西北工业大学_光纤通信作业答案

答案第一章：光纤通信1、什么是光纤通信？光纤通信及系统的组成光纤通信使用光导纤维作为传输光波信号的通信方式。

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。

2、什么事光通信光通信就是以光波为载波的通信。

3、光纤通信的优点？①传输频带宽，通信容量大。

②传输衰减小，传输距离长。

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4、光纤通信的工作波长？光源：近红外区波长：0.8—1.8μm频率：167—375THz5、WDM是指什么？DWDM指什么？WDM：波分复用DWDM：密集波分复用6、光纤从材料上可以分为哪几种？从材料上分为石英光纤、多组份玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤等7、光纤活动连接器从连接方式来看分为哪几种？常见的插针端面有哪几种？PC、APC、SPC（球面、斜面、超级抛光端面呈球面的物理接触）8、按缆芯结构分，光缆分为哪几种？层绞式、单位式、骨架式、带状式9、光线的制造分哪几个步骤？I 材料准备与提纯II 制棒III 拉丝、涂覆IV 塑套其中制棒分为：（1）MCVD改进的化学气相沉淀法（2）PCVD等离子化学气相沉淀法10、按材料光纤分几种？同611、无源器件的种类连接器、分路器与耦合器、衰减器、隔离器、滤波器、波分复用器、光开关和调制器等第二章：光纤通信的物理学基础1、通过哪些现象可以证明光具有波动性？光的波动性可以从光的干涉、光的衍射和光的偏振等现象证明2、什么叫光电效应？光电效应具有哪些试验规律？由于光的照射使电子从金属中溢出的现象称为光电效应⑴ 每种金属都有一个确定的截止频率γ0，当入射光的频率低于γ0 时，不论入射光多强，照射时间多长，都不能从金属中释放出电子。

⑵ 对于频率高于γ0的入射光，从金属中释放出的电子的最大动能与入射光的强度无关，只与光的频率有关。

频率越高释放出的电子的动能就越大。

⑶ 对于频率高于γ0的入射光，即使入射光非常微弱，照射后也能立即释放出电子。

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；保密；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1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？答：5GH z×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）可以极大地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。

课后练习2.17、某SI 型光纤，纤芯半径62.5 a m μ=，1 1.48n =，2 1.47n =，工作波长为1310nm ，计算其归一化频率，并估算其中可传播的模式总数。

解：由于归一化频率 22122V a n n πλ=- 22262.5 1.48 1.471.31π=⨯⨯- 51.4611=而传播的模式总数2/2M V =1324=2.19、某SI 型光纤，纤芯半径 4 a m μ=，1 1.48n =，数值孔径0.01NA =，试问此光纤在工作波长分别为850nm ，1310nm ，1550nm 时，是否满足单模传输条件？ 解：单模传输条件：01(,01)c TE TM λλ>因为 2201122(,01) 2.405c TE TM a n n =-πλ 2.613a NA =⨯0.1045 (m)μ=故光纤在工作波长分别为850nm ，1310nm ，1550nm 时，都能满足单模传输条件。

4.4有一GaAlAs 半导体激光器，其谐振腔长为300m μ，材料折射率n=3.0，两端的解理面的反射率为0.35。

(1)求因非全反射导致的等效损耗系数。

(2)求相邻纵模间的频率间隔和波长间隔。

(3)若此激光器的中心波长λ=1310nm ，与此相应的纵模序数。

已知1) 因非全反射导致的等效损耗系数(mm -1)2)由 q=1,2,3….(Hz)波长间隔109.510-⨯ (m)3）由 13744.5 已知总注入电流 1）求p=？波形？波形略.2） 则波形略.4.9 有一GaAlAs 半导体激光器，其谐振腔长为500m μ，腔内的有效吸收系数为10cm -1，两端的非涂覆解理面的反射率为0.32。

