常生活中扮演着至关重要的角色。通过光纤传输信息可以实现高速、大容量的数据传输，极大地改善了我们的通信体验。而在学习光纤通信的过程中，习题是检验我们对知识掌握程度的重要途径。下面是一些光纤通信课后习题的答案，希望能对大家的学习有所帮助。 1. 什么是光纤通信？ 光纤通信是一种利用光纤作为传输媒介，使用光信号来传输信息的通信方式。它通过将信息转换为光信号，并通过光纤进行传输，最后再将光信号转换为电信号，实现信息的传输和接收。光纤通信具有高速、大容量、低损耗等优点，被广泛应用于电话、互联网、电视等领域。 2. 光纤通信的基本原理是什么？ 光纤通信的基本原理是利用光的全反射特性来实现光信号的传输。光信号在光纤中传输时，会一直沿着光纤内壁发生反射，从而避免了光信号的能量损失。光纤通信系统主要由光源、光纤、光探测器等组成。光源产生的光信号经过调制后，通过光纤传输到目的地，然后被光探测器接收并转换为电信号。 3. 光纤通信相比于传统通信有哪些优势？ 光纤通信相比于传统通信具有以下优势： - 高速传输：光信号的传输速度非常快，可以达到光速的30%左右，远远超过了传统的电信号传输速度。 - 大容量传输：光纤通信可以同时传输大量的信息，其传输容量远远超过了传
统的铜线通信。 - 低损耗：光信号在光纤中传输时，损耗非常小，可以实现长距离的传输。 - 抗干扰性强：光信号在光纤中传输时，不容易受到外界电磁干扰的影响，保 证了通信的稳定性和可靠性。 4. 光纤通信的应用领域有哪些？ 光纤通信在现代社会的各个领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：- 电话通信：光纤通信在电话网络中被广泛应用，可以实现高质量、高速度的 语音通信。 - 互联网通信：光纤通信是互联网的基础设施之一，可以实现高速、大容量的 数据传输，提供了更快速、稳定的网络连接。 - 电视传输：光纤通信在有线电视网络中被广泛应用，可以实现高清晰度、大 容量的视频传输。 - 医疗领域：光纤通信在医疗领域中的应用非常广泛，如光纤内窥镜、光纤激 光手术等，极大地提高了医疗技术的水平。 5. 光纤通信存在的问题和挑战是什么？ 尽管光纤通信在各个领域都有广泛的应用，但仍然存在一些问题和挑战： - 光纤的制造成本较高：光纤的制造过程相对复杂，成本较高，这限制了光纤 通信的普及程度。 - 光纤的维护和保护：光纤通信系统需要定期维护和保护，以确保其正常运行，这需要投入一定的人力和物力。 - 光纤的安全性：光纤通信存在一定的安全隐患，如光纤窃听、光纤破坏等问题，需要加强安全保护措施。
《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。 根据题意，求得在1.55μm的光载波下，数字通信系统的比特率为1.935Gb/s，则能传输30241935路64kb/s的音频信道。 4．SDH体制有什么优点？ 答：（1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的准同步数字体制（PDH）完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性； （2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程，由于大大简化了数字交叉连接（DXC），减少了背靠背的接口复用设备，改善了网络的业务传送透明性； （3）由于采用了较先进的分插复用器（ADM）、数字交叉连接（DXC）、网络的自愈功能和重组功能就显得非常强大，具有较强的生存率。因SDH帧结构中安排了信号的5％开销比特，它的网管功能显得特别强大，并能统一形成网络管理系统，为网络的自动化、智能化、信道的利用率以及降低网络的维管费和生存能力起到了积极作用； （4）由于SDH有多种网络拓扑结构，它所组成的网络非常灵活，它能增强网监，运行管理和自动配置功能，优化了网络性能，同时也使网络运行灵活、安全、可靠，使网络的功能非常齐全和多样化； （5）SDH有传输和交换的性能，它的系列设备的构成能通过功能块的自由组合，实现了不同层次和
光纤通信课后习题答案
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、电压一电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源一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。电压一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。光源一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）、光纤一光检波器耦合器、光 检测器和电流一电压转换器。 