第一章
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。
第二章
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1
θ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
1arcsin
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 =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0
22V a n ππ
λλ==
?
a =
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
0.47a m μ<
=≈
（2）若取芯径5a m μ=，保证单模传输时，则
2
2
001111 2.4050.0022222V n a n a λλππ?????=<≈ ? ?????
8．渐变光纤的折射指数分布为
()()1/2
012r 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
()
()2
201r NA r 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
/100.481015010L 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
/100.241010010L 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
/103100.310L 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
22
122
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
2
12
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
2
2
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
<
≈?
第三章
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
834
206
310// 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
34844
4166
0.14 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
348216
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/dI I Gdz =，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 r r 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 r r e I z α-≥，得到()2121G L r r e α-≥，因而
12
11ln 2G L r r α≥+
记12
11ln 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。
第五章
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
第六章
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
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
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 --??
= ???
7．证明：对于OOK 直接检测接收机，其误码率公式为
1001I I BER Q σσ??
-= ?+??
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
11[01]th I I BER P Q σ??
-== ???
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
011001
th I I I σσσσ+=
+
代入上式得到
1001I I BER Q σσ??
-= ?+??
10
．推导具有光放大器的光接收机的误码率BER Q =。 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
1
I RGP =
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
()22141n e R GPP G B σ=-
“0”码时的光生电流0
0I
=，
“0”码时的光生电流方差为200σ=，代入 1001I I BER Q σσ??
-= ?+??
得到
BER Q =
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? ????≥
