光纤技术及应用复习题1-5汇编

天平山上白云泉，云自无心水自闲。

白居易《白云泉》天平山上白云泉，云自无心水自闲。

【译文】天平山上有个白云泉，这里的白云随风飘荡，这里的泉水从容安闲。

【出典】白居易《白云泉》注：1、《白云泉》白居易天平山上白云泉，云自无心水自闲。

何必奔冲山下去，更添波浪向人间。

2、注释：白云泉：天平山山腰的清泉。

天平山：在今江苏省苏州市西。

无心：舒卷自如。

闲：从容自得。

何必：为何。

奔：奔跑。

波浪：水中浪花，这里喻指令人困扰的事情。

3、译文1：天平山白云泉边是那样清幽静谥，天上的白云随风飘荡，舒卷自如；山上的泉水淙淙潺流，从容自得。

我问泉水，你既然在这里如此闲适，何要奔冲山下去，给原本纷扰多事的人间推波助澜？译文2：天平山白云泉边是那样宁静幽寂，天上的白云自由飘荡，山上的泉水从容流淌。

泉水啊，你在这里如此安闲，为何还要冲下山去，给本就不平静的世间再添是非？译文3：天平山白云泉边是那样清幽静谧，天上的白云随风飘荡，舒卷自如；山上的泉水缓缓流淌，从容自得。

你既然在这里如此闲适，又何必要奔下山去，给原本就纷扰多事的人间再添波澜？4、白居易（772年—846年），字乐天，号香山居士，又号醉吟先生，祖籍太原，到其曾祖父时迁居下邽。

是唐代伟大的现实主义诗人，唐代三大诗人之一。

白居易与元稹共同倡导新乐府运动，世称“元白”，与刘禹锡并称“刘白”。

白居易的诗在当时流传广泛，上自宫廷，下至民间，处处皆是，其声名还远播新疆和朝鲜、日本。

白诗对后世文学影响巨大，晚唐皮日休、宋代陆游及清代吴伟业、黄遵宪等，都受到白居易的诗的启示。

白居易的诗歌在日本的影响最大，他是日本最喜欢的唐代诗人，在日本的古典小说中常常可以见到引用他的诗文，可以说在日本人的心中白居易才是中国唐代诗歌的风云人物。

白居易的祖父白湟、父亲白季庚及外祖父都是诗人，在这种家庭背景下，白居易读书十分刻苦，终成诗人。

但白居易和李白、杜甫一样，也嗜酒成性。

他喝酒时，有时是独酌。

如在苏州当刺史时，因公务繁忙，用酒来排遣，他是以一天酒醉来解除九天辛劳的。

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、8323 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.四、（15分)简答下列问题：１、什么就是光纤色散?光纤色散主要有几种类型?其对光纤通信系统有何影响？2、分别说明G、6５２、Ｇ、653光纤得性能及应用。

五、（1０分）如图所示,分析说明雪崩光电二极管得工作原理。

六、（10分）如图所示，分析说明掺铒光纤放大器主要由几部分构成？各部分得作用就是什么？七、(15分)光纤通信系统构成得框图如图所示,分析说明各部分得作用。

光纤通信技术复习题（非考试题序）一、填空题P9 1、（1）：光纤通信是指利用（光纤）作为传输介质，实现（光信号）传输的通信方式。

（5）WDM的含义是（波分复用），FTTH的含义是（光纤入户）。

（这是名词解释的题目）SDH:同步数字系统WDM:波分复用系统DWDM：密集波分复用系统OTDR:光时域反射仪P44 1、（3）：未经涂覆和套塑的光纤称为裸光纤，是由（纤芯）和（包层）构成的。

（6）纤芯的折射率n1（大于）（大于或小于）包层的折射率n2。

（7）按折射率分布划分，光纤可分为（阶跃型光纤）、（渐变型光纤）。

（9）光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长是（0.85）（1.31）（1.55），最低损耗窗口的中心波长是（1.55）。

（24）按缆芯结构的特点，光缆可分为（层绞式）光缆、（中心管式）光缆和（骨架式）光缆等。

（25）按线路敷设方式分类，光缆可分为（架空）光缆、（管道）光缆、（直埋）光缆、隧道光缆和水底光缆等。

P65 1、（3）：光的发射和吸收行为，包括三种基本过程，即（自发辐射）、（受激吸收）和（受激辐射）。

（8）激光器是由三个部分组成的，即：（工作物质）、（谐振腔）和（泵浦源或激励源）。

（14）发光二级管，发出的是（荧光），光谱的谱线（宽），发散角（大）。

而半导体激光器，发出的是（激光），光谱的谱线（窄），发散角很（小）。

P113 （9）光发送机的消光比越（大）越好，即全“0”时，发光功率越（小）越好，但在实际上，消光比越（大），光接收机的灵敏度会下降。

（10）在光端机中，除了光发送机外，还有（光发射机）机。

（11）当光电检测器受到光束照射时，光束横截面上包括（光子）数目的随机起伏，引起（电子--空穴对）的随机起伏，使光电检测器的（光生载流子）了随机起伏，这种随机起伏产生的的噪声就是量子噪声。