光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN和APD然后再通过电流一电压转换器，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1.55卩m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。 根据题意，求得在1.55卩 4.SDH体制有什么优点 答：（1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的准同步数字体制（PDH完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性； （2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程，由于大大简化了数字交叉连接(DXC,减少了背靠背的接口复用设备，改善了网络的业务传送透明性； (3)由于采用了较先进的分插复用器(ADM、数字交叉连接(DXC、网络的自愈功能和重组功
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D 近紫外区 光纤通信概论 —、单项选择题 1. 光纤通信指的是： A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式； D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的： A 近红外区 B 可见光区 C 远红外区 3目前光纤通信所用光波的波长范围是： A A = o. 4~2. O^111 B 九=0. 4一1.8呻 C 九=0. 4一1. 5叩】 D 九=0. 8一1. 8呻 4目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是: A 九=0.85呻、1.20呻、1.80呻; B 九=0.80呻、1.51 呻、1.80呻; C 九=0. 85呻、1.31 呻、1.55呻; "=0.80呻、1.20呻、1. YO^o 6下面说法正确的是： A 光纤的传输频带极宽，通信容量很大;
B光纤的尺寸很小，所以通信容量不大； C为了提高光纤的通信容量，应加大光纤的尺寸； D由于光纤的芯径很细，所以无中继传输距离短。 二、简述题 1、什么是光纤通信？ 2、光纤的主要作用是什么？ 3、与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信有何优点？ 4、光纤通信所用光波的波长范围是多少？ 5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别是多少? 光纤传输特性测量 一、单项选择题 1光纤的损耗和色散属于： A光纤的结构特性； B光纤的传输特性； C光纤的光学特性； D光纤的模式特性。 2光纤的衰减指的是： A由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少； B由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少； C光信号沿光纤传输时，光功率的损耗；
《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 1 arcsin c y n 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 22 12 2 10.032n 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 00 2233.3V a n ππλλ==?=
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光纤通信课后答案 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 简述通信网络的分层结构 构成通信网络的基础设施可用图1.1.3所示的分层模型来描述。这种分层网络支持传统的电复用信号传输，但是也可以提供全光端对端透明连接。在光层中传输的网络功能，如分插复用（ADM ）、交叉连接、信号存储以及业务调度均在光层中完成。 电交换/复接层( 层)LAN POTS CATV OXC OXC OXC 业务和应用层 光传送/网络层光接入声音视频网络管理 OADM OADM OADM: OXC ： 光分插复用光交叉连接SDH/ATM 图1.1.3 通信网络的分层结构 1-4 比较光在空气和光纤中传输的速度，哪个传输得快 答：当光通过比真空密度大的光纤时，其传播速度要减慢，如图1.2.3所示，减慢的程 度与介质折射率n 成反比。