光纤通信模拟试题1 一、选择题 1. 目前光纤通信中所使用的光波的波长区域是( ) A. 红外区 B. 远红外区 C. 紫外区 D. 近红外区 2. 表示光纤色散程度的物理量是( ) A. 时延 B. 频带带宽 C. 时延差 D. 相位差 3. 在外来光子的激发下，低能级E1上的电子吸收了光子的能量hf(=E2-E1)而跃迁到高能级 E2的过程称为( ) A. 自发辐射 B. 受激辐射 C. 受激吸收 D. 康普顿效应 4. EDFA中，光滤波器的主要作用是( ) A. 使泵浦光和信号光耦合 B. 滤除光放大器的输出噪声 C. 提高光放大增益 D. 使信号再生 5. 目前，掺铒光纤放大器的噪声系数可低达( ) A. -3 dB～0 dB B. 0 dB～3 dB C.4 dB～5 dB D. 10 dB～15 dB 二、填空题11. 利用光波作为载频的通信方式称为___________________。 12. 通常根据传播方向上有无电场分量或磁场分量，可将光(电磁波)的传播形态分成TE波， TEM波和___________________三类。 15. 按照射线理论，阶跃型光纤中光射线主要有___________________和斜射线两类。 16. 渐变型光纤中，子午射线的自聚焦是指光纤中不同的射线具有___________________的 现象。 17. 光纤是一种介质光波导,具有把光封闭在其中进行传播的导波结构。它是由直径大约只有 ___________________的细玻璃丝构成。 18. 处于粒子数反转分布状态的工作物质称为___________________。 19. 激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的___________________。 20. 随着激光器温度的上升，其输出光功率会___________________。 21. EDFA的输出饱和功率是指___________________时所对应的输出功率。 22. EDFA作为发射机功率放大器使用的主要作用是___________________。 23. 在光纤通信系统中，利用光纤来传输监控信号时，通常可采用频分复用和____________ _______两种传输方式。 24. 对光隔离器的主要要求是：插入损耗低和___________________。 25. 光纤通信系统中(武汉自考)常用的线路码型有：mBnB码、插入比特码和_____________ ______等。 26. STM-1帧结构中，管理单元指针的位置在___________________列中的第4行。 27. 虚容器是SDH中最重要的一种信息结构，它由容器输出的信息净负荷和_________来组 成。 28. STM-1信号中，一帧中包含的字节数为___________________。 29. 由光电检测器引入的噪声主要有量子噪声、___________________和雪崩管倍增噪声等 三种。 30. 在保证系统误码率指标的要求下，测得接收机的最低输入光功率为0.1 μW，最大允许 输入光功率为0.1 mW，则该接收机的动态范围为___________________dB。 三、名词解释题
2007-2008年度教学质量综合评估测验试卷 《光纤通信》试题 注：1、开课学院：通信与信息工程学院。 命题组：通信工程教研组·张延锋 2、考试时间：90分钟。 试卷满分：100分。 3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。 4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题 一、 选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分） 1、表示光纤色散程度的物理量是 A.时延 B.相位差 C.时延差 D.速度差 2、随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会 A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大,后逐渐减少 3、当平面波的入射角变化时，在薄膜波导中可产生的三种不同的波型是 A.TEM 波、TE 波和TM B.导波、TE 波和TM 波 C.导波、衬底辐射模和敷层辐射模 D.TEM 波、导波和TM 波 4、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于 A. 121n n n - B. ?21n C. 22V D. 4 2 V 5、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为 A. 均衡器 B. 判决器和时钟恢复电路 C. 放大器 D. 光电检测器 6、在光纤通信系统中，EDFA 以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度 A.作前置放大器使用 B.作后置放大器使用 C.作功率放大器使用 D.作光中继器使用 7、EDFA 中用于降低放大器噪声的器件是 A.光耦合器 B.波分复用器 C.光滤波器 D.光衰减器 8、关于PIN 和APD 的偏置电压表述，正确的是 A.均为正向偏置 B.均为反向偏置 C.前者正偏,后者反偏 D.前者反偏,后者正偏 9、下列哪项技术是提高每个信道上传输信息容量的一个有效的途径？ A.光纤孤子(Soliton)通信 B. DWDM C. OTDM D. OFDM 10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是 A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0” C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大 二、 填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分） （一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）
