《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—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的概念。
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+EDFA方式。
答：采用WDM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
22max 12sin 0.24NA n n 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
22122
10.032n n n -∆=≈ 光纤的数值孔径为
22120.38NA n n =-≈
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
221210022233.3V a n n a n π
πλλ=-=⋅∆=
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221121122V a n n a NA π
πλλ=-=⋅，得到纤芯直径为
111120.85200030.272220.20
M V a NA NA λλπππ=⋅=⋅=≈ （2）当2 1.31m λμ=，有
12122222M M NA NA λλππ⋅=⋅
得到模的个数为
()()2
21212220.8510004211.31M M λλ==⨯= （3）当2 1.55m λμ=，得到模的个数为
()()2
21312220.8510003541.55M 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 =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
01/T f =
信号在纤芯中传输的速度为
1/v c n =
由于信号延迟半个脉冲周期，则光纤的长度L 为
86
101310112.522 1.52810T c L v m n f ⨯=⨯=⨯==⨯⨯ 7．有阶跃型光纤，若1 1.5n =，0 1.31m λμ=，那么
（1）若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5a m μ=，保证单模传输时，∆应怎么选择？
解：（1）由归一化频率221210
0222V a n n a n ππλλ=-=⋅∆得到
0122V
a n λπ=∆
为了保证光纤中只能存在一个模式，则要求 2.405V <，则要求光纤纤芯半径
012.405 1.31 2.4050.47222 1.520.25
a m n λμππ<=≈∆⨯⨯ （2）若取芯径5a m μ=，保证单模传输时，则
22
001111 2.4050.0022222V n a n a λλππ⎛⎫⎛⎫∆=<≈ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 8．渐变光纤的折射指数分布为
()()1/2012r n r n a α⎡⎤⎛⎫=-∆⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦
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
()()()()222
201r NA r n r n a n a α⎡⎤⎛⎫=-=∆-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦ 9．某光纤在1300nm 处的损耗为0.6/dB km ，在1550nm 波长处的损耗为0.3/dB km 。假设下面两种光信号同时进入光纤：1300nm 波长的150W μ的光信号和1550nm 波长的100W μ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W μ为单位。
解：对于1300nm 波长的光信号，在8km 和20km 处的功率各是
/100.4810
15010L o i P P W αμ--==⨯， 1.215010W μ-⨯ 对于1550nm 波长的光信号，在8km 和20km 处的功率各是
/100.2410
10010L o i P P W αμ--==⨯，0.610010W μ-⨯ 10．一段12km 长的光纤线路，其损耗为1.5/dB km 。试回答：
（1）如果在接收端保持0.3W μ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2.5/dB km ，则所需的输入光功率为多少？ 解：（1）根据损耗系数定义
10lg i o P L P α=
得到发送端的功率至少为
/10 1.8100.310L o i P P W αμ--==⨯
（2）如果光纤的损耗变为2.5/dB km ，则所需的输入光功率为
/10310
0.310L o i P P W αμ--==⨯ 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1 1.49n =，相对折射率差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∆为
22122
10.012n n n -∆== 则得到
2 1.475n =
接收端最快和最慢的模式之间的时延差
23
1825100.010.113310 1.475
Ln s cn δτμ⨯=∆=⨯=⨯⨯ （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
212
0.113Ln T s cn δμ=∆≈
（3）光纤的带宽距离积
8
22
1443108.05/1.490.01c BL km Gb s n ⨯⨯===⋅∆⨯ 12．有10km 长0.30NA =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∆为
