光纤通信第二版课后答案顾畹仪
【篇一：光纤通信系统中常用的调制方法】
txt> 一．光纤通信概况
1. 发展
1966 年，美籍华人高锟(c.k.kao) 和霍克哈姆(c.a.hockham) 发表论
文，预见了低损耗的光纤能够用于通信，敲开了光纤通信的大门，
引起了人们的重视。1970 年，美国康宁公司首次研制成功损耗为
20db ／km 的光纤，光纤通信时代由此开始。由于光纤通信具有损
耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易
串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。光纤通信系统的
传输容量从1980 年到2000 年增加了近一万倍，传输速度在过去的
10 年中大约提高了100 倍。
2. 基本组成
光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光
导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。
最基本的光纤通信系统由光发射机、光纤线路和光接收机组成，具
体如下图所示
二．光调制与解调
1. 基本概念
类似于电通信中对高频载波的调制与解调，在光通信中叶对光信号
进行调制与解调。不管是模拟系统还是数字系统，输入到光发射机
带有信息的电信号，都通过调制转换为光信号。光载波经过光纤线
路传输到接收端，再由接收机通过解调把光信号转换为电信号。
2. 常用的调制方式
根据调制和光源的关系，光调制可分为直接调制和间接调制两类。
直接调制方法是把要传送的信息转变为电信号注入ld 或led ，从而获得相应的光信号，是采用电源调制的方法。
间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实
现对激光辐射的调制，有电光调制、磁光调制、声光调制、电吸收
效应和共振吸收效应等。本文将详细介绍现在常用的是电光调制和
声光调制两种。
三、调制方式的详细介绍
1.直接调制
（1）调制原理
直接对光源进行调制，通过控制半导体激光器的注入电流的大小来
改变激光器输出光波的强弱。传统的pdh 和2.5gbit/s 速率以下的
sdh 系统使用的led 或ld 光源基本上采用的都是这种调制方式。
(2)优缺点
a.优点：结构简单、损耗小、成本低。
b.缺点：由于调制电流的变化将引起激光器发光谐振腔的长度发生
变化，引起发射激光的波长随着调制电流线性变化，这种变化被称
作调制啁啾，它实际上是一种直接调制光源无法克服的波长（频率）
抖动。啁啾的存在展宽了激光器发射光谱的带宽，使光源的光谱特
性变坏，限制了系统的传输速率和距离。
（3）应用场合
宽带，3g 蜂窝技术，军用设备，测试测量的应用。
(4)有关产品
a. 法国3s 推出1915 lma 直接调制模拟激光器，具有rin 低，输出
功率10mw, 工作带宽从10mhz 到20ghz ，成本低等特点，适合针
对各种射频光传输系统应用。
b. e1 接口光纤modem ，e1 光纤modem 是将非成帧或成帧的e1
数据信号直接调制到单模或多模光纤上传输，用户可选择任意fe1 时隙。适用于在不同光纤链路上传输带内管理通道，可以和v.35 光纤modem 或以太网光纤modem 成对使用。是世界首个以直接调制方
式实现远距离传送的10gbps 光收发器。
2.声光调制
（1）调制原理
利用光波被介质中的超声波衍射来实现的。声光调制器包括光介质、
电声换能器等部分。调制电信号加在由某些压电晶体（如石英、铌
酸鋰等）做成的电声换能器上，转换为超声波；当超声波在声光介
质中传播时，介质密度将会发生疏密交替的变化，相当于一个条纹
间隔等于超声波波长的衍射光栅。使得通过介质的光波强度、频率
和方向都将随超声波发生变化，即起到了调制的作用。目前主要有
两种声光调制器：自由空间声光调制器和光纤耦合声光调制器。
(2)优缺点
a.优点：有更小的体积、重量和更好的输出波形，可以获得较高的
对比度，所需要的驱动功率也远比电光调制小。比直接调制技术有
高得多的调制频率，有更高的消光比（一般大于1000 ：1），更低
的驱动功率，更优良的温度稳定性和更好的光点质量以及低的价格
b.缺点：它的调制带宽不如电光调制。
（3）应用场合
a. 预(光)刻伺服磁道技术的研究，利用激光微斑记录特性使磁盘存