（12）暗电流是指（无光）照射时光电检测器中产生的电流。

（13）光接收机灵敏度是指在保证给定的（误码率）条件下，所需的最（小）平均接收光功率。

试题3一、填空题（40分，每空1分）1、光纤通信是为传输媒质。

以为载波的通信方式。

光纤的工作波长为、和。

2、无源器件主要有、、、、和、光开关等。

3、单模光纤纤芯直径一般为，多模光纤纤芯直径为，光纤包层直径一般为。

4、光缆结构包括、和。

常用光缆有、、、等结构。

5、光纤主要的传输特性是和。

6、光纤接续的主要方法有和。

7、在光纤通信系统中，对光源的调制可分和两类。

8、掺铒光纤放大器应用方式有、和。

9、光与物质作用时有、和三个物理过程。

10、EDFA的泵浦结构方式有：a. ___________；b. ___________结构；c.双向泵浦结构。

11、SDH的主要复用步骤是、和。

12、光中继器实现方式有和两种二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。

每小题2分，共20分)1、为增大光接收机的接收动态范围，应采用（）电路。

A．ATC B．AGC C．APC D．ADC2、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3、以工作波长属于通信光纤窗口的是( )。

A.632.8nmB.1310nmC.2000nmD.10.6μm4、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5、STM－4每秒可传输的帧数是( )A.1000B.2000C.4000D.80006、STM-N一帧的字节数是( )。

A.2709B.274N9C.270N9D.261N97、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( )。

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( )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( )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（）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。

光纤通信技术复习题答案1. 光纤通信技术中，光纤的主要类型是什么？答案：光纤通信技术中，光纤的主要类型包括单模光纤和多模光纤。

2. 光纤通信系统的基本组成有哪些？答案：光纤通信系统的基本组成包括光源、光调制器、光纤、光接收器和光放大器。

3. 光纤通信中，光信号的传输方式有哪些？答案：光纤通信中，光信号的传输方式主要有强度调制直接检测（IM-DD）和相干光通信。

4. 光纤通信技术中，色散是如何影响信号传输的？答案：在光纤通信技术中，色散会导致信号脉冲展宽，影响信号的传输质量，降低通信系统的性能。

5. 光纤通信系统中，光放大器的作用是什么？答案：光纤通信系统中，光放大器用于放大光信号，以补偿光纤传输过程中的损耗，延长传输距离。

6. 光纤通信技术中，波分复用（WDM）技术的原理是什么？答案：波分复用（WDM）技术的原理是在一根光纤中同时传输多个不同波长的光信号，以提高光纤的传输容量。

7. 光纤通信技术中，光时分复用（OTDM）技术是如何工作的？答案：光时分复用（OTDM）技术通过在极短的时间内将光信号进行时分复用，使得多个数据流在同一光纤中以不同的时间间隔传输。

8. 光纤通信中，非线性效应对信号传输有何影响？答案：非线性效应如自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）和四波混频（FWM）等，会导致信号失真，影响光纤通信系统的性能。

9. 光纤通信技术中，光纤的损耗主要由哪些因素引起？答案：光纤的损耗主要由散射损耗和吸收损耗引起，其中散射损耗包括瑞利散射和非线性散射，吸收损耗包括本征吸收和杂质吸收。

10. 光纤通信技术中，如何实现光信号的调制？答案：光纤通信技术中，光信号的调制可以通过改变光的强度、频率、相位或偏振等属性来实现，常用的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）和脉冲编码调制（PCM）。

光纤通信复习题⽬..《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211ln 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。

⼆、选择题：（共5题，每题2分）1、平⽅律型折射指数分布光纤中总的模数量等于 D 。

（a ） 121n n n - （b ） 22V (c) ?21n (d) 42V 2、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 B 状态。

（a ）全反射（b ）粒⼦数反转 (c) 受激吸收 (d)⾃发辐射3、光电检测器是利⽤材料的 A 来实现光电转换的。

（a ）光电效应（b ）能量 (c) 时延。

(d)衰减4、传输⽹主要由 A 和构成的。

（a ）传输设备、⽹络节点（b ）交换设备、路由器(c)⽹关、节点设备 (d)信令设备、节点5、在SDH 帧结构中， C 是⽤于传送⽹络运⾏、管理和维护的附加字节。

（a ）容器（b ）⽀路单元 (c) 段开销 (d) 信息净负荷三、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。

12.简述如何测量光端机的平均发送光功率？
13.简述如何测量光纤数字通信系统的误码率？
14.简述如何测量光接收机灵敏度及动态范围？
15.简述为什么光纤令牌环局域网是一种自愈网？
16.简述全光通信网的关键技术。
1. 假设阶跃折射率光纤1 1.48n =，2 1.478n =，工作波长为1320nm ，试
0.1mW/cm 入射时，产生56.6nA 的光电流。计算它
的响应度和量子效率。（346.6310h J s -=??，191.6010e C -=?） 解：
入射功率：2270.1/(0.02) 1.2610in P mW cm W π-=??=?
响应度：/0.45/ph in R I P A W ==
15. 光纤色散是指信号能量中的各种分量由于在光纤中传输速度不同，而引起的信号畸变。将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响 通信距离和容量 。
1.什么是光纤的色散？光纤的色散分为哪几种？在单模光纤中有
哪些色散？
2.简述光纤的损耗机理。
3.光纤通信系统由哪几部分组成？简述光纤通信系统的工作过程。
4.简述LD和LED的工作原理？
（2）由题意得：min 10lg
0.25300.3P dB km W μ=? 解得min 1.69P W μ=
（2） P P in in I q I hc P h P q ηυλ==? 82.21022p in q I P A nA hc ηλ-=
=?=
9. 一个GaAs-PIN 光电二极管（已知GaAs 材料 1.43g E eV =），平均每三个入射光子产生一个电子-空穴对。假设所有的电子都被收集，
那么（346.6310h J s -=??，191.610e C -=?）：