1.光纤通信一般采用的电磁波波段为( )。 A 、 可见光 B 、 红外光 C 、 紫外光 D 、 毫米波 2.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口就是( )。 A.0、85 μm,1、27 μm,1、31 μm B.0、85 μm,1、27 μm,1、55 μm C.0、85 μm,1、31 μm,1、55 μm D.1、05 μm,1、31 μm,1、27 μm 3.限制光纤传输容量(BL 积)的两个基本因素就是( )与光纤色散。 A.光纤色散 B.光纤折射 C.光纤带宽 D.光纤损耗 4.一光纤的模色散为20ps/km,如果一瞬时光脉冲(脉冲宽度趋近于0)在此光纤中传输8km,则输出端的脉冲 宽度为( ) A 、20ps B 、40ps C 、80ps D 、160ps 5.下列说法正确的就是( ) A.为了使光波在纤芯中传输,包层的折射率必须等于纤芯的折射率 B.为了使光波在纤芯中传输,包层的折射率必须大于纤芯的折射率 C.为了使光波在纤芯中传输,包层的折射率必须小于纤芯的折射率 D.为了使光波在纤芯中传输,包层的折射率必须大于涂层的折射率 6.对于工作波长为1、31μm 的阶跃折射率单模光纤,纤芯折射率为1、5,包层折射率为1、003(空气),纤芯 直径的最大允许值为( )。 A 、0、34μm B 、0、90μm C 、3、0μm D 、4、8μm 7.在阶跃型光纤中,导波的传输条件为( ) A.V ＞0 B.V ＞Vc C.V ＞2、405 D.V ＜Vc 8.下列现象就是光纤色散造成的,就是( )。 A 、光散射出光纤侧面 B 、随距离的增加,信号脉冲不断展宽 C 、随距离的增加,信号脉冲收缩变窄 D 、信号脉冲衰减 9.将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理就是( )。 A 、折射 B 、在包层折射边界上的全内反射 C 、纤芯—包层界面上的全内反射 D 、光纤塑料涂覆层的反射 10. 1mW 的光向光纤耦合时,耦合损耗为1、0dB,而在光纤输出端需要0、1mW 的信号,则在衰减为0、5dB/km 的光纤中,可以将信号传输多远？( )。 A 、1、8km B 、10km C 、18km D 、20km 11. 光纤的数值孔与( )有关。 A 、 纤芯的直径 B 、 包层的直径 C 、 相对折射指数差 D 、 光的工作波长 12. 阶跃型光纤中数值孔径的计算式为( )。 A 、21n n - B 、?2a C 、?2n 1 D 、21n n a -
吉大19年9月《光纤通信原理》作业考核试题-0001 试卷总分:100 得分:0 一、单选题(共17 道试题,共68 分) 1.下列哪一个不是SDH网的特点( )。 A.具有全世界统一的接口标准 B.大量运用软件进行系统配置的管理 C.复用映射结构灵活 D.指针调整技术降低了设备复杂性 正确答案:D 2.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 正确答案:B 3.在误码性能参数中，严重误码秒（SES）的误码率门限值为( )。 A.10-6 B.10-5 C.10-4 D.10-3 正确答案:D 4.在光纤通信中，光接收机再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成（），它由判决电路和时钟恢复电路组成。 A..模拟信号 B.数字信号 C.电子信号 D.光子信号 正确答案:B 5.在系统光发射机的调制器前附加一个扰码器的作用是( )。 A.保证传输的透明度 B.控制长串“1”和“0”的出现 C.进行在线无码监测 D.解决基线漂移 正确答案:A
6.为保证多模光纤的测试结果准确，应考虑在测试前对该光纤进行( )。 A.扰模 B.包层模消除 C.滤模 D.裹模 正确答案:A 7.阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界面上（）而使能量集中在芯子之中传输。 A.半反射 B.全反射 C.全折射 D.半折射 正确答案:B 8.光纤的制造工艺中，哪个环节对光纤的质量最关键？( )。 A.提纯 B.熔炼 C.拉丝 D.套塑 正确答案:B 9.光纤的损耗测试方法中，哪一种是基本参考测试法。（）。 A.背向散射法 B.插入损耗法 C.OTDR D.切断法 正确答案:D 10.不属于半导体激光器特性参数的是（） A.输出光功率 B.阈值电流 C.转换效率 D.消光比光发射机的 正确答案:D 11.下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因?( ) A.光纤的损耗可能发生变化 B.光源的输出功率可能发生变化
1、1966年7月，英籍华人（高锟）博士从理论上分析证明了用光纤作 为传输介质以实现光通信的可能性。 2、光在光纤中传输是利用光的（折射）原理。 3、数值孔径越大，光纤接收光线的能力就越( 强)，光纤与光源之间的耦 合效率就越( 高)。 4、目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是：（0.85μm、1.31μm、 1.55μm）。 5、光纤通信系统中最常用的光检测器有：（PIN光电二极管；雪崩光电二极 管）。 6、要使物质能对光进行放大，必须使物质中的( 受激辐射)强于( 受激吸 收)，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态 的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 7、在多模光纤中，纤芯的半径越( 大)，可传输的导波模数量就越多。 8、光缆由缆芯、( 加强元件(或加强芯) )和外护层组成。 9、（波导色散）是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 10、按光纤传导模数量光纤可分为多模光纤和( 单模光纤)。 11、PDH的缺陷之一：在复用信号的帧结构中，由于( 开销比特 )的数量很少，不能提供足够的运行、管理和维护功能，因而不能满足现代通信网对监控和网管的要求。 12、光接收机的主要指标有光接收机的动态范围和（灵敏度）。 13、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的（阈值条件）。 14、光纤的（色散）是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 15、误码性能是光纤数字通信系统质量的重要指标之一，产生误码的主要 原因是传输系统的脉冲抖动和（噪声）。