储器的道密度得到大幅提高，而在预(光)刻伺服录写装置中，
一个重要的任务就是对激光束进行光强调制集光脉冲调
制。而通常采用的既是声光调制。
b. 激光印刷机中，激光束的偏转调制器就是应用声光调制布拉格衍
射原理实现的。利用高频驱动电路可以产生高频电振荡，通过超声
转换能器形成超声波，通过快速控制超声波，实现声光器件调制激
光束的目的。 c. 在军事上，它也有广泛应用。例如一种新式探测器: 雷达波谱分析器。空军飞行员可以利用它分析射到飞机上的雷达信
号来判断飞机是否被敌方跟踪。外来的雷达信号与本机内半导体激
光器产生的振荡信号经混频，放大后，驱动声光调制器，产生超声
波，当外来信号变化时，超声波长也变化，衍射光的角度也变化，
反映在二极管列阵上，我们可以很容易的识别敌方雷达信号。(4)有关产品
a. 美国cti 公司生产的声光调制器aom ，用于调节与控制激光的光
强。
b. 光纤耦合声光调制器（全光纤声光调制器）
3.电光调制
（1）调制原理
电光调制是基于线性电光效应（普克尔效应）即光波导的折射率正
比于外加电场变化的效应。电光效应导致的相位调制器中光波导折
射率的线性变化，使通过该波导的光波有了相位移动,从而实现相位【篇二：《光纤通信技术》课程教学大纲】
txt> 适用专业：适用对象：学时数：
通信工程本科48
编写日期：2015.10 执笔：刘世安审核：
一、本课程的性质、任务和基本要求
《光纤通信技术》课程是通信工程专业的一门专业必修课。光纤通
信已成为现代通信的支柱，“信息高速公路”的骨干，电信网的光纤
化已是大势所趋，光纤通信在当今世界上得到了广泛的应用，光纤
通信作为一种新技术、新发展，它将推动人类社会的文明进步和发
展。作为电子信息专业和相关专业的学生，《光纤通信》课程的学
习将有重要作用。
本课程的任务是使学生在光纤通信方面具有一定的基础知识，掌握
光纤通信系统的组成、特性、应用及发展方向，使该专业毕业生在
工作中具有利用光纤通信技术开发产品和解决实际问题的基本能力。
通过《光纤通信技术》课程的学习，对学生提出如下要求：了解光
纤通信系统的发展，掌握光纤通信系统的基本组成；理解光纤的传
输原理和特性，光纤特性的测量方法；掌握光源、光检测器和光无
源器件的类型、原理和性质，并能根据实际工程需要选择合适的器
件。了解光端机（光发射机和光接收机）的组成和特性；了解数字
光纤通信系统和模拟光纤通信系统；掌握sdh 技术；理解光纤通信
的若干新技术，光纤通信网络等知识，为进一步学习与使用光纤通
信技术和设备打下基础。
本课程的基础课程是《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《信
号与系统》、《通信原理》、《通信电路》。
二、教学内容与要求（一）概论
教学内容要点：（1）光纤通信发展的历史和现状（2）光纤通信的
优点和应用（3）光纤通信系统的基本组成
（二）光纤和光缆
1、光纤结构和类型
教学内容要点：（1）光纤结构（2）光纤类型
2、光纤传输原理
教学内容要点：（1）几何光学方法（2）光纤传输的波动理论3、光纤传输特性
教学内容要点：（1）光纤色散（2）光纤损耗（3）光纤标准和应
用4、光缆
教学内容要点：（1）光缆基本要求（2）光缆结构和类型（3）光缆特性5、光纤特性测量方法
教学内容要点：（1）损耗测量（2）带宽测量（3）色散测量（4）
截止波长测量
（三）通信用光器件
1、光源
教学内容要点：（1）半导体激光器工作原理和基本结构（2）半导体激光器的主要特性（3）发光二极管（4）半导体光源性能和应用
2、光检测器
教学内容要点：（1）光电二极管工作原理（2）pin 光电二极管（3）雪崩光电二极管（4）光电二极管性能和应用
3、光无源器件
教学内容要点：（1）连接器和接头（2）光耦合器（3）光隔离器与光环行器（4）光调制器、光开关
（四）光端机
1、光发射机
教学内容要点：（1）基本组成（2）调制特性（3）调制电路和控制电路2、光接收机
教学内容要点：（1）基本组成（2）噪声特性（3）误码率（4）灵敏度3、线路编码
教学内容要点：（1）扰码（2）mbnb 码（3）插入码
（五）光纤通信系统
1、模拟光纤通信系统①调制方式
教学内容要点：（1）模拟基带直接光强调制（2）模拟间接光强调制（3）频分复用光强调制
②模拟基带直接光强调制光纤传输系统
教学内容要点：（1）特性参数（2）光端机（3）系统性能③副载波复用光纤传输系统
教学内容要点：（1）参数特性（2）光端机（3）光链路性能2、数字光纤通信系统①系统的性能指标