光纤考试题及答案一、单选题（每题2分，共20分）1. 光纤通信中，光信号的传输介质是：A. 铜线B. 光纤C. 无线电波D. 微波答案：B2. 光纤的折射率分布不均匀时，称为：A. 单模光纤B. 多模光纤C. 梯度折射率光纤D. 均匀折射率光纤答案：B3. 光纤通信中，光信号的调制方式不包括：A. 调幅B. 调频C. 调相D. 调时答案：D4. 光纤通信中，光信号的传输损耗主要来源于：A. 材料吸收B. 散射C. 弯曲损耗D. 所有以上5. 光纤通信中，光信号的色散不包括：A. 材料色散B. 波导色散C. 模式色散D. 温度色散答案：D6. 光纤通信中，光信号的接收器通常使用的是：A. 光电二极管B. 光电晶体管C. 光电倍增管D. 光电三极管答案：A7. 光纤通信中，光信号的发送器通常使用的是：A. 发光二极管B. 激光二极管C. 光电二极管D. 光电晶体管答案：B8. 光纤通信中，光纤的连接通常使用：A. 焊接B. 熔接C. 机械连接D. 所有以上答案：D9. 光纤通信中，光纤的保护层通常使用的是：B. 玻璃C. 金属D. 陶瓷答案：A10. 光纤通信中，光纤的类型不包括：A. 单模光纤B. 多模光纤C. 塑料光纤D. 铜线光纤答案：D二、多选题（每题3分，共15分）1. 光纤通信的优点包括：A. 高带宽B. 抗电磁干扰C. 长距离传输D. 成本低廉答案：ABC2. 光纤通信中，光信号的调制方式包括：A. 调幅B. 调频C. 调相D. 调时答案：ABC3. 光纤通信中，光信号的色散类型包括：A. 材料色散B. 波导色散C. 模式色散D. 温度色散答案：ABC4. 光纤通信中，光纤的损耗来源包括：A. 材料吸收B. 散射C. 弯曲损耗D. 连接损耗答案：ABCD5. 光纤通信中，光纤的类型包括：A. 单模光纤B. 多模光纤C. 塑料光纤D. 铜线光纤答案：ABC三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述光纤通信的基本原理。

光纤通信技术期末复习题光纤通信技术期末复习题⼀.选择题。

1.光纤包层需要满⾜的基本要求是（A）A.为了产⽣全反射，包层折射率必须必纤芯低B.包层不能透光，防⽌光的泄露C.必须是塑料，使得光纤柔软D.包层折射率必须必空⽓地2.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D.泵浦光源来实现的 D.外加直流来实现的3.STM-64信号的码速率为（D）A.155.520Mb/sB.622.080Mb/sC.2488.320Mb/sD.9953.280Mb/s4.以下哪个是掺铒光纤放⼤器的功率源（C）A.通过光纤的电流B.EDFA不需要功率源C.在980nm或1480nm发光的泵浦激光器D.从光信号中提取的功率5.数字光接收机的灵敏度Pr=100微⽡，则为（ A）dbmA.-10B.10C.-20D.-306.为了使雪崩光电⼆极管能正常⼯作，需在其两端加上（B）A.⾼正向电压B.⾼反向电压C.低反向电压D.低正向电压7.光纤的数值孔径与（C）有关。

A.纤芯的直径B.包层的直径C.相对折射率指数差D.光的⼯作波长8.光缆的规格代号中⽤两位数字来表⽰光纤的损耗常数，⽐如02表⽰光纤的损耗系数不⼤于（B）A.2dB/KmB.0.2dB/KmC.20dB/KmD.⽆具体含义9.光缆的规格代号中⽤⼀位数字来表⽰光纤的适⽤波长，⽐如3表⽰的波长是（C）A.0.85umB.1.31umC.1.55umD.1.51um10.PIN光电⼆极管，因雪崩倍加作⽤，因此其雪崩倍加因⼦为（C）A.G＞1B.G＜1C.G=1D.=011.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（B）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12.EDFA中将光信号和泵浦光混合起来送⼊掺铒光纤中的器件是（B）A.光滤波器B.光耦合器C.光环形器D.光隔离器13.STM-1的帧结构中，AU指针区域的位置是在（D）A.第4列， 1～3⾏B.第4列，1～9⾏C.1～3列，第4⾏ C.1～9列，第4⾏14掺铒光纤放⼤器的⼯作波长所处范围是（D）A.0.85um～0.87umB.1.31um～1.35umC.1.45um～1.55umD.1.53um～1.56um15.光缆的规格代号中⽤字母来表⽰附加导线的材料，如铜导线则附加字母是（D）A.CuB.LC.TD.没有字母16.光时域反射仪（OTDR）是利⽤光在光纤中传输时的瑞利散射所产⽣的背向散射⽽制成的精密仪表，它不可以⽤作（D）的测量。