22
1110.300.02122 1.45NA n ⎛⎫⎛⎫∆==≈ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 由阶跃光纤的比特距离积12c BL n <
∆，得到光纤带宽 149/2c B Mb s n L
<≈∆
1．计算一个波长为1m λμ=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1m λμ=的光子能量为
834206310// 6.6310 1.991010c m s E hf hc J s J m
λ---⨯===⨯⋅⨯=⨯ 对1MHz 和100MHz 的无线电的光子能量分别为
346286.6310110 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯
346266.631010010 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯
2．太阳向地球辐射光波，设其平均波长0.7m λμ=，射到地球外面大气层的光强大约为20.14/I W cm =。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
348
4441660.14 6.6310310101010 3.98100.710
c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯=⨯=⨯⨯
3．如果激光器在0.5m λμ=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
348
216
1 6.6310310 3.98100.510
c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯====⨯⨯ 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
12
11
ln 2th G L r r α=+
其中α是介质的损耗系数，12,r r 分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器的增益th G G ≥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 λ=说明为什么LED 的FWHM 功率谱宽度在长波长中会变得更宽些？
证明：由/E hc λ=得到2
hc
E λλ∆=-∆，于是得到2
E hc
λλ∆=-
∆，可见当E ∆一
定时，λ∆与2λ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。
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π层），最后一层是一个N +
（N +
是N 型重掺杂）层。
高场区是P 区，耗尽区是P π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0.8m μ波段接收功率是710W -，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 λ。
解：（1）量子效率为1/30.33η==
（2）由量子效率//p p in in I e
I hv
P hv P e
η==⋅得到
8
/ 2.21022/p p in in I e e
I P A nA P hv
hc
ηλ-=
=
=⨯=
（3）GaAsPIN 的禁带宽度为 1.424g E eV =，则截止波长为
1.24 1.24()0.871.424
g m m E λμμ=
== 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－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－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1.3m μ和1.55m μ波长时的
响应度，说明为什么在1.55m μ处光电二极管比较灵敏。
解：1.3m μ时的响应度为()
0.8 1.3
0.84/1.24 1.24m R A W ηλμ⨯=
=
=；
1.55m μ时的响应度为()0.8 1.55
1/1.24 1.24
m R A W ηλμ⨯=
==。 因为响应度正比于波长，故在1.55m μ处光电二极管比1.3m μ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()0G z I I e α-=，其中0I 为初始光强，G 为光强增益系数，α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 dI +，在光
放大时0dI >，可写成dI GIdz =，即/d I
I G d z =，若G 为常数，则积分得到0Gz I I e =；
在衰减时，0dI <，可写成dI Idz α=-，即/dI I dz
α=-，若α为常数，则积
分得到0z I I e α-=；
所以，当光放大和光衰减同时存在时，便有()0G z I I e α-=。 显然，此式成立的条件是：,G α都与,I 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12,r r ，谐振腔介质的光强损耗系数为α，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
12
11
ln 2G L r r α≥+
解：在谐振腔内任取一点z ，此点光强()I 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
()212
(2)()G L
I z L I z rr e α-+=
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