教学内容要点：（1）参考模型（2）主要性能指标（3）可靠性②系统的设计
教学内容要点：（1）中继距离受损耗的限制（2）中继距离受色散的限制（3）中继距离和传输速率
（六）sdh 技术
1、sdh 概述
教学内容要点：（1）pdh 存在的问题（2）sdh 的概念和特点2、sdh 的帧结构和复用步骤
教学内容要点：（1）sdh 的帧结构（2）sdh 的复用结构（3）映射、定位和复用的概念（4）sdh 的复用步骤
3、sdh 开销和指针
教学内容要点：（1）段开销（2）通道开销（3）指针4、sdh 设备5、sdh 网络结构和sdh 自愈保护
教学内容要点：（1）sdh 网络拓扑结构（2）sdh 自愈保护6、光
接口类型和参数
教学内容要点：（1）光接口类型（2）光接口参数7、sdh 网同步
教学内容要点：（1）网同步的工作方式（2）我国数字同步网的网
络结构（3）sdh 网同步结构
8、sdh 管理网
教学内容要点：（1）sdh 网管的基本概念（2）sdh 网管接口（3）
sdh 网管功能9、sdh 网络传输性能
教学内容要点：（1）误码性能（2）可用性参数（3）抖动和漂移性
能
（七）光纤通信新技术
1、edfa
教学内容要点：（1）掺铒光纤放大器工作原理（2）构成和特性2、光波分复用原理
教学内容要点：（1）光波分复用原理（2）wdm 系统的基本结构
（3）光滤波器与光波分复用器
3、光交换技术
教学内容要点：（1）空分光交换（2）时分光交换（3）波分光交换4、光孤子通信
教学内容要点：（1）光孤子的形成（2）光孤子通信系统的构成和
性能5、光通信技术
教学内容要点：（1）相干检测原理（2）调制和解调（3）误码率和
接收灵敏度6、光时分复用技术
教学内容要点：（1）光时分复用7、波长变换技术
教学内容要点：（1）波长变换
（八）光纤通信网络
1、sdh 传送网
教学内容要点：（1）功能结构（2）sdh 网的物理拓扑（3）自愈网
2、dm 光网络
教学内容要点：（1）分层结构（2）光分插复用器（3）光交叉连接
器3、光接入网
教学内容要点：（1）光接入网概述（2）无源光网络（3）有源光网
络
三、实验内容
本课程实验对学生实际操作能力和独立解决问题的能力的要求较高，
建议对实验课采用单独操作考试的考核方式。可在课程教学全部结
束后组织进行。各实验名称如下：
（1）光纤通信原理实验、系统信号发生器实验（2）光发送系统实
验（3）光接收系统实验
（4）电话光纤传输系统实验
四、教学时数分配表
本课程共有48 个学时，其中理论40 学时，实验8 学时。
五、实验课学时分配表
六、教学方法建议
1、教学大纲的基本内容要认真执行。根据教学计划、学生情况和所
选教材在深广度上可作恰当处理。
2、在理论教学时，尽量避免繁杂抽象的数学推导，重点放在基本概
念、基础知识的讲解。
3、注重联系实际，介绍现代光纤通信的典型应用实例，提高学生的
学习兴趣，帮助学生掌握基本分析方法。
4、建议采用多媒体和课堂相结合教学，加强演示实验，加深学生对
物理现象的认识和理解。
5、在讲授模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统时，建议采用横向
比较教学。
七、本课程的考核方式
【篇三：光纤通信系统课程标准】
t>课程代码：22043 学时：64，理论40，实践24 适用专业：通信
技术
一、课程概述
1、课程性质
本课程是通信技术专业核心课程，专业必修课。2、课程定位
本课程主要是培养具有“光纤通信系统设备安装、业务开通与维护”能力的高素质高技能型人才，能够承担sdh 设备安装、业务开通与
网络维护任务；主要对接的岗位是传输设备工程师，面对的企业为
通信工程公司、代维公司、运营商及通信产品生产厂家。
前修课程：“电工基础”、“现代通信技术”，“模拟电路”；后续课程：“通信工程与概预算”，“顶岗实习”。3、课程思路
本课程在内容选取上重点围绕岗位技能，结合考证需求，将sdh 技
术设定为本门课的重点；根据认知规律和知识的内在联系安排“递进式”教学项目，如pdh 信息的复用及指针的调整过程等，都是由易到
难进行递进和互动教学设计；依据工作过程设计项目内容，且设置
拓展项目提升技能，如光纤的熔接，otdr 测试等，并设置了综合图
像传输系统来提升学生的综合分析和动手能力。二、课程目标1、
知识目标
掌握光纤通信系统的组成，光纤、光缆及基本光通信器件的结构、