光纤通信期末复习题⼀、填空题（每空1分，把答案写在答题纸上，共60分）1、⽬前使⽤的⽯英光纤有单模光纤和多模光纤，单模光纤的传输特性⽐多模光纤好，价格⽐多模光纤便宜，因⽽得到更⼴泛的应⽤。

2、基本光纤传输系统包括光发射机、光纤线路和光接收机，若配置适当的光器件，可以组成传输能⼒更强、功能更完善的光纤通信系统。

例如，在光纤线路中插⼊光纤放⼤器组成光中继长途系统，配置波分复⽤器和解复⽤器，组成⼤容量波分复⽤系统，使⽤耦合器或光开关组成⽆源光⽹络，等等。

（1016）3、光发射机把电信号转换为光信号的过程(简称为电/光或E/O转换)，是通过电信号对光的调制实现的。

对光的调制可分为直接调制和间接调制(或称外调制) 两种⽅案。

其中直接调制⽅案是⽤电信号直接调制半导体激光器或发光⼆极管的驱动电流，使输出输出光随电信号变化⽽实现的。

这种⽅案技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。

(P9)4、mBnB码是把输⼊的⼆进制原始码流进⾏分组，每组有m个⼆进制码，记为mB，称为⼀个码字，然后把⼀个码字变换为n 个⼆进制码，记为nB，并在同⼀个时隙内输出。