二、选择题：（每小题2分，共20分。1-7:单选题，8-10：多选题） 1、光纤通信是以（A ）为载体，光纤为传输媒体的通信方式。 A、光波 B、电信号 C、微波 D、卫星 2、要使光纤导光必须使（ B ） A、纤芯折射率小于包层折射率 B、纤芯折射率大于包层折射率 C、纤芯折射率是渐变的 D、纤芯折射率是均匀的 3、（D ）是把光信号变为电信号的器件 A、激光器 B、发光二极管 C、光源 D、光检测器 4、CCITT于（C）年接受了SONET概念，并重新命名为SDH。 A、1985 B、1970 C、1988 D、1990 5、SDH传输网最基本的同步传送模块是STM-1，其信号速率为（ A ）kbit／s。 A、155520 B、622080 C、2488320 D、9953280 6、掺铒光纤放大器（EDFA）的工作波长为（B）nm波段。 A、1310 B、1550 C、1510 D、850 7、发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（B）。 A、受激吸收 B、自发辐射 C、受激辐射 D、自发吸收 8、光纤通信系统的是由（ABCD ）组成的。 A、电端机 B、光端机 C、中继器 D、光纤光缆线路 9、要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手：一是控制（B）；二是控制（D）。 A、微型半导体制冷器 B、调制脉冲电流的幅度 C、热敏电阻 D、激光器的偏置电流 10、光纤传输特性主要有（AB ） A、色散 B、损耗 C、模场直径 D 、截止波长
要自信，绝对的自信，无条件的自信，时刻自信，即使在错的时候！！！ 《光纤通信》选择题练 习公布 精选精炼+课后精讲（QQ在线讲解） 张延锋 2014/8/1 忍人之所不能忍，方能为人知所不能为！！！
选择题练习 1. 目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是 A.0.85 μm, 1.27 μm, 1.31 μm B.0.85 μm, 1.27 μm, 1.55 μm C.0.85 μm, 1.31 μm, 1.55 μm D.1.05 μm, 1.31 μm, 1.27 μm 2．在阶跃型光纤中，传输模式的传输条件为 A.V＞0 B.V＞Vc C.V＞2.40483 D.V＜Vc 3．在阶跃型光纤中，当模式处于截止的临界状态时，其特性参数 A.W＝0 B.β＝0 C.V＝0 D.U＝0 4. 下列不属于影响光电二极管响应时间的因素是 A.零场区光生载流子的扩散时间 B.有场区光生载流子的漂移时间 C.RC时间常数 D.器件内部发生受激辐射的时间 5．通常，影响光接收机灵敏度的主要因素是 A．光纤色散B．噪声C．光纤衰减D．光缆线路长度6．目前实用光纤通信系统普遍采用的调制─检测方式是 A. 相位调制—相干检测 B. 直接调制—相干检测 C. 频率调制—直接检测 D. 直接调制—直接检测7．下列属于掺铒光纤放大器泵浦光源的典型工作波长是 A.1550 nm B.1310 nm C.980 nm D.850 nm 8．下列属于描述光电检测器光电转换效率的物理量是 A. 响应度 B. 灵敏度 C. 消光比 D. 增益 9．下列属于有源光器件的是 A.光定向耦合器 B.半导体激光器 C. 光纤连接器 D. 光隔离器 10．在下列的传输码型中，不属于插入比特码的是 A. mB1P B. 4B1H C. 5B6B D. mB1C 11. 在激光器中，光的放大是通过 A．粒子数反转分布的激活物质来实现的B．光学谐振腔来实现的C．泵浦光源来实现的D．外加直流来实现的12. 下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因? A．光纤的损耗可能发生变化 B．光源的输出功率可能发生变化 C．系统可能传输多种业务 D．光接收机可能工作在不同系统中 13. 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．光衰减器B．光耦合器C．光隔离器D．光纤连接器14. 使用连接器进行光纤连接时，如果接头不连续时将会造成 A．光功率无法传输 B．光功率的菲涅耳反射
光纤通信课后第2章习题答案
第2章 复习思考题 参考答案 2-1 用光线光学方法简述多模光纤导光原理 答：现以渐变多模光纤为例，说明多模光纤传光的原理。我们可把这种光纤看做由折射率恒定不变的许多同轴圆柱薄层n a 、n b 和n c 等组成，如图 2.1.2（a ）所示，而且 >>>c b a n n n 。使光线1的入射角θA 正好等于折射率为n a 的a 层和折射率为n b 的b 层的交界面A 点发生全反射时临界角()a b c arcsin )ab (n n =θ，然后到达光纤轴线上的O'点。而光线2的入射角θB 却小于在a 层和b 层交界面B 点处的临界角θc (ab)，因此不能发生全反射，而光线2以折射角θB ' 折射进入b 层。如果n b 适当且小于n a ，光线2就可以到达b 和c 界面的B'点，它正好在A 点的上方（OO'线的中点）。假如选择n c 适当且比n b 小，使光线2在B '发生全反射，即θB ' >θC (bc) = arcsin(n c /n b )。于是通过适当地选择n a 、n b 和n c ，就可以确保光线1和2通过O'。那么，它们是否同时到达O'呢？由于n a >n b ，所以光线2在b 层要比光线1在a 层传输得快，尽管它传输得路经比较长，也能够赶上光线1，所以几乎同时到达O'点。这种渐变多模光纤的传光原理，相当于在这种波导中有许多按一定的规律排列着的自聚焦透镜，把光线局限在波导中传输，如图2.1.1（b ）所示。