性能等基本知识；掌握sdh 的帧结构、复用、指针，开销原理，在
此基础上掌握设备的组成及告警的形成及排除方法；
掌握sdh 自愈环、同步网及网管系统，清楚日常维护事宜。熟悉
wdm 和mstp 原理、网络组成及关键技术。2、能力目标
掌握光纤、光缆与基本光通信器件的使用方法；
熟练使用光纤熔接机、otdr 测试仪、光功率计等仪器与工具对光纤、
光缆及其它光通信设备进行检测；
熟知中兴通信sdh 设备各单板功能，会按要求组网建链型及环形网
络，并进行数据、公务、时钟及保护配置；
能够做好光传输网的日常维护，防患故障发生；
熟知各单板告警指示，会依据sdh 原理定位故障，会使用正确有效
的方法排除故障。3、素质目标
具有踏实肯干、不畏辛苦的劳动精神；
具有上进心和知识迁移能力，能够持续发展，与岗位技术同行。三、课程内容和要求
四、考核方式及评分办法
1、教学方法建议
不同环节采用不同的教学方式，加强对学生实际职业能力的培养，
注重以任务驱动型案例或项目引发学生兴趣，使学生在项目活动中
掌握相关的知识和技能。教师应该选用典型案例，从知识传授者的
角色转为学习过程的组织者和指导者，使教学过程向学生自觉学习
过程转化。
a) 理论讲解环节：讲授、启发、引导和讨论等教学方法并施，设置
“递进式”教学任务，并利用大量的图片与动画资源丰富课堂教学，
以掌握知识和提高自主学习能力为重点；
b) 利用移动和中兴等名企的培训资料和案例进行教学，实地参观学
习，将知识落于实处，摸得着看得到。
c) 实践操作环节：任务式教学，课前布置任务，课堂完成任务，课
余或课后拓展巩固任务。课堂任务采用“分析讨论—教师演示与提示—学生实际操作—部分学生完成任务后，学生讲解，教师总结、点
评—学生互助，所有学生完成任务”的5 步教学法完成；
d) 课外教学：通过相关课程或技术网站进行扩充学习，通过qq 互动答疑；e) 假期锻炼：联系校外顶岗实习基地等为学生的实际操作提供机会。2、教学评价
考核中注重实操，考虑项目实施的过程与使用的方法。实训和期末
可选题目的设置为少数学生提供展现的空间；平时成绩及过程考核
为多数学生以鼓励和适当保障。具体考核分值分配如下表。
分值总体分配表
平时分分配表
3、教材选用
建议采用理论精简，实验丰富且图表清晰易懂的专科教材。摆脱本
科生教材的理论繁琐性和器件内部结构及原理的详细介绍，但sdh 部分内容应尽可能的详细且伴有大量图表及可行实验。建议教材：《光纤通信技术与设备》，杜庆波主编，人民邮电出版社参考书：《光纤通信技术》，顾生华，北京邮电大学出版社《光纤通信》，乔桂红，人民邮电出版社
《光纤通信技术》，孙学康、张金菊主编，人民邮电出版社《光纤通信》，顾畹仪主编，人民邮电出版社网络资源：
本课程标准适用于通信技术专业。
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? ????≥
光纤通信概论 一、单项选择题 1、光纤通信指的就是: 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 D 近紫外区 3 目前光纤通信所用光波的波长范围就是: A 0、4～2、0 B 0、4～1、8 C 0、4～1、5 D 0、8～1、6 4 目前光纤通信所用光波的波长有三个,它们就是: A 0、85、1、20、1、80 ; B 0、80、1、51、1、80 ; C 0、85、1、31、1、55 ; D 0、80、1、20、1、70。 6 下面说法正确的就是: 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、什么就是光纤通信？ 2、光纤的主要作用就是什么？ 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就是多少？ 5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别就是多少？ 光纤传输特性测量 一、单项选择题 1 光纤的损耗与色散属于: 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 光纤的衰减指的就是: 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; D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。