这种码型是把mB变换为nB，所以称为mBnB码，其中m和n都是正整数，n>m，⼀般选取n= m+1。

( P90)5、半导体激光⼆极管⽐发光⼆极管的输出（功率⼤）（光发散⾓）⼩，（2012）。

6、⼀光纤的纤芯折射率是1.52，包层折射率是1.45，则其数值孔径为0.46。

（2017）7、SDH⽹络的拓扑元件分为三种，即层⽹络、⼦⽹和链路。

(2030)8、模拟光纤传输系统⽬前使⽤的主要调制⽅式有模拟基带直接光强调制、模拟间接光强调制和频分复⽤光强调制三种。

（2039）9、单模光纤配合LD光源适合⼤容量长距离光纤传输系统，⽽⼩容量短距离系统⽤多模光纤配合LED光源更加合适。

（1003）10、全光通信⽹是在现有的传送⽹上加⼊光层，在光上进⾏分插复⽤(OADM)和交叉连接(OXC)，⽬的是减轻电结点的压⼒。

光纤复习题 一、填空题 1、光纤通信是指：利用光导纤维传输光波的通信方式。 2、利用光纤传输监控信号有两种方式，一是在光缆中加金属导线来传输监控信号，二是由光线传输监控信号。 3、mBnB码又称分组码，它是把输入信码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比特输出，其中 n> m 。 4、在IM/DD系统中，实现光源调制的方法有两类：直接调制和间接调制。 5、消光比EXT定义为：EXT= 全0码时的平均光功率/ 全1时的平均光功率。 6、EDFA有三种基本结构形式，为同向泵浦式、反向泵浦式、双向泵浦式。 7、光电检测器件的暗电流是指：在PIN规定的反向电压或者APD的90%击穿电压时，在无射入光情况下器件内部的反向电流。 8、EDFA具体应用形式有四种，分别为线路、功率、前置、LAN 放大。 9、SDH网有一套标准化信息等级结构称：同步传送模块STM-N、SDH复用映射结构。 10、对光缆的基本要求是保护光纤固有的传输，温度特性和不断裂，机械特性。 11、信号在光纤中传输时，主要考虑温度特性和机械特性。 12、在光接收机中，与光电检测器相连的放大器称为前置放大器，它应是低噪 声，高增益放大器。 13、根据半导体的能带理论，能够被电子占据的能带为：满带、导带价带， 不能被电子占据的状态为：禁带。 14、光电检测器件的响应时间受三个因素的影响，它们分别为：渡越时间电路时 间常数和扩散时间。 15、按传输模式，光纤分为单模和多模光纤，目前广泛应用的是单模光纤。 16、光交换技术的三种基本形式为空分光交换、时分光交换和波分光交换。 17、常用光缆的缆芯结构形式分层绞式、单位式、骨架式、带状式。 18、光纤通信系统的长期平均误码率应小于10 -19，突发性误码采用劣化分、 误码秒（ES）和严重误码三个性能指标来评价。 19、数字光纤通信系统中，数字信号的抖动产生的主要原因有：噪声引起抖动，时 钟恢复电路产生抖动，其他原因引起的抖动。 20、在数字光纤通信系统中，抖动将引起误码率的增加。 21、电光二极管（如LD）在通信系统中的主要作用是是光纤通信最主要的光源， 而光电二极管（如APD）在通信系统中的主要作用是提高系统的信噪比。 22、光纤通信系统三个主要组成部分是：（1）光发送设备、（2）光接受 设备、（3）光传输设备。 23、半导体光电探测器分为：光电导型和光电二极管。 24、传输光纤的三个低损耗传输窗口分别是0.85 μm、1.31μm和 1.55 μm 。 25、单信道光纤通信系统实用水平的比特率已达到10 Gb/s，实验室已达到40 Gb/s， WDM实用水平已达到4*10 Gb/s。 26、通信用的光纤绝大多数用高纯度SIO2材料制成。折射率高的中心部分叫做 纤芯，折射率稍低的外层称为包层。 27、表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为光纤的数值孔径，用NA表示， 其计算公式为。 28、在阶跃型光纤中，LP01 模是最低工作模式，也称基模；LP11 是第一高 阶模；阶跃型光纤的单模传输条件是0 29、EDFA对工作波长为 1.53-1.56 μm的光波有放大作用，ITU—T建议G．692文件 确定WDM系统的绝对参考频率规范为193.10 THz，对应的参考波长为1550 nm。 30、铒掺杂光纤放大器EDFA对中心波长为 1.55 μm的光波具有放大作用，镨掺杂光 纤放大器PDFA对中心波长为 1.30 μm的光波具有放大作用，铥掺杂光纤放大器TDFA对中心波长为 1.40 μm的光波具有放大作用。 31、根据ITU-T建议，STM-l码速率为155.520 Mb／s，STM—4的码速率为622.080 Mb/s。STM-16码速率为2448.320 Mb/s。STM-64的码速率为9953.280 Mb／s。 32、工程上光接收机的灵敏度常用光功率的相对值表示，单位是dBm 。 33、在信号恢复电路中，当信号电平超过判决门限电平时，则判为 1 码。低于判决门限 电平则判为0 码。 34、EDFA对工作波长为1530 nm 至1560 nm的光波具有较为平坦的放大作用。 35、ITU—T建议G．692文件确定WDM系统的绝对参考频率规范为193.10 THz。 36、根据CCITT规定，PDH数字序列的PCM30/32的基群码速率为 2.048 Mb／s、二次 群码速率为8.448 Mb／s、三次群码速率为34.368 Mb／s、四次群码速率为 139.264 Mb／s。 37、常规光纤被ITU-T命名为G.652光纤，当传输波长λ=1550nm的光信号时，其色散系数 约为：D=18 ps/(nm.km) 。 38、单模光纤的纤芯直径 4 ～10 μm，多模光纤纤芯直径典型尺寸50或62.5 μm。 39、用于通信的光纤，其数值孔径NA的取值范围为：0.18 ～0.23 之间。 二、简答题 1、光纤传输网主要应解决哪几个方面的关键技术？ 1.全光放大中继技术， 2.光多路传输技术， 3.波长选择和波长转换技术， 4.光交换技术， 5.光分插复用技术， 6.网络控制和网络管理技术， 7.集 成光学技术。 2、通信容量通常用BL积表示，其中B和L分别是什么含义？BL的常用单位是什么？ B为比特率，L为中继距离，常用单位Gb/s.km。 3、光纤通信的主要优点有哪些？ 1.传输频带宽，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， 6.均衡容易， 7.经济效益好， 8.抗腐蚀，不怕潮湿。 4、光纤通信工程中，主要测试仪器与专用工具分别有哪些？ （1）用于设备测试的有： 物码分析仪，光谱分析仪，光功率计，光波周表。 （2）用于线路工程施工的有： 光时域反射仪，光线熔接机，剥缆刀具，光线切割器，米勒钳。 5、激光器形成激光的三个基本条件是什么？ 1.粒子数反转分布， 2.工作物质， 3.光学谐振腔。 6、什么是单模光纤的衰减系数?写出表达式。 光信号在光纤中传输时，随Z方向的距离衰减程度，用损耗α来衡量。 α=10lg（pin/pout）（dB） 7、什么是材料的折射率？ 光在空气中的速度与光在该材料中的速度之比率。 8、传输光信号对光纤的基本要求有哪些？ 1.衰减损耗小， 2.抗干扰能力强， 3.传输后波形失真小， 4.信道传输容量 大。 9、什么是粒子数反转分布？ 外加正向偏压作用下，不断注入电子，在PN结上就会形成粒子数反转分布。 10、什么是半导体的光电效应？ 光照射到半导体的P-N结上，若光子能量足够大，则半导体材料中价带的电子吸收光 子的能量，从价带越过禁带到达异带，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，即光电字-空穴对，它们总起来称作光生载流子。 11、光纤的传输损耗原因主要有哪些？ 1.材料的吸收损耗， 2.光纤的散射损耗， 3.辐射损耗。 12、什么是光纤的色散，色散的程度用什么参数描述？ 光脉冲在通过光纤传播期间，其波形在时间上发生了展宽，这种现象就成为色散。色散程度用时延差来表示。 13、光纤通信对光源的基本要求有哪些？ 1.光源应在光纤的三个低损耗窗口工作， 2.光源的谱线宽度窄， 3.能提 供足够的输出功率，可到达10mw以上， 4.与光纤的耦合效率高，30%-50%， 5.能够长时间连续工作，工作稳定。 14、简述受激辐射过程。 处在激发态的原子，受到外来的能量为hv光子的激发作用，可以从高能态E2跃迁到低能态E1，同时辐射出一个不仅能量与外来光子相同，而且频率、相位、振动方向以及传播方向都相同的光子，这一过程称为受激辐射。 15、掺铒光纤放大器的主要优点是什么? 1.工作波长处在1.53-1.56um范围，与光纤最小损耗窗口一致， 2.对掺铒 光纤进行激励的泵浦功率低， 3.增益高，噪声低，输出功率大， 4.连接损耗低。 16、光纤色散的大小用什么来表示?其单位是什么? 用时延差来表示、单位是ps/（nm.km） 17、多信道复用技术中，从光信号复用技术来考虑主要包括哪些？从光波复用技术来考虑包 括哪些? 光信号复用技术主要包括光时分复用技术，光码分复用技术，副载波复用技术；后者包括波分复用技术，空分复用技术。 18、光调制器主要参数有哪些？ 1.调制效率， 2.调制带宽， 3.最高调制频率。 19、光纤通信系统对光电检测器的要求是什么？ 1.在工作波长上光电转换效率高， 2.检测过程中带来的附加噪声尽可能 小， 3.响应速度快，线性好及频带宽，使信号失真尽量小， 4.高可靠长寿命，尺寸与光纤直径相配，工作电压低。 21、什么是光纤通信？ 利用光导纤维传输光波信号的通信方式。 22、什么是光纤的色散?为什么说光纤的色散会限制系统的通信容量? 光纤的色散会使输入脉冲的传输过程中展宽，产生码间干扰，增加误码率，这样就限制了通信容量。 23、对激光器应采取哪些保护措施，才能使其安全工作？ 1.光源慢启动保护， 2.过流保护， 3.反向冲击电流保护， 4.无光警告， 5.焊接、人体静电保护。 24、信道（线路）编码与信源编码的主要区别是什么？ 信道编码主要是提高数字信号的传输可靠性， 信源编码主要是提高数字信号的传输有效性。 25、常用的光无源器件有哪些？各自的作用是什么？ 1.光纤连接器：实现系统中设备之间、设备与仪表之间、设备与光纤之间及光纤与光纤之间的活动链接，以便于系统的连续、测试和维护。