求在受激辐射阈值条件下的光增益。

(2)若在激光器一端涂覆一层电介质反射材料，使其反射率变为90%，试求在受激辐射阈值条件下的光增益。

(3)若它的内量子效率为0.65，试求(1)和(2)中的外量子效率。

第2章 光纤一、填空1．被誉为世界光纤之父的是 ，于2009年获得诺贝尔物理学奖。

被誉为中国光纤之父的是 。

答案：高锟，赵梓森。

3．光纤由 和 构成。

答案：纤芯，包层。

4．多模纤芯外径一般为 或 ，包层外径一般为 ，防护层外径一般为 。

头发的直径大概 ，光波长量级为 。

单模光纤纤芯外径一般为 。

答案：50um,62.5um,125um,250um,60um,1um,10um 。

5．光纤的制造工艺主要包括哪三步 、 和 。

答案：原料提纯，预制棒熔炼，拉丝及涂覆。

6．光纤预制棒的熔炼分为管内和管外两种，管内有 和 ，管外有 和 。

答案：MCVD,PCVD,V AD,OVD 。

7．光缆的结构主要包括： 、 和 。

答案：缆芯，加强元件，护层。

9．渐变光纤折射率分别表示式中，当g=1时，为 分布，当g=2时，为 分布，当g=∞时，为 分布。

答案：抛物线，三角，阶跃。

10．从光在光纤中传输的光路判断，（a ）是 光纤，（b ）是 光纤。

（选择阶跃或渐变）答案：阶跃，渐变。

11．光纤的模的实质是 。

答案：满足边界条件的电磁场波动方程的解。

12．当多模光纤的归一化频率相等时，折射率三角分布的光纤模式数目是阶跃光纤的 倍。

答案：1/3。

13．单模光纤如果不是圆柱形对称，基模分解的两个相互正交的线性偏振模传播常数不同，导致了光脉冲的展宽，称这一现象叫 。

答案：偏振模色散。

14．为了保证光纤中只能存在一个模式，归一化频率应该满足 。

答案：V15．多模光纤中的色散是 色散，单模光纤中的色散是 色散。

答案：模间，波长。

17．色散位移型光纤工作波长为 ，非零色散型光纤工作波长为 ，常规型单模光纤工作波长为 ，截止波长位移型工作波长为 。

答案：1.55μm ，1.55μm ，1.31μm ，1.55μm 。

18．当光线中光功率较低时，光纤的折射率一直为常数；当光功率升高后，折射率随光强度的调制而发生变化。

非线性折射率波动效应可分为三类： 、 和 。

练习题光纤通信练习题一、填空题1.单模光纤中不存在模式色散，仅存在波长色散，具体来讲，可分为波导色散和材料色散。

2. 光纤中的最低阶非线性效应起源于三阶电极化率，它是引起三次谐波、四波混频、非线性折射和自相位调制等现象的原因。

3．光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长为1.31um ，0.85um ， 1.55um 最低损耗窗口的中心波长是在 1.55um 。

4.数值孔径（NA）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。

5．光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是自发辐射，受激吸收，受激辐射；产生激光的最主要过程是受激辐射。

6．光纤单模传输条件，归一化频率V应满足V小于2.4048 。

7、光源的作用是将电信号变换为光信号；光检测器的作用是将光信号转换为电信号。

8.散射损耗与光纤自身缺陷及材料不均匀有关。

9. 单模光纤只能传输一个模式，即HE11模，称为光纤的基模。

10.光缆的种类很多，但是不论它的具体结构如何，都是由缆芯、护套和加强元件组成。

11.限制光纤传输容量（BL积）的两个基本因素是带宽和长度。

12.LD是一种光源器件，它通过受激发射发光，具有输出功率大、输出光发散角窄、与单模光纤耦合效率高、辐射光谱线窄等优点。

13. PIN二极管的特点包括响应速度快、转换效率高和量子效率高。

14. LED的主要特性参数为频谱特性、温度特性和调制特性15.光纤和光纤连接的方法有两大类永久性连接和可拆卸连接。

16.影响光纤耦合性能的主要因素有插入损耗、功率耦合系数、隔离度和分光比。

17. 在光波系统中得到广泛应用的两种光检测器是PIN光电二极管和APD光电二极管。

18. 光发送机主要由光源、驱动器和调制器组成。

19. 接收机中存在的噪声源可分为光电检测器和光接收机的电路组成。

20. 构成SDH网络的基本单元称为网元。

该设备有TM（终端复用器）、ADM（分/插）复用器、REG（再生中继器）和DXC(数字交叉连接设备）四种。

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。

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 () 21⎩⎨⎧≥<=ar n ar n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121⎪⎩⎪⎨⎧≥<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=ar n a r a r n r n cm α 3．阶跃型光纤和渐变型光纤的数值孔径NA 是如何定义的？两者有何区别？它是用来衡量光纤什么的物理量？答：阶跃型光纤的数值孔径2s i n 10∆==n NA φ 渐变型光纤的数值孔径 ()() 20-0s i n220∆===n n n NA c φ两者区别：阶跃型光纤的数值孔径是与纤芯和包层的折射率有关；而渐变型光纤的数值孔径只与纤芯内最大的折射率和包层的折射率有关。