《光纤通信》作业 2—1 均匀光纤芯与包层的折射率分别为：，，试计算： ⑴光纤层与包层的相对折射率差△为多少 ⑵光纤的数值孔径NA为多少 ⑶在1m长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差为多少 解： ⑴ 纤芯和包层的相对折射率差 ⑵ ⑶ 2—10 一阶跃折射率光纤的相对折射率差，，当波长分别为μm、μm、μm时，要实现单模传输，纤芯半径a应小于多少 解： 单模传输条件为： → 当时， 当时， 当时， 3—1 设激光器激活物质的高能级和低能级的能量各为和，频率为f，相应能级上的粒子密度各为和。试计算：
⑴当，时， ⑵当，时， ⑶当，若。环境温度(按玻尔兹曼分布规律计算) 解： ⑴ 其中，，，， 代入数据，得 ⑵ ， 其中，，，， ， 代入数据，得 ⑶ →→ 其中，，，， ， 代入数据，得 3—10 一个半导体激光器发射波长为μm，谐振腔具有“箱式”结构，腔长，宽，厚，介质的折射率。假设谐振腔周围的壁能完全地反射光，则谐振腔模式满足
m，s，q是整数，为1，2，3，…，它们分别表示各个方向上的模数，求： ⑴谐振腔允许的纵模模数； ⑵设，，计算纵模的波长间隔。 解： ⑴ 已知 则纵模模数 其中，，，，为定值 当q取得最大值时，m、s均取最小值1 此时，计算得 ∴，且q为整数 谐振腔允许的纵模模数为910 ⑵ 由第⑴问，得当，时， 当时，；当时， 4—11 在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素 答： 数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有：
①能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。这样就可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰，有利于提高光接收机的灵敏度。 ②能给光接收机提供足够的定时信息。因而应尽可能减少连“1”码和连“0”码的数目，使“1”码和“0”码的分布均匀，保证定时信息丰富。 ③能提供一定的冗余度，用于平衡码流、误码监测和公务通信。但对高速光纤通信系统，应尽量减小冗余度，以免占用过大的带宽。
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、磁波无线电通信相比，光纤通信具有如下有点： （1）通信容量大。首先，光载波的中心频率很高，约为2×1014 Hz ，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20000 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2GHz 。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 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于 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、无线电波的干扰。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，噪声主要来源于量子噪声及光 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含多条光纤的光缆，在光缆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，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。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号，以尽可能小的畸变(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，接头和连接器是不可缺少的器件。光接收机把从光纤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相反的变换，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5 GHz 的微波载波和1.55μm 的光载波 上能传输多少64 kb/s 的话路? 