(2)()I z L I z +≥
即()212()()G L I z rr e I z α-≥，得到()2121G L
rr e
α-≥，因而 12
11ln 2G L r r α≥+
记12
11
ln 2th G L r r α≡+，是谐振腔的总损耗，只有增益th G G ≥时，才能产生激光，
故把th G 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2×2耦合器构成一个8×8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。
1 2 3 4 5 6 7 8
1 23 45678
4.简述光耦合器和WDM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WDM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是否可作光开关？
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（常见的有掺铒和掺镨光纤放大器）
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的泵浦方式有哪些？各有什么优缺点？
答：EDFA的三种泵浦形式：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WDM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27out
P
dBm ，求放大器的增益。
解：G= 10log 10（P out /P in ）= 10log 10P out -10log 10P in =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。
5．一个长250μm 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，则可用来提高发射光功率，增加入纤功率，延长
传输距离。
7．EDFA的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 out/P in，如果用分贝作单位定义为G=10log10（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
λ和泵浦波pλ经耦合注入到SOA中，SOA对入射光功率存在
s
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
λ信号，即可实现从pλ到sλ的全光波长变换。
s
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 码、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MQW 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。
5．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100L R =Ω，温度300T K =，量子效率1η=， 1.55/1.24 1.25/R A W ==，
1m
G =，设计12
10BER -=，即7γ≈，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0.7A
k
=，1m G =，则散粒噪
声系数为
1
()(1)(2)0.87A m A m A m
F G k G k G =+--
≈ 热噪声电流方差为
24B re n e L
k T
F B R σ=
（带数据自己计算） 接收机灵敏度为
()re R e A m m P eB F G R G σγγ⎡
⎤
=
+⎢⎥⎣⎦
（带数据自己计算） 6．在考虑热噪声和散粒噪声的情况下，设APD 的()x
A
m
m
F G
G =，(0,1)x ∈，推导
APD 的m
G 的最佳值opt
G ，此时APD 接收机的SNR 最大。
解：光接收机输出端的信噪比定义为：
SNR =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
22
4()m A m R e eG F G RP B σ=散粒
其中()A
m
F G 是APD 的散粒噪声系数，下标A 表示APD 的意思，m
G 是APD
的倍增因子（系数），R 是相应度，R
P 是灵敏度，e
B 是接收机电带宽。
假设放大器的输入阻抗远大于负载电阻L
R ，所以放大器电路的热噪声
远小于L
R 的热噪声，那么光检测器负载电阻的均方热噪声电流为
24B RE n e L
k T
F B R σ=
其中n
F 是放大器的噪声因子（系数），B
k 是波尔兹曼常数，T 是温度。
放大器输入端的信号功率为
22
p m i G ，其中2p i 是信号功率，p
i 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2()m
R G RP ，其中R P 是输
入到PIN 的功率。
得到放大器输入端的信噪比为
2
2()44()m R B m A m R e n e
L
G RP SNR k T
eG F G RP B F B R =
+
设APD 的()x
A m
m F G
G =，代入上式得到
2
2()44m R x
B m m R e n e
L
G RP SNR k T eG G RP B F B R =
+
要使APD 接收机的SNR 最大，可以求出一个最佳的m
G 值。通过信噪比对m
G
求导，并使导数为零，解出m
G 的最佳值为
2
2x opt
B n R L k TF G xeRP R --⎛⎫
= ⎪⎝⎭
《光纤通信》第二版刘增基课后习题答案