图2.1.2 渐变（GI）多模光纤减小模间色散的原理 2-2 作为信息传输波导，实用光纤有哪两种基本类型 答：作为信息传输波导，实用光纤有两种基本类型，即多模光纤和单模光纤。当光纤的芯径很小时，光纤只允许与光纤轴线一致的光线通过，即只允许通过一个基模。只能传播一个模式的光纤称为单模光纤。用导波理论解释单模光纤传输的条件是，当归一化波导参数（也叫归一化芯径） V时，只有一种模式，即基模01LP（即零次模，.2 405 N= 0）通过光纤芯传输，这种只允许基模01LP传输的光纤称为单模光纤。 2-3 什么叫多模光纤？什么叫单模光纤 答：传播数百到上千个模式的光纤称为多模（MultiMode，MM）光纤。 2-4 光纤传输电磁波的条件有哪两个 答：光纤传输电磁波的条件除满足光线在纤芯和包层界面上的全反射条件外，还需满足传输过程中的相干加强条件。
2、光在光纤中传输是利用光的（折射）原理。 5、光纤通信系统中最常用的光检测器有：（ PIN光电二极管）、（雪崩光电二极管）。 6、要使物质能对光进行放大，必须使物质中的( 受激辐射 )强于( 受激吸收 )，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 7、在多模光纤中，纤芯的半径越( 大 )，可传输的导波模数量就越多。 9、（波导色散）是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 11、PDH的缺陷之一：在复用信号的帧结构中，由于( 开销比特 )的数量很少，不能提供足够的运行、管理和维护功能，因而不能满足现代通信网对监控和网管的要求。 12、光接收机的主要指标有光接收机的动态范围和（灵敏度）。 13、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的（阈值条件）。 14、光纤的（色散）是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 15、误码性能是光纤数字通信系统质量的重要指标之一，产生误码的主要原因是传输系统的脉冲抖动和（噪声）。 二、选择题：（每小题2分，共20分。1-7:单选题，8-10：多选题） 4、CCITT于（）年接受了SONET概念，并重新命名为SDH。 A、1985 B、1970 C、1988 D、1990 6、掺铒光纤放大器（EDFA）的工作波长为（）nm波段。 A、1310 B、1550 C、1510 D、850 7、发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（）。 A、受激吸收 B、自发辐射 C、受激辐射 D、自发吸收 9、要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手：一是控制（ B ）；
1.光纤通信一般采用的电磁波波段为( )。 A. 可见光 B. 红外光 C. 紫外光 D. 毫米波 2.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是( )。 A ．0.85 μm,1.27 μm,1.31 μm B ．0.85 μm,1.27 μm,1.55 μm C ．0.85 μm,1.31 μm,1.55 μm D ．1.05 μm,1.31 μm,1.27 μm 3.限制光纤传输容量（BL 积）的两个基本因素是( )和光纤色散。 A ．光纤色散 B ．光纤折射 C ．光纤带宽 D ．光纤损耗 4.一光纤的模色散为20ps/km ，如果一瞬时光脉冲（脉冲宽度趋近于0）在此光纤中传输8km ，则输出端的脉冲宽度为( ) A.20ps B.40ps C.80ps D.160ps 5.下列说法正确的是( ) A ．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率 B ．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率 C ．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率 D ．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂层的折射率 6.对于工作波长为1.31μm 的阶跃折射率单模光纤，纤芯折射率为1.5，包层折射率为1.003(空气)，纤芯 直径的最大允许值为（ ）。 A.0.34μm B.0.90μm C.3.0μm D.4.8μm 7.在阶跃型光纤中，导波的传输条件为( ) A ．V ＞0 B ．V ＞Vc C ．V ＞2.405 D ．V ＜Vc 8.下列现象是光纤色散造成的，是（ ）。 A.光散射出光纤侧面 B.随距离的增加，信号脉冲不断展宽 C.随距离的增加，信号脉冲收缩变窄 D.信号脉冲衰减 9.将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是（ ）。 A.折射 B.在包层折射边界上的全内反射 C.纤芯—包层界面上的全内反射 D.光纤塑料涂覆层的反射 10. 1mW 的光向光纤耦合时，耦合损耗为1.0dB ，而在光纤输出端需要0.1mW 的信号，则在衰减为0.5dB/km 的光纤中，可以将信号传输多远？（ ）。 A.1.8km B.10km C.18km D.20km 11. 光纤的数值孔与( )有关。 A. 纤芯的直径 B. 包层的直径 C. 相对折射指数差 D. 光的工作波长 12. 阶跃型光纤中数值孔径的计算式为（ ）。 A.21n n - B.?2a C.?2n 1 D.21n n a -