解 在5GHz 微波载波上能传输的64 kb/s 的话路数 93 5101%781()6410 k ??=≈?路 在m μ的光载波上能传输的64kb/s 的话路数 8678310()1%1.5510 3.024210()6410 k -???==??路 1-4 简述未来光网络的发展趋势及关键技术。 答 未来光网络发展趋于智能化、全光化。其关键技术包括：长波长激光器、低损耗单模光纤、高效光放大器、WDM 复用技术和全光网络技术。 1-5 光网络的优点是什么? 答 光网络具有如下的主要优点： (1) 可以极大地提高光纤的传输容量和结点的吞吐量，以适应未来宽带(高速)通信网的要求。 (2) 光交叉连接器(oXC)和光分插复用器(OADM)对信号的速率和格式透明，可以建立一个支持多种业务和多种通信模式的、透明的光传送平台。 (3) 以波分复用和波长选路为基础，可以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。 光网状网具有可重构性、可扩展性、透明性、兼容性、完整性和生存性等优点，是目前光纤通信领域的研究热点和前
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
第5章光放大器 一、填空题 1．损耗和色散是影响光纤通信最大中继距离的两个重要因素，为保证长途光纤信号传输质量的可靠性，必须要在线路的适当位置设立中继站，传统的中继器采用的是形式的中继器。 答案：光电混合 2．研究最早而推广最慢的光放大器为，目前已投入市场的光放大器是。答案：半导体光放大器，EDFA 3．常见的非线性效应光放大器有和两种。 答案：受激拉曼光放大器，受激布里渊光放大器 4．常选EDFA泵浦激光的波长为nm和nm。 答案：980，1480 5．EDFA的输入信噪声比与输出信噪比叫。 答案：噪声系数。 6．掺铒光纤激光器的结构包括三部分，分别为：、和。答案：增益介质，光学谐振腔，泵浦源。 7．光纤激光器的工作条件是增益介质。 答案：粒子数反转。 8．成对出现的光栅是光栅，把光栅烧入掺杂光纤中的光栅是光栅。 答案：分布布拉格，分布反馈。 9光纤激光器用在和未来的系统中。 答案：DWDM，相干光通信 二、选择题 1．EDFA属于再生器。（）A．1R B．2R C．3R D．光电混合 答案：A 2．光载波为1550nm，光放大器的泵浦激光波长为，才是共振泵浦。（）A．980nm B．1480nm C．1310nm C．1400nm 答案：B 3．如何使SOA实现粒子数反转？（）A．光泵浦B．反向偏置电压C．正向偏置电压D．不加电压 答案：C 4．当强泵浦激光注入时，可利用在中发生的交叉增益调制、交叉相位调制和四波混频来制成波长变换器。（）A．SBA B．EDFA C．EPFA D．SOA 答案：D 5．提高DBR光纤光栅激光器的吸收效率，可用下列哪种方法？（）A．Er-Yb共掺杂光纤B．采用主振荡器—功率放大器一体化 C．有源反馈技术D．采用共振泵浦 答案：A 6．EDFA的工作波长正好落在（）范围。（）A．0.8~1.0μm B．1.5~1.53μm C．1.53~1.56μm D．1.56~1.58μm 答案：C
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。
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。
第3章 习题及答案 一．填空 1．对于二能级原子系统，要实现光信号的放大，原子的能级分布必须满足高能级粒子数大于低能级粒子数，即粒子数反转分布条件。 2．一个电路振荡器，必须包括放大部分、振荡回路和反馈系统。而激光振荡器也必须具备完成以上功能的部件，故它也包括三个部分：能够产生激光的 工作物质 ，能够使工作物质处于粒子数反转分布的 ，能够完成频率选择及反馈作用的 。 答案：工作物质，泵浦源，光学谐振腔 3．半导体光放大器的粒子数反转可通过对PN 节加 偏压来实现。PN 结加上这种偏压后，空间电荷区变窄，于是N 区的电子向P 区扩散，P 区的空穴向N 区扩散，使得P 区和N 区的少数载流子增加。当偏压足够大时，增加的少数载流子会引起粒子数反转。 答案：正向。 4．对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，表明振荡产生了激光，把这个电流值叫 ，用th I 表示。