1-1光纤通信的优缺点各是什么？ 答与传统的金属电缆通信、微波无线电通信相比，光纤通信具有如下优点：(1) 通信容量大．首先，光载波的中心频率很高，约为2 X10^14Hz ，最大可用带宽一般取载波频率的10 %，则容许的最大信号带宽为20 000 GHz( 20 THz ) ；如果微波的载波频率选择为20 GHz ，相应的最大可用带宽为2 GHz。两者相差10000 倍．其次，单模光纤的色散几乎为零，其带宽距离（乘）积可达几十GHz·km ；采用波分复用（多载波传输）技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍．目前，单波长的典型传输速率是10 Gb ／s。，一个采用128 个波长的波分复用系统的传输速率就是1 . 28 Tb / s . ( 2 ）中继距离长。中继距离受光纤损耗限制和色散限制，单模光纤的传输损耗可小千0 . 2 dB / km ，色散接近于零． ( 3 ）抗电磁干扰．光纤由电绝缘的石英材料制成，因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰，包括闪电、火花、电力线、无线电波的千扰．同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。 ( 4 ）传输误码率极低。光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小，而且稳定，．噪声主要来源于t 子噪声及光检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声．只要设计适当，在中继距离内传输的误码率可达10^-9甚至更低。 此外，光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。当然光纤通信系统也存在一些不足： ( 1 ）有些光器件（如激光器、光纤放大器）比较昂贵。 ( 2 ）光纤的机械强度差，为了提高强度，实际使用时要构成包声多条光纤的光缆，光统中要有加强件和保护套。 ( 3 ）不能传送电力．有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光纤显然不能胜任。为了传送电能，在光缆系统中还必须额外使用金属导线． （4）光纤断裂后的维修比较困难，需要专用工具。 1-2 光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。 答光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成（参看图1 . 4 ）。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地，接收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作又分为电发射机和光发射机。电发射机的作用是将信（息）源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等，光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用藕合技术把光信号最大限度地注人光纤线路．光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性；光源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数（如光的强度）．光纤线路把来自于光发射机的光信，能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机．光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，接失和连接器是不可缺少的器件．光接收机把从光线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号．光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机换，包括码型反变换和多路分接等． 1-3 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 um 的光载波上能传输多少路64 kb / s 的话路？ 解在5GHz微波载波上能传输的64kb/s的话路数K=(5*10^9*1%)/(64*10^3)≈781(路) 在 1.55um的光载波上能传输的64kb/s的话路数K=（（3*10^8）/(1.55*10^-6)）/(64*10^-3)=3.0242*10^7（路）
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
光纤通信技术习题及答案.doc
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==?=
《光纤通信》习题及答案
一、填空（共10题，每空1分，共12分） 1、STM-1信号的幀结构中共有__2430____字节，其中AU-PTR 有__9___字节，MSOH 有__45___字节，净负荷区有__261___列。 2、目前，实用光纤的三个低损耗窗口在___850______nm 、_1310____nm 和_1550_____nm 。 3、按照在光纤中传输的模式分类，光纤可分为__多模光纤_______和___单模光纤_________。 4、掺饵光纤放大器的工作波长范围在___1550nm_______附近，与光纤的最低损耗窗口一致。 5、单模传输的条件是__V ≦2.40483_________。 6、激光器是对温度敏感的器件，因此在光发射模块中使用了__温度___控制电路。 二、选择题：（单项选择，共10题，每题2分） 1、阶跃型折射指数分布光纤中总的模数量等于 b 。 （a ） 121n n n - （b ） 22V (c) ?21n (d) 4 2 V 2、在研究光和物质相互作用时,爱因斯坦指出存在三种不同的基本过程：自发辐射、受激辐射和受激吸收，其中激光器的原理是 b 。 （a ） 全反射 （b ）受激辐射 (c) 受激吸收 (d)自发辐射 3、光电检测器是把光信号转换为电信号的期间，其是利用材料的 来实现的。 （a ） 光电效应 （b ）能量 (c) 时延 。(d)衰减 4、折射定律表明了 d 和 之间的关系。 （a ） 入射波、反射波 （b ）反射波、入射波 (c) 折射波、反射波 (d)入射波、折射波 5、在SDH 帧结构中， b 是用于指示第一个净负荷在STM 中的位置的。 （a ） 容器 （b ）管理单元指针 (c) 段开销 (d) 信息净负荷 6、下列哪个不是光中继器的功能：____b________ （a ）放大 （b ）监控 (c) 整形 (d) 定时 7、多模光纤中占主导地位的是哪种色散：_____a_______ (a)模式色散 (b)材料色散 （c ）波导色散 （d ）偏振模色散 8、SDH 的STM-4帧结构中再生段开销字节位于____b_____位置? (a)1-3行的前9列 （b ）1-3行的前36列 （c ）4行的前36列 （d ）5-9行的前9列 9、一个STM_1可以复用___d___个2M 信号。 （a ）1 （b ）8 （c ）3 （d ）63 10、光纤接入网目前采用的什么组网结构___c______ （a ）星型 （b ）总线型 （c ）树型 （d ）环型 三、判断题（共10题，每题2分，共20分） 1、光电检测器的灵敏度必须以误码率为前提。 （√） 2、SDH 的块状帧STM-1、 STM-4、 STM-16 、STM-64信号的帧周期呈4倍关系。（√） 3、低阶SDH 到高阶SDH 以字节见插的方式复用。（√） 4、阶跃型折射率光纤中光信号的传输轨迹是曲线。（×） 5、SDH 是基于TDM 理论的技术，对时钟要求高。（√） 6、弱导波光纤就是传输光信号质量很差的光纤。（×） 7、WDM 光网络在通信网络中的地位处于纵向分层的底层，属于传送网或者承载网。（√） 8、渐变型折射率光纤能够克服光纤的波导色散。（×）
光纤通信课后习题答案.docx
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
光纤通信第二版课后答案柳春锋
光纤通信第二版课后答案柳春锋 对于通信行业，相信大家都不陌生，光纤光缆的传输效果是非常的好的。它不仅能把电信号转换为光波，还可以传送信息给计算机等设备。那么，光纤光缆能够传输数据吗？答案是 C。 一、答案解析 光缆是用一种透明的、纤芯由玻璃或聚乙烯材料制成的一种复合式通信载体。光纤光缆传输数据时，是将电信号转换为光信息，在介质中形成连续波进行信息传输；而把光信息再转换为电信息则是光纤通信中的一个重要应用。通常情况下，数据和电之间是没有隔开的。因此，信息传送时是不需要电火花的，而需要将光信息转变为电信息来进行传送。如图3所示。 1、按功能分类 光缆按功能分为光纤通信光缆和光电转换光缆。光纤通信光缆可分为两大类：波分复用型(SFC)、非波分复用型(NRC)及多模光纤光缆。一种是在光纤中注入石英玻璃和金属离子的混合体中引入的光纤复合体，使之形成光纤通信光缆；另一种是将这种光纤用特殊的制作工艺制成后再加入玻璃或聚乙烯材料制成的复合式光纤或超高分子光纤；另一种是用无源的半导体材料制成的光纤或用玻璃作为绝缘体，其在光波段与带电粒子进行辐射而不能发出光，这种光纤又叫单芯光纤；还有的光纤通信缆芯由玻璃制成；最常见的是玻璃光纤通信光缆，如图4所示。(a)一种光纤，由于光纤的本质，光纤作为光纤通信系统（光纤通信）核心元件之一，同时又是一个复杂而庞大的系统；光纤和光缆组成！光纤光缆具有耐火性能好的特点，使用寿命长，可靠性好；又可以进行远距离传输；可根据实际情况，灵活应用光纤光缆，可根据不同的使用要求，使用不同材料，制造不同性能的光缆产品等因素来确定不同规模和规格的光纤光缆之间，又可以根据其功能来划分为光缆和无源光缆两大类。 2、按安装方式分类 按安装方式，可以分为直埋式和波分多址光缆。直埋式光缆是将光纤埋在地下，不用接地就能使用。一般采用普通硅胶光缆作为干线光缆及数据通信系统的网络传输干线光纤。光缆的特点是具有绝缘、强度高、重量轻（一般小于600 kg)及安装方便等优点；目前用于传输的光纤也大多采用此类结构和技术。预制棒是用直径为8~10μ m的圆棒制成一个光纤预制棒，长度通常为1~2 m,用直径小于0.5 mm的塑料制成，将预制棒插入光纤中，当传输到需要传输的目标时，塑料芯棒和玻璃芯棒就会相互缠绕；当两个纤芯在一起时又可彼此分离起来，形成一个独立的系统；还可通过两个分支之间相互交织排列，使其在电弧条件下连续传输数据；最后再通过光纤到达另一个节点上。这种方式可以使传输距离得到延长，提高了传输速率；也可以使数据传输量大大增加（减少）。 3、按制造工艺分类 按制造工艺可分为：预制式、固定式和分布式光缆。预制式光缆主要用于局域网中，如某通信网络、地市等；固定式光缆主要用于固定或半固定通信线路中，如在通信线路上铺设光缆时不需要人工调整光纤与光缆的距离；而小型光纤是用于城市宽带中传输语音或数据信息的通讯光缆。光纤由玻璃纤维制成（玻璃纤维）或聚乙烯(PE)的光纤光缆；不具有光纤与光传输特性的单模光纤和多模光纤；不具备光纤所具备特性的新型非定向光纤光缆。如光纤与光缆不同就其制造工艺来看：传统的预制式光缆是一种采用热塑性弹性体(TPU)树脂和聚酯复合而成的光缆；传统的光缆是将树脂直接挤出成型和热塑性处理等过程；其在制造过程中没有进行高温加热加工所以被称为是无菌操作过程；而热塑性弹性体(Polyverse Chronicles)是一种热塑性树脂和热成型塑料，它们主要由一组或多组分固性物质组成，在加热或冷却时变硬变形或熔融并凝固形成多孔结构而具有弹性及各种形状（包括不规则）变化过程，并最终形成光缆骨架的材料。如聚丙烯、聚氯乙烯复合材料或聚乙烯塑料预制缆其主要性能指标如下:1.产品密度：大于5 kg/m 1;2.电绝缘性：具有良好的电绝缘性和耐磨性；耐冲击；绝缘和耐油等性质；绝缘电阻大于等于1000兆
《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》习题解答