图1.2.3 光通过密度大的介质时传播速度要减慢 1-5 简述抗反射膜的工作原理。 答：当光入射到光电器件的表面时总会有一些光被反射回来，除增加耦合损耗外，还会对系统产生不利的影响，为此需要在器件表面镀一层电介质材料，以便减少反射，如图1.3.6所示。在该例中，空气折射率11=n ，器件材料是硅，5.33=n ，电介质材料选用43N S i ，其折射率9.12≈n ，在空气和硅器件折射率之间。当入射光到达空气和抗反射膜界面时，标记为A 的一些光被反射回来，因为它是外反射，所以反射光与入射光相比有180o 的相位变化。该光波在电介质材料中传播，当到达抗反射膜和器件界面时，除大部分光进入器件外，一些光又被反射回来，标记为B 。因为23n n >，还是外反射，B 光仍有180o 的相位变化，而且当它从抗反射膜出来时，已经受了2d 距离的传输延迟，d 为抗反射膜的厚度。其相位差为()d k c 2，这里c k 是电介质材料的波矢量，并且c c π2=k ，式中c λ是光在电介质材料抗反射膜中的波长。因为2c n λλ=，这里λ是自由空间波长，反射光A 和B 间的相位差是 ()()d n 2 π22λφ=? （1.3.18） 为了减少反射光，光波A 和B 必须相消干涉，这就要求两者的相位差必须为 π 或者 π 的 奇数倍，于是 π2π22m d n =??? ??λ 或 ??? ? ??=??? ??=2 44n m m d c λλ ???= 5 ,3 ,1m （1.3.19） 于是要求镀膜的厚度必须是四分之一镀膜介质波长的奇数倍。 入射光 反射 图1.3.6 镀抗反射膜以减少反射光强度 为了使反射光波A 和B 的相消干涉效果更好，两者的幅度必须尽量相等，这就要求 312n n n =，此时空气和镀膜介质间的反射系数就与镀膜介质和器件间的反射系数相等。在
光纤通信第7章课后习题答案
习题七 1．商业级宽带接收机的等效电阻Ω=75eq R 。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0~－16dBm 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Ω=75eq R 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。 解：因为是PIN ，所以1G =，由eq eq t eq x D P eq R B kTF B G I I e B P R RIN P mRG N C /4)(2)()(5.0222 +++=+得到 eq eq t eq D P eq R B kTF B I I e B P R RIN P mR N C /4)(2)()(5.022 +++= 再由一次光生电流P I RP =，得到 eq eq t eq D eq eq R B kTF B eI B P eR B P R RIN P mR N C /422)()(5.022 +++= 其中P 是光检测器接收到的平均光功率。 把参数191.610e C -=?，0.6/R A W =，143/RIN dB Hz =-，10eq B MHz =，10D I nA =，231.3810/k J K -=?，290T K =，75eq R =Ω，3t F dB =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 2 0.5()4/t eq eq C mRP N kTF B R = 把01P dBm mW ==代入可以求出其值。 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： 22220.5()0.5()0.5()2()224P D eq P eq eq eq C mRP mRP mRP m RP N e I I B eI B eRPB eB ====+ 把01P dBm mW ==代入可以求出其值。 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 2 20.5()()eq C mRP N RIN RP B = 把01P dBm mW ==代入可以求出其值。
光纤通信原理课后答案
光纤通信原理课后答案 【篇一：光纤通信原理参考答案】 >第一章习题 1-1 什么是光纤通信? 光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。 1-2 光纤通信工作在什么区，其波长和频率是什么? 1-3 bl积中b和l分别是什么含义? 系统的通信容量用bl积表示，其含义是比特率—距离积表示，b为 比特率，l为中继间距。 1-4 光纤通信的主要优点是什么? 光纤通信之所以受到人们的极大重视，是因为和其他通信手段相比，具有无以伦比的优越性。主要有： (1) 通信容量大 (2) 中继距离远 (3) 抗电磁干扰能力强，无串话 (4) 光纤细，光缆轻 (5) 资源丰富，节约有色金属和能源。 光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。因而经济效益非 常显著。 1-5 试画出光纤通信系统组成的方框图。 一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收 机和由光纤构成的光缆等组成。 1-5 试叙述光纤通信的现状和发展趋势。 略 1 第二章习题 求： (1) 激光波长； (2) 平均能流密度； (3) 平均能量密度； (4) 辐射强度； 1）??c3?108 （??3?1013?10?5m （2）?w ??s?100