当th I I <时，激光器发出的是 ，因此光谱很宽，宽 度常达到几百埃；当th I I >时，激光器发出的是 ，光谱突然变得很窄，谱线中心强度急剧增加， 表面发出的是激光。 答案：阈值电流，荧光，激光。 5．影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径。发散角越大，耦合效率越 ；数值孔径越大，耦合效率越 。 答案：低，高。 6．激光和光纤的耦合方式有直接耦合和透镜耦合。当发光面积大于纤芯截面积时，用 ；当发光面积小于纤芯截面积时，用 。 答案：透镜耦合，直接耦合。（课本上有误） 7．半导体激光器其光学谐振腔的谐振条件或驻波条件是 。 答案：2g L q λ=（或2nL q λ=）。 8．判断单模激光器的一个重要参数是 ，即最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。 答案：边模抑制比。 二．判断题 1．电子服从费米能级分布，即在热平衡条件下，占据能级低的概率大，占据能级高的概率小。 （ ） 正确 2．自发辐射的光子方向是随机的，发出非相干光，且不需要外来光场的激励。 （ ） 正确 3．LED 与单模光纤的耦合效率低于LD 与单模光纤的耦合效率，边发光比面发光LED 耦合效率低。 （ ） 错误，边LED 比面LED 耦合效率高 4．光检测器要产生光电流，入射光波长必须大于截止波长，所以长波长检测器能用于短波长检测。 （ ） 错误。应该小于。 5．设计工作于1.55 μm 的光检测器同样能用作1.3 μm 的光检测器，且在长波长灵敏些。 （ ） 正确。因为在一定波长工作的光检测器能工作于更短的波长。 三．选择题 1．对于半导体激光器的结构，下列说法错误的是（ ） A ．F-P 激光器是多模，DF B 和DBR 激光器是单模激光器
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。 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。 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 ≈ 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111 22V a NA ππλλ==?，得到纤芯直径为 11130.2722V a NA λλ ππ= ?==≈
一、填空题（20分) 1、目前光纤通信所用光波得光波波长范围为:0、８～1、8μm,属于电磁波谱中得近红外区。 2、光纤得典型结构就是多层同轴圆柱体，它由、与三部分组成. 3、光纤通信中常用得三个低损耗窗口得中心波长就是: , ，；最低损耗窗口得中心波长就是在: 。 4、光纤得色散分为色散色散与色散。 5、光与物质得粒子体系得相互作用主要有三个过程就是：，，；产生激光得最主要过程就是: 。６、光源得作用就是将变换为；光检测器得作用就是将转换为. 二、单项选择题(15分） 1光纤通信指得就是：［Ｂ] A以电波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介得通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介得通信方式。 2 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：［Ｂ］ -－－-A—V>2、40５——--—－B－V〈２、405-——－－-C- V＞3、832————－D- Ｖ〈3、832 3 使用连接器进行光纤连接时,如果接续点不连续，将会造成:[Ｃ］ A 光功率无法传输； B 光功率得菲涅耳反射; Ｃ光功率得散射损耗； D 光功率得一部分散射损耗，或以反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光得放大就是通过：［Ｃ] A 光学谐振腔来实现; B 泵浦光源来实现； C粒子数反转分布得激活物质来实现; D 外加直流来实现. ５掺铒光纤得激光特性：［B] A主要由起主介质作用得石英光纤决定; B 主要由掺铒元素决定; C 主要由泵浦光源决定; D 主要由入射光得工作波长决定. 三、（15分)如图所示,用射线理论分析子午光线在阶跃光纤中得传输原理.