第一章基本理论 1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么答：当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，即0＜V＜时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。 2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响答：在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离；光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。 3、光纤中有哪几种色散解释其含义。答：（1）模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。（2）材料色散：由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。（3）波导色散：统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。 5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响答：光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。 6、单模光纤有哪几类答：单模光纤分为四类：非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。 12、光缆由哪几部分组成答：加强件、缆芯、外护层。 *、光纤优点：巨大带宽（200THz）、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。*、光纤损耗：光纤对光波产生的衰减作用。 引起光纤损耗的因素：本征损耗、制造损耗、附加损耗。 *、光纤色散：由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。 引起光纤色散的因素：光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。 色散种类：模式色散（同波长不同模式）、材料色散（折射率）、波导色散（同模式，相位常数）。 *、单模光纤：指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。
1.决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和传输带宽 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 2.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是( A ) A.n1≈n2 B.n1=n2 C.n1>>n2 D.n1< 光纤通信原理试题＿1 参考答案 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1. 光纤通信指的是（ B ） 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.已知某Si-PIN 光电二极管的响应度R 0＝0.5 A/W ，一个光子的能量为2.24×10 －19 J ，电子电荷量为1.6×10－19 C ，则该光电二极管的量子效率为（ ） A.40％ B.50％ C.60％ D.70％ R 0=e 错误！未找到引用源。 /hf 3.STM-4一帧中总的列数为（ ） A.261 B.270 C.261×4 D.270×4 4.在薄膜波导中，要形成导波就要求平面波的入射角θ1满足（ ） A.θc13<θ1<θc12 B.θ1=0° C.θ1<θc13<θc12 D.θc12<θ1<90° 5.光纤色散系数的单位为（ ） A.ps/km B.ps/nm C.ps/nm.km ? D.nm/ps?km 6.目前掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达（ ） A.20 dB B.30 dB C.40 dB D.60 dB 7.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会（ ） A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大后逐渐减少 8.在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为（ ） A.LP00 值为0 B.LP01 C.LP11为第一高次模 D.LP12 9.在薄膜波导中，导波的截止条件为（ ） A.λ0≥λC B.λ0<λC C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 10.EDFA 在作光中继器使用时，其主要作用是（ ） A.使光信号放大并再生 ? B.使光信号再生 C.使光信号放大 D.使光信号的噪声降低 二、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.根据传输方向上有无电场分量或磁场分量，可将光（电磁波）的传播形式分为三类：一为_TEM_波；二为TE 波；三为TM 波。 2.