10?10?9???(10?2)2?3.18?1013j/ms2 （3）?c?3.18?1013 3?108?1.06?105j/m2s （4）i??3.18?1013j/ms2 2-2 以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m。 （1）从第一级明纹到同侧旁第四级明纹间 的距离为7.5mm，求单色光的波长； （1）??ax d??k? x?d?d? 1a x4?4a xd? 4?x1?3a ??a(x4?x1) 3d?5?10?7m （2）?x?d? a?3?10?3m 2 2-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。油的折射率为1.3，玻璃的折射率为 1.5 ，若单色光的波长可由光源连续调节，并观察到500nm与 700nm这两个波长的单色光在反射中消失，求油膜的厚度。 解：由于空气的折射率小于油的折射率，油的折射率小于玻璃的折射率，薄油膜的上、下两表面反射而形成相干光，由于两束光的路程不同而引起的光程差为2 n2e；由于薄油膜的上、下两表面反射光都发生位相突变而不引起额外的光程差。 所以总的光程差为 ??2n2e 当反射光因干涉而减弱，则有 ??2n2e?(k?1/2)? 由上式得(k1?1/2)?1?(k2?1/2)?2k1 ，k2=1，2，3? ? 所以k1 =4，k2=3 把n2=1.3代入得到油膜的厚度为干涉加强的光波波长为： e=673.08nm 2-4 、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9 略 解：利用马吕斯定律：i?i0cos2? i1cos230? ??3:1 2i2cos60? 2（1）i?i0sin2?cos2??sin2? 4
光纤通信第四版王辉课后答案
光纤通信第四版王辉课后答案 1、什么是SDH？简述出主要特点 答：（1）SDH 技术是在信息结构等级、开销安排、同步复用映射结构、指针定位调整和网络节点接口等方面标准化的、主要采用光纤传输媒质（少量微波和电缆）的数字传送技术。（2）特点（优点）：①具有统一标准光接口；②开销比特丰富；③采用数字同步复用；④数字分插复用直接上下2Mbit/s；⑤数字交叉连接提高网络灵活性；⑥环形网具有“自愈”能力。 2、SDH 的帧结构由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 答：SDH 的帧结构由三部分组成：（1）STM-N 净负荷：存放STM-N 传送的各种用户信息码块；（2）段开销SOH：保证信息净负荷正常传送所必须附加的运行、管理和维护（OAM）字节；（3）管理单元指针：指示信息净负荷的第一个字节在STM-N 帧内的准备位置。 3、目前使用的SDH 信号的速率等级是如何规定的？ 答：SDH 信号的速率等级是在传输线路的基础上定义的，传输线路可以是光线，也可以是微波和卫星传输通道。 4、光纤放大器有哪些类型？ 答：半导体光放大器、掺铒光放大器、拉曼放大器。 5、EDFA 能放大哪个波段的光信号？简述EDFA 的结构？工作原理？ 答：（1）EDFA 能对1550nm 波段的光进行放大；（2）结构：由掺铒光纤、泵浦源、波分复用器、光隔离器、滤波器组成；（3）原理：铒离子吸收泵浦光产生受激辐射光,使传输信号光得到放大。 6、对于980nm 泵浦和1480nm 泵浦的EDFA，哪种泵浦方式的功率转换效
率高？哪种泵浦方式的噪声系数小？为什么？ 答：（1）980nm泵浦的EDFA功率转换效率高，可达11dB/mW，而1480nm的只有6.5dB/mW；（2）前者的噪声系数小，只有3.2dB~3.4dB，而后者最小约为4dB；（3）这是因为采用1480nm 泵浦的方向泵浦时，具有高的量子转换效率。 10、拉曼光纤放大器突出的优点是什么？ 答：（1）增益介质为普通传输光纤，与光纤具有良好的兼容性；（2）增益波长由泵浦光波长决定，不受其他因素限制；（3）增益高，串扰小，噪声系数低，频谱范围宽，温度稳定性好。 11、举例说明光纤放大器在光纤通信领域中的应用。 答：（1）EDFA 在密集波分复用大容量超长光纤传输方面发挥巨大作用，如在DWDM 系统、HFC 系统中的应用；（2）RFA 的应用：独立拉曼宽带放大器、RFA+EDFA 混合放大器、用RFA 制成有源无损器件或动态均衡器件。
光纤通信原理习题库及答案