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。 5.利用_光_并在光纤中传输的通信方式称为光纤通信。 6.在PIN 光电二极管中，P 型材料和N 型材料之间加一层轻掺杂的N 型材料，称为本征层（I ）层。 7. 光源的作用是将 电信号电流变换为光信号功率 ；光检测器的作用是将 光信号功
一、填空题（40分，每空1分） 1、光纤通信是光纤为传输媒质。以光波为载波的通信方式。 2、无源器件主要有光纤连接器、波分复用器、光调制器、光隔离器、光耦合器和光衰减器、光开关等。 3、单模光纤纤芯直径一般为 8~10um ，多模光纤纤芯直径为 50~80 um ，光纤包层直径一般为 125 um 。 4、光缆结构包括缆芯、铠装和护套。常用光缆有层绞式、骨架式、中心管式、带状式等结构。 5、光纤主要的传输特性是损耗和色散。 7、在光纤通信系统中，对光源的调制可分外调制和内调制两类。 8、掺铒光纤放大器应用方式有中继放大器、前置放大器和 后置放大器。 10、EDFA的泵浦结构方式有：a. 同向泵浦；b. ___反向泵浦____结构；c.双向泵浦结构。 11、SDH的主要复用步骤是映射、定位和复用。 12、光中继器实现方式有光-电-光形式中继放大器 和光放大器两种 1、为增大光接收机的接收动态范围，应采用（ B ）电路。 A．ATC B．AGC C．APC D．ADC 2、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是( A ) 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 4、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 ) 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 5、STM－4每秒可传输的帧数是( D ) A.1000 B.2000 C.4000 D.8000
6、STM-N一帧的字节数是( C )。 A.2709 B.274N9 C.270N9 D.261N9 7、在光纤通信系统中，当需要保证在传输信道光的单向传输时，采用( B )。 A.光衰减器 B.光隔离器 C.光耦合器 D.光纤连接器 8、决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和色散 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 9、下列哪一个不是SDH网的特点( D ) 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 10、将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是（ B ） 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 三、简答题（20分） 1、简述掺铒光纤放大器（EDFA）工作原理。（9分） 1、在掺铒光纤（EDF）中，铒离子有三个能级：基态E1、亚稳态E2和激发态E3。 当泵浦光的光子能级等于E3和E1的能量差时，铒离子吸收泵浦光的光能从基态跃迁到激发态，但激发态不稳定，电子很快返回到E2，若输入的信号光的光子能量等于E 2和E1之间能量差，则电子从E2跃迁到E1，产生受激辐射光，故光信号被放大。 2、光纤通信有哪些优点？（6分） 2、①传输衰减小，传输距离长。 ②频带宽，通信容量大。 ③抗电磁干扰，传输质量好。 ④体积小、重量轻、便于施工。 ⑤原材料丰富，节约有色金属，有利于环保 ⑥易碎不易接续。 3、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？（5分） 3、当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小，这种现象即称为光纤的损耗。损耗一般用损耗系数α表示。 （dB/km）（3分） 损耗产生的主要原因是光纤材料的吸收、散射作用和光纤在使用过程中由于连接、弯曲而导致附加光功率损失。（2分）
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） 1-4 简述未来光网络的发展趁势及关键技术。 答未来光网络发展趁于智能化、全光化。其关健技术包括：长波长激光器、低损耗单模光
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
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? ????≥