对称薄膜波导是指敷层和衬底的_折射率相同_的薄膜波导。 3.光学谐振腔的谐振条件的表示式为 __错误！未找到引用源。______。q L c n 2=λ 4.渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的这种现象称为_自聚焦_现象。 一．单项选择题（每题1分,共20分） 1、在激光器中，光的放大是通过（Ａ） Ａ．粒子数反转分布的激活物质来实现的Ｂ．光学谐振腔来实现的 Ｃ．泵浦光源来实现的Ｄ．外加直流来实现的 2、下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因?( B ) A．光纤的损耗可能发生变化B．光源的输出功率可能发生变化 C．系统可能传输多种业务D．光接收机可能工作在不同系统中 3、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（Ｂ）Ａ．光衰减器Ｂ．光耦合器Ｃ．光隔离器Ｄ．光纤连接器 4、使用连接器进行光纤连接时，如果接头不连续时将会造成（D） Ａ．光功率无法传输Ｂ．光功率的菲涅耳反射 Ｃ．光功率的散射损耗Ｄ．光功率的一部分散射损耗或以反射形式返回发送端5、在系统光发射机的调制器前附加一个扰码器的作用是（A） A．保证传输的透明度B．控制长串“1”和“0”的出现 C．进行在线无码监测D．解决基线漂移 6、下列关于交叉连接设备与交换机的说法正确的是（A） A．两者都能提供动态的通道连接B．两者输入输出都是单个用户话路 C．两者通道连接变动时间相同D．两者改变连接都由网管系统配置 7、目前EDFA采用的泵浦波长是( C ) A．0.85μm和1.3μm B．0.85μm和1.48μm C．0.98μm和1.48μm D．0.98μm和1.55μm 8、下列不是WDM的主要优点是( D ) A．充分利用光纤的巨大资源B．同时传输多种不同类型的信号 C．高度的组网灵活性，可靠性D．采用数字同步技术不必进行玛型调整9、下列要实现OTDM解决的关键技术中不包括（ D ） A．全光解复用技术B．光时钟提取技术 C．超短波脉冲光源D．匹配技术 10、掺饵光纤的激光特性（A） Ａ．由掺铒元素决定Ｂ．有石英光纤决定 Ｃ．由泵浦光源决定Ｄ．由入射光的工作波长决定 11、下述有关光接收机灵敏度的表述不正确的是( A) A．光接收机灵敏度描述了光接收机的最高误码率 B．光接收机灵敏度描述了最低接收平均光功率 C．光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收光子能量 D．光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收平均光子数 12、光发射机的消光比，一般要求小于或等于（B） A．5％B．10％C．15％D．20％ 13、在误码性能参数中，严重误码秒（SES）的误码率门限值为（D） A．10-6B．10-5C．10-4D．10-3 14、日前采用的LD的结构种类属于（D） A．F-P腔激光器（法布里—珀罗谐振腔）B．单异质结半导体激光器 C．同质结半导体激光器D．双异质结半导体激光器 15、二次群PCM端机输出端口的接口码速率和码型分别为（B） 《光纤通信技术》模拟试题 一、填空（共10题，每题3分） 1、均匀光纤的导光原理为全反射原理，它的数值孔径表示了光纤收集光线的能力。 2、单模光纤的色散包括材料色散和波导色散。 3、线极化波是指波的电场矢量空间取向不变，即合成矢量的端点的轨迹为一直线的波 ，以 LP 表示。 4、在弱波导光纤中，光射线几乎与光纤轴线平行，因此，弱波导光纤中的和分布是一种近似的TEM 波。 5、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、受激吸收、受激辐射。 6、谐振腔的谐振条件是2 11ln 21r r L G +==内αα。 7、光纤通信系统所使用的光源与光纤色散相互作用，给系统引进了的干扰和噪声主要有三种，即码间干扰、模分配噪声、啁啾声。 8、发送机的消光比是全“0”码时的平均输出光功率与全“1”码时的输出光功率之比. 9、判决器和时钟恢复电路和起来构成码形成电路。 10、STM-N 帧结构分为三个区域：段开销区、净负荷区和管理单元指针。 11、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于4 2 V 。 12、当物质中处于高能级上的粒子数大于处于低能级上的粒子数时，则物质处于粒子数反转状态。 13、光电检测器是利用材料的光电效应来实现光电转换的。 14、传输网主要由传输设备和网络节点构成的。 15、在SDH 帧结构中，段开销是用于传送网络运行、管理和维护的附加字节。 三、画图题（共1题，每题10分） 1、画出采用直接调制的数字光纤通信光发射端机的方框图。 见教材P 100 四、问答题：（共1题，每题15分） 1、什么是模分配噪声？它是如何产生的 五、计算题：（共3题。共35分） 1、.已知阶跃光纤的n 1=1.62，n 2=1.52, 试计算：相对折射率Δ （2）数值孔径 (1）22 221222162 .1252.162.12?-=-=?n n n (2)56.006.0262.121=??=?=n NA 2、计算STM-1帧结构中段开销SOH 的容量(速率)。 光纤通信期中考试试题（简答） （开卷90分钟内完成，1~5题每题6分，6~15题每题7分，共100分） 1、 光纤的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？ 光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。 其中纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。