光纤考试题目及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 光纤通信中，光信号的传输介质是什么？A. 铜线B. 光纤C. 无线电波D. 微波答案：B2. 光纤通信中，单模光纤的中心折射率比包层折射率：A. 低B. 相等C. 高D. 不确定答案：C3. 下列哪项不是光纤通信的优点？A. 高带宽B. 抗电磁干扰C. 传输距离短D. 保密性好答案：C4. 光纤的损耗主要由哪两个因素引起？A. 散射和吸收B. 散射和折射C. 吸收和折射D. 吸收和散射5. 光纤通信中，波分复用技术（WDM）的主要作用是什么？A. 提高信号强度B. 增加传输距离C. 提高频带利用率D. 降低信号损耗答案：C6. 光纤通信中，光纤连接器的主要作用是什么？A. 连接光纤B. 保护光纤端面C. 转换光信号D. 放大光信号答案：A7. 光纤通信中，光放大器的作用是什么？A. 放大光信号B. 转换光信号C. 保护光纤端面D. 连接光纤答案：A8. 光纤通信中，光端机的主要功能是什么？A. 放大光信号B. 转换光信号C. 连接光纤D. 保护光纤端面答案：B9. 光纤通信中，光缆的保护层通常由什么材料制成？B. 玻璃C. 金属D. 橡胶答案：C10. 光纤通信中，光纤的类型通常根据什么来分类？A. 折射率分布B. 光纤长度C. 光纤直径D. 光纤材料答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 光纤通信中，光信号的传输介质是_________。