光纤通信原理习题库及答案 一、单选题（共50题，每题1分，共50分） 1、下列属于有源光器件的是( )。 A、光连接器 B、光隔离器 C、半导体激光器 D、耦合器 正确答案：C 2、( )的主要功能有补偿衰减的光信号，对畸变失真的信号波形进行整形，以延长通信距离。 A、光电检测器 B、光中继器 C、电光中继器 D、全光中继器 正确答案：B 3、光纤是利用光的以下哪种现象传送光信号的?（） A、辐射 B、散射 C、折射 D、全反射 正确答案：D 4、目前使用的光纤一般是（）光纤。 A、阶跃型单模光纤 B、渐变型单模光纤 C、阶跃型多模光纤 D、渐变型多模光纤 正确答案：A 5、SDH的复用采用（）。 A、按比特间插 B、同步复用、按字节间插 C、异步复用、 D、按字节间插 正确答案：B 6、光纤通信中光需要从光纤的主传输信道中取出一部分作为测试用时，
需用（）。 A、光纤连接器 B、光功率衰减器 C、光功率隔离器 D、光耦合器 正确答案：D 7、渐变型多模光纤一般纤芯直径为（）μm， A、300μm B、600μm C、200μm D、50μm 正确答案：D 8、加强元件一般采用圆形钢丝、扇形( )丝、钢绞线或钢管等。 A、玻璃 B、钢 C、木头 D、塑料 正确答案：B 9、光纤通信指的是（）。 A、以水作载波、以电缆为传输媒介的通信方式 B、以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式 C、以电作载波、以光纤为传输媒介的通信方式 D、以空气作载波、以导线为传输媒介的通信方式 正确答案：B 10、光纤通信是以以下哪一选项为载体（）。 A、微波 B、卫星 C、电信号 D、光波 正确答案：D 11、光发射机中实现电/光转换的关键器件是（）。 A、光放大器 B、调制电路 C、光源
光纤通信课后习题解答第3章习题参考答案
第三章 光纤的传输特性 1．简述石英系光纤损耗产生的缘故，光纤损耗的理论极限值是由什么决定的？ 答：（1） （2）光纤损耗的理论极限值是由紫外吸收损耗、红外吸收损耗和瑞利散射决定的。 2．当光在一段长为10km 光纤中传输时，输出端的光功率减小至输入端光功率的一半。 求：光纤的损耗系数α。 解：设输入端光功率为P 1，输出端的光功率为P 2。 那么P 1＝2P 2 光纤的损耗系数()km dB P P km P P L /3.02lg 1010lg 102 221==＝α 3．光纤色散产生的缘故有哪些？对数字光纤通信系统有何危害？ 答：（1）依照色散产生的缘故，光纤的色散要紧分为：模式（模间）色散、材料色散、波导色散和极化色散。 （2）在数字光纤通信系统中，色散会引发光脉冲展宽，严峻时前后脉冲将彼此重叠，形成码间干扰，增加误码率，阻碍了光纤的传输带宽。因此，色散会限制光纤通信系统的传输容量和中继距离。 4．什么缘故单模光纤的带宽比多模光纤的带宽大得多？ 答：光纤的带宽特性是在频域中的表现形式，而色散特性是在时域中的表现形式，即色散越大，带宽越窄。由于 光纤损耗 吸收损耗 本征吸收 杂质吸收 紫外吸收 氢氧根（OH －）吸收 散射损耗 弯曲损耗 光纤弯曲损耗
光纤中存在着模式色散、材料色散、波导色散和极化色散四种，而且模式色散>>材料色散＞波导色散＞极化色散。由于极化色散很小，一样忽略不计。在多模光纤中，要紧存在模式色散、材料色散和波导色散；单模光纤中不存在模式色散，而只存在材料色散和波导色散。因此，多模光纤的色散比单模光纤的色散大得多，也确实是单模光纤的带宽比多模光纤宽得多。 5．均匀光纤纤芯和包层的折射率别离为n 1=1.50，n 2=1.45，光纤的长度L=10km 。试求： （1）子午光线的最大时延差； （2）假设将光纤的包层和涂敷层去掉，求子午光线的最大时延差。 解：（1） 1sin 2111 1⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=n n C Ln n C L n C L c M θτ () s 1.72145.150.110350.1105μ=⎪⎭ ⎫ ⎝⎛-⨯⨯=km km （2）假设将光纤的包层和涂敷层去掉，那么n 2=1.0 1sin 2111 1⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=n n C Ln n C L n C L c M θτ () s 5210.150.110350.1105μ=⎪⎭ ⎫ ⎝⎛-⨯⨯=km km 6．一制造长度为2km 的阶跃型多模光纤，纤芯和包层的折射率别离为n 1=1.47，n 2=1.45，利用工作波长为1.31μm ，光源的谱线宽度Δλ＝3nm ，材料色散系数D m ＝6ps/nm·km ，波导色散τw ＝0，光纤的带宽距离指数γ＝0.8。试求： （1）光纤的总色散； （2）总带宽和单位千米带宽。 解：（1）()ns s km km n n C Ln M 2.135145.147.1/10347.1215211=⎪⎭ ⎫ ⎝⎛-⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=τ ()ps km nm km nm ps L D m m 3623/6=⨯⨯⋅=⋅∆⋅=λτ ()ns w m M 2.135036.02.135 )(2222=+=++=ττττ总