直径d1=4μm～50μm，单模光纤的纤芯为4μm～10μm，多模光纤的纤芯为50μm。纤芯的成分是高纯度SiO2，作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以传输光信号。包层：包层位于纤芯的周围。直径d2=125μm，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。略低于纤芯的折射率，即n1＞n2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm。 2、 光缆的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？ 光缆由缆芯、护层和加强芯组成。 其中缆芯就是套塑光纤，护层对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏。护层可分为内护层和外护层。内护层用来防潮。外护层起抗侧压、耐磨、抗紫外线、防湿作用，隔离外界的不良影响。加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。 3、 光纤的三个传输窗口是什么？光纤中的导波属于TM/TE/TEM/近似TEM波？ 0.85μm、1.31μm、1.55μm。 光纤中得电磁场近似为横电磁波（TEM波） 4、 什么是归一化频率V，V取值多少时光纤单模传输？什么叫光纤的截止波长？ 光纤的归一化频率V是一个综合性参数，与光纤的结构参数（纤芯的折射率n1、半径a、折射率相对差△）和工作波长0有关。其数值大小决定了弱波导光纤中电磁场的分布和传输情况。 光纤单模传输的条件是0 光纤通信课后习题参考答案-邓大鹏第一章习题参考答案 1、第一根光纤是什么时候显现的？其损耗是多少？ 答：第一根光纤大约是1950年显现的。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：光纤通信系统要紧由光发送机、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，调制过的光信号通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。 中继器确实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，节约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不处的涂覆层组成的。纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是爱护光纤不受水汽的腐蚀和机械擦伤，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能够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，能够将光纤分为多模光纤和单模 光纤；按光纤的工作波长能够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，能够将光纤分为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）能够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 () 21???≥<=a r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121?????≥ 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？ 目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为Si02的光纤。它是工作在近红外区，波长为0. 8?1. 8 5,对应的频率为167?375THZ。 1- 3 BL积中B利L分别是什么含义？ 系统的通信容量用BL积表示，其含义是比特率一距离积表示，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。 发端收端 1-5试叙述光纤通信的现状和发展趋势。 略 第二章习题 2-1有一频率为3xio,3//z的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J,持续 时间是丁=10ns(lns=10-9s)。此激光束的圆形截面半径为r=lcm° 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； (2)S =—=----------- 厂瓯------ =3.18X10I3J//??52 zA5 10x10 一9x〃x(10—2)2 S、- S 3.18X1O13 1 12 (3)w = — = ------- ；— = 1.06x 10 J1 s c 3xlO8 (4)/ = f = 3.18x10”//* 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" (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； (2)若入射光的波长为6X10-7m,求相邻两明纹间的距离。 (1)S = — =士姐 D DA A DA Xj =—— x4 =4 —— a a %4 f [ =3 —— a a(x4 -Xj) 7 / = ------- ---- -- = 5x10 m 3D F) J (2)Ax = ------ = 3x10 "m光纤通信原理试题_1 参考答案
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