答案：光纤2. 光纤通信中，多模光纤的模式数量取决于_________的直径。

答案：光纤3. 光纤通信中，光纤的损耗主要由_________和_________引起。

答案：散射；吸收4. 光纤通信中，_________技术可以提高频带利用率。

答案：波分复用（WDM）5. 光纤通信中，_________的主要作用是连接光纤。

答案：光纤连接器6. 光纤通信中，_________的主要作用是放大光信号。

答案：光放大器7. 光纤通信中，_________的主要功能是转换光信号。

光纤考试题目及答案
1. 光纤通信中，光纤的传输介质是什么？
答案：光纤通信中，光纤的传输介质是玻璃或塑料制成的纤维。

2. 光纤按传输模式可分为哪两种类型？
答案：光纤按传输模式可分为单模光纤和多模光纤。

3. 光纤通信的主要优点有哪些？
答案：光纤通信的主要优点包括高带宽、低损耗、抗电磁干扰能力强、传输距离远、保密性好等。

4. 光纤通信系统中，光发射机的主要功能是什么？
答案：光纤通信系统中，光发射机的主要功能是将电信号转换为光信号，并进行调制。

5. 描述光纤通信系统中光接收机的基本工作原理。

答案：光接收机的基本工作原理是将接收到的光信号转换为电信号，
并进行解调，以恢复原始信息。

6. 光纤通信中，色散是如何影响信号传输的？
答案：光纤通信中，色散会导致不同波长的光信号以不同的速度传播，从而引起信号失真，影响传输质量。

7. 光纤通信中，光放大器的作用是什么？
答案：光纤通信中，光放大器的作用是放大光信号，以补偿信号在光
纤中传输过程中的损耗。

8. 光纤通信系统中，波分复用技术的主要优势是什么？
答案：波分复用技术的主要优势是可以在同一光纤中同时传输多个不
同波长的光信号，极大地提高了光纤的传输容量。

9. 光纤通信中，光时分复用技术是如何实现的？
答案：光时分复用技术是通过在不同的时间间隔内发送不同的光信号，以实现在同一光纤中传输多个信号的目的。

10. 光纤通信中，光波导的全反射条件是什么？
答案：光纤通信中，光波导的全反射条件是光信号在光纤的内芯与包
层之间的入射角大于临界角。

模拟试题参考答案一、填空题(20分)红外区。

激辐射；产生激光的最主要过程是: 受激辐射。

转换为电信号电流。

二、单项选择题(15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 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<3.8323 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, 或以反射波形式返回发送端。

4 在激光器中, 光的放大是通过: [ D ]A 光学谐振腔来实现；B 泵浦光源来实现；C 外加直流来实现；D 粒子数反转分布的激活物质来实现。

5 掺铒光纤的激光特性: [ A ]A 主要由掺铒元素决定；B 主要由起主介质作用的石英光纤决定；C 主要由泵浦光源决定；D 主要由入射光的工作波长决定。

三、（15分）如图所示, 用射线理论分析子午光线在阶跃光纤中的传输原理。

---简答:---射线光学的基本关系式是反射和折射的菲涅耳定律:反射定律折射定律反射临界角: , 相应的光纤端面的入射角为入射临界角。

在图中如光线1所示。

当子午光线以大于入射临界角从空气入射纤芯端面的入射角时, 该光线将进入包层, 并从光纤透射出来被损耗掉, 如光线2所示。

当子午光线以小于入射角从空气入射纤芯端面的入射角时, 如光线3所示, 进入纤芯的光线将会不断在芯包界面间产生全反射, 从而使光波向前传播。

这就是光纤的传光原理。

四、(15分)简答下列问题:雪崩光电二极管如图所示雪崩光电二极管六、(10分)如图所示, 分析说明掺铒光纤放大器主要由几部分构成？各部分的作用是什么？----简答：、(15分)光纤通信系统构成的框图如图所示, 分析说明各部分的作用。