第1章 1.光通信的优缺点各是什么？ 答：优点有：通信容量大；传输距离长；抗电磁干扰；抗噪声干扰；适应环境；重量轻、安全、易敷设；；寿命长。 缺点：接口昂贵；强度差；不能传送电力；需要专用的工具、设备以及培训；未经受长时间的检验。 2.光通信系统由哪几部分组成，各部分功能是什么？ 答：通信链路中最基本的三个组成部分是光发射机、光接收机和光纤链路。各部分的功能参见1.3节。 3.假设数字通信系统能够在载波频率1%的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55 μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？ 答：5GHz×1％/64k＝781路 （3×108/1.55×10-6）×1％/64k＝3×107路 4.SDH体制有什么优点？ 答：主要为字节间插同步复用、安排有开销字节用于性能监控与网络管理，因此更加适合高速光纤线路传输。 5.简述未来光网络的发展趋势及关键技术。 答：未来光网络的发展趋势为全光网，关键技术为多波长传输和波长交换技术。 6.简述WDM的概念。 答：WDM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，一起注入同一根光纤，进行传输。这样就充分利用光纤的巨大带宽资源，可以同时传输多种不同类型的信号，节约线路投资，降低器件的超高速要求。 7.解释光纤通信为何越来越多的采用WDM+EDFA方式。 答：WDM波分复用技术是光纤扩容的首选方案，由于每一路系统的工作速率为原来的1/N，因而对光和电器件的工作速度要求降低了，WDM合波器和分波器的技术与价格相比其他复用方式如OTDM等，有很大优势；另一方面，光纤放大器EDFA的使用使得中继器的价格和数量下降，采用一个光放大器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，因而WDM＋EDFA方式是目前光纤通信系统的主流方案。 8.WDM光传送网络（OTN）的优点是什么？ 答：（1）可以极提高光纤的传输容量和节点的吞吐量，适应未来高速宽带通信网的要求。 （2）OXC和OADM对信号的速率和格式透明，可以建立一个支持多种电通信格式的、透明的光传送平台。 （3）以波长路由为基础，可实现网络的动态重构和故障的自动恢复，构成具有高度灵活性和生存性的光传送网。
《光纤通信》课后习题答案汇总
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，实现了不同层次和各种拓扑结构的网络，十分灵活；
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6章课后习题答案
习题六 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 码、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MQW 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。 5．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100L R =Ω，温度300T K =，量子效率1η=， 1.55/1.24 1.25/R A W ==，1m G =，设计1210BER -=，即7γ≈，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0.7A k =，1m G =，则散粒噪声系数为 1 ()(1)(2)0.87A m A m A m F G k G k G =+-- ≈ 热噪声电流方差为 24B re n e L k T F B R σ= （带数据自己计算） 接收机灵敏度为 ()re R e A m m P eB F G R G σγγ⎡ ⎤ = +⎢⎥⎣⎦ （带数据自己计算） 6．在考虑热噪声和散粒噪声的情况下，设APD 的()x A m m F G G =，(0,1)x ∈，推导APD 的m G 的最佳值opt G ， 此时APD 接收机的SNR 最大。 解：光接收机输出端的信噪比定义为： SNR =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 224()m A m R e eG F G RP B σ=散粒 其中()A m F G 是APD 的散粒噪声系数，下标A 表示APD 的意思，m G 是APD 的倍增因子（系数），R 是相 应度，R P 是灵敏度，e B 是接收机电带宽。 假设放大器的输入阻抗远大于负载电阻L R ，所以放大器电路的热噪声远小于L R 的热噪声，那么光检测器负载电阻的均方热噪声电流为 24B RE n e L k T F B R σ= 其中n F 是放大器的噪声因子（系数），B k 是波尔兹曼常数，T 是温度。 放大器输入端的信号功率为22p m i G ，其中2 p i 是信号功率，p i 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2()m R G RP ，其中R P 是输入到PIN 的功率。 得到放大器输入端的信噪比为
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。 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 渐变型光 纤的折射率分布 7．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n1=1.50，n2=1.45，光纤的长度L=10Km。 试求： （1）光纤的相对折射率差Δ； （2）数值孔径NA； （3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的NA和相对折射率差Δ。解：（1）＝n1-n2 （2） （3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则相当于包层的折射率n2=1，则 ＝n1-n2 5 而最大为1，所以说只要光纤端面的入射角在90O以 （2）若a=5μm，保证光纤单模传输时，