光纤通信课后习题解答参考答案
考虑题参考答案 1、SDH帧由哪几部分组成？SDH有哪些显著特点？ 答：SDH帧由净负荷，管理单元指针和段开销三部分组成。 SDH主要优点有：高度标准化的光接口标准、较好的兼容性、灵敏的分插功能、强大的网络管理才能和强大的自愈功能。其缺点有：频带利用率不如PDH高、设备复杂性增加、网管系统的平安性能要求高。 2、根据帧构造，计算STM-1、STM-4的标称速率。 解：STM-1的标称速率： 一帧的比特数：9×270×8＝19440〔比特〕，传送一帧所用时间为125μs，故标称速率为：19440/(125×10－6)＝155520〔kb/s〕。 STM-4的标称速率： STM-4帧为9行，270×4列，传送一帧所用时间为125μs。可以看出STM-4的列数是STM－1的4倍，其余都一样，所以：STM－4的标称速率为：155520×4＝622080〔kb/s〕 3、STM-N帧长、帧频、周期各为多少？帧中每个字节提供的通道速率是多少？ 答：STM-N帧长为9×270N×8比特，帧频8000帧/秒，周期为125μs。 帧中每个字节提供的通道速率为：8比特/帧×8000帧/秒＝64kb/s。 4、段开销分几部分？每部分在帧中的位置如何？作用是什么？ 答：段开销分为再生段开销和复用段开销两部分。 再生段开销位于STM-N帧中的1~3行的1~9×N列，用于帧定位，再生段的监控、维护和管理。 复用段开销分布在STM-N帧中的5~9行的1~9×N列，用于复用段的监控、维护和管理。 5、管理单元指针位于帧中什么位置？其作用是什么？ 答：管理单元指针存放在帧的第4行的1~9×N列，用来指示信息净负荷的第一个字节在STN-N帧内的准确位置，以便正确地分出所需的信息。 6、简述2.048Mbit/s信号到STM-1的映射复用过程。 答：2.048Mbit/s信号经过C-12、VC-12、TU-12、TUG-2、TUG-3、VC-4、AU-4和AUG-1映射复用成STM-1的成帧信号。 7、STM-1最多能接入多少个2Mbit/s信号？多少个34Mbit/s信号？多少个140Mbit/s 信号？ 答：STM-1最多能接入63个2Mbit/s信号，,3个34Mbit/s信号，1个140Mbit/s信号。 8、SDH网采用异步映射方式接入PDH信号时，140Mbit/s、2Mbit/s和34Mbit/s信号接入时各采用何种调整方式？ 答：SDH网采用异步映射方式接入PDH信号时，140 Mbit/s信号以正码速调整方式装
《光纤通信》第2章课后习题答案
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 θ θ=，得到 sin /sin sin 67/sin 33y 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 1 arcsin c y n 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 22 122 10.032n 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 2233.3V a n π π λλ= ⋅= 光纤中传播的模数量 2 5542 V 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。试问： （1）其纤芯直径为多少？ （2）在1310nm 波长上可以支持多少个模？ （3）在1550nm 波长上可以支持多少个模? 解：（1 ）由11 1 22V a NA ππ λλ=⋅，得到纤芯直径为 11130.2722V a NA λλππ= ⋅==≈ （2）当2 1.31m λμ=，有 1222λλππ= 得到模的个数为 ()() 2 2 1212 220.8510004211.31M M λλ==⨯= （3）当2 1.55m λμ=，得到模的个数为 ()() 2 2 1312 220.8510003541.55M M λλ==⨯= 6．用纤芯折射率为1 1.5n =，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率08f MHz =
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 () 2 1 ⎩⎨ ⎧≥<=a r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121⎪ ⎩⎪⎨⎧≥<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=a r n a r a r n r n c m α