1.Make a choice （共十题 每题1分）10p(1).Which of the following dispersion (色散)dose not exist in single-mode optical fiber? （ D ）A .material （材料）dispersion B.waveguide （波导） dispersionC.polarization-mode （偏振）dispersionD.intermodal （联合） dispersion(2).The unit （单位）of the fiber attenuation coefficient （衰减系数）is (C)A. dBB. dBmC. dB/kmD. dBm/km(3).the bands of Optical fiber communication is (B)A.0.01um-0.39umB. 0.8um-2.0umC.0.39um-0.79umD.100um-1000um(4).If the optical input power of a Optical amplifier is 10mW ，and the optical output power is 100mW as well ,then its output gain level is (A)A.10dBB.20dBC.30dBD.40dB(5)In order to make sure of the system BER （比特误差率） conditions , if the minimum optical input power of the receiver is 1 uW, the sensitivity of the receiver must be (A)A.－30dBmB.－40dBmC.－20dBmD.－43dBm(6)The principal （主要）light sources used for fiber optical communications applications are ：（D ）A.OA 、LDB.PIN 、APDC.PD 、LEDD.LD 、LED(7)laser （激光） action is the result of three key process ，which one of the following is not be included ？（D ）A.photon absorption （光子吸收）B.spontaneous emission （自发发射）C.stimulated emission （受激发射）pound radiation （复合发射）(8) A single mode fiber usually has a core diameter （芯径）of A.A. 10mB. 62.5nmC. 125nmD. 50mm (9)To make sure that the APD photo-detector works properly, a sufficiently D is applied across the p-n junction.A. high forward-bias voltage （高的前置偏压）B. low forward-bias voltageC. low reverse-bias voltage （低的反相偏压）D. high reverse-bias voltage(10) When DFA fiber amplifier uses as light Repeaters （中继器）, its main effect is B.A. amplifying and regenerating the signalB. regenerating the signalC. amplifying the signalD. reducing the signal noise(11) In graded-index optical fiber, the numerical aperture （数值孔径） NA can be expressed as C. A. 21n n - B. ∆2a C. ∆2n 1 D. 21n n a -(12) In practical SMFs, the core diameter is just below the cutoff （截止） of the first higher-order （高阶）mode; that is, for V slightly A.A. <2.4B. > 2.4C. =3D. =3.5(13) It is well known that the total dispersion in the single-mode regime is composed of two components: C.A. mode-partition noise （电流分配噪声）, inter- symbol InterferenceB. frequency chirp, modal dispersionC. material dispersion, waveguide dispersionD. modal dispersion, waveguide dispersion(14)At present, erbium doped （涂饵的）fiber amplifier’s maximum small signal gain （小信号增益）is around A.A. 40 dBB. 30 dBC. 20 dBD. 10 dB(15)Which of the following doesn’t belong to passive optical components （无源光学组件）BA. Directional coupler（定向耦合器）B. Semiconductor laser（半导体激光）C. Optical fiber connector（光纤连接器）D. Optical attenuator（光学衰减器）(16) The A mode has no cut off（截止）and ceases（停止）to exist only when the core diameter （芯径）is zero.A. HE11B. TE01C. TM01D. EH11(17)When the phase difference（相位差）is an integral multiple（整数倍）of A, the two modeswill beat and the input polarization（偏振）state will be reproduced.A. 2πB. πC. 1800D. π/2(18)which one of the following model can transmit in the single-mode optical fiber ?(A)A.HE11B. TE01C. TM01D. EH112. Write the full name of the following acronym（共十题每题1分）10p(1)DCF: dispersion compensating fiber（色散补偿光纤）(2)CNR: carrier to noise ratio（载噪比）(3)SRS: Stimulated Raman Scattering（受激的拉曼色散）(4)SOA: Semiconductor optical amplifier（半导体激光放大器）(5)NA: numerical aperture（数值孔径）(6)PON: passive optical network（无源光网络）(7)SLM: single longitudinal mode（单纵向模式）(8)NEP: noise-equivalent power(噪声等效功率)(9)DSF: dispersion shift fiber（色散转移光纤）(10)SONET: synchronous optical network（同步光网络）(11)A TM: asynchronous transfer mode（异步传输模式）(12)ISDN: integrated services digital network（综合业务数字网）(13)WDM: wavelength-division multiplexing(波分多路复用)(14)SDH: Synchronous digital hierarchy(同步数据系列)(15)TLLM: transmission-line laser model(传输线激光模式)(16)ONSL: optical network simulation layer（光网络模拟层）(17)OVPO: outside vapor-phase oxidation（外气相沉积法）(18)V AD: vapor-phase axial deposition(汽相轴向沉积)(19)CDMA: code-division multiple access(码分多址)(20)FDM: frequency-division multiplexing（频分复用）(21)DSP: digital signal processing（数字信号处理）(22)MCVD: modified chemical vapor deposition（修正的化学汽相沉积）(23)EDFA: erbium-doped fiber amplifier(惨饵光纤放大器)(24)FDDI: fiber distributed data interface(光纤分布式数据接口)(25)SIOF: step index optical fiber(阶跃指数光纤)(26)GIOF: graded index optical fiber(渐变性光纤)(27)SQW: single quantum-well（单量子井）(28)ARQ: automatic reapt request(自动重发请求)(29)FEC: forward error correction（前向纠错）3. Filling blanks(共20空每空1分) 20p(1) According the mode which propagate（传播）in the fiber, the fiber can be divided into (single mode) fiber) and (multimode) fiber.(2) The most common misalignment（非线性）occurring in practice, which also causes the greatest power loss, is (axial displacement轴向移位).(3) The electromagnetic energy（电磁能）of a guided mode is carried partly in the (core) and partly in the (cladding包层).(4)The basic attenuation mechanisms（衰减机制）in a fiber are (absorption吸收), (scattering散射) and (radiative losses辐射损耗) of the optical waveguide.(5) The two main optical amplifier types can be classified as (SOAs半导体激光放大器) and (DFAs).(6) Networks are traditionally divided into: (LANs局域网), (MANs城域网),(W ANs广域网).(7)The principal light sources used for fiber optic communications applications are (ILDs注入型激光二极管) and (LEDs发光二级管) .(8) The dominant noise generated in an optical amplifier is (ASE).(9) The two most common samples of these spontaneous fluctuations（波动）are (shot noise) and (thermal noise热噪声).(10)According to the refractive index（折射率）of the core, the fiber can be divided into (step-index) fiber and (graded-index) fiber .(11)The total dispersion in single-mode fibers consists mainly of (material) and (waveguide) dispersion.(12) The most meaningful criterion（标准）for measuring the performance of a digital communication system is the (average error probability平均概率误差). In an analog system the fidelity criterion is usually specified in terms of a (peak signal-to-noise ratio).(13) The simplest transmission link is a (point-to-point line) that has a transmitter on one end an a receiver on the other.(14)The commonly used materials for fiber lasers are (erbium) and (neodymium).(15)Absorption is related to the fiber material, whereas scattering is associated both with the (fiber material) and with (structural imperfections) in the optical waveguide.(16)The two basic LED configurations being used for fiber optics are (surface emitters) and (edge emitters).(17) The basic schemes for improving the reliability are (ARQ自动重发请求) and (FEC前向纠错).4. Give a brief description of following terms and questions（共5题每题3分）15p (1) Briefly describe the key system features of WDM.波分复用1) capacity upgrade（容量升级）2) transparency （透明度）3) wavelength routing（波长选路）4) wavelength switching（波长转换）5) the connectors used to join individual fiber cables to each other and to the source anddetector(2) Briefly describe there major goals of SDH.同步数据系列1) Avoid the problems of PDH2) Achieve higher bit rates3) Better means for operation, administration and Maintenance(3) List at least three advantages of SOA半导体激光放大器.1) Small size, and easy to be integrated with semiconductor circuits.2) Fabrication（制造）is simple and with low power consumption（功耗）, long life-span and low cost.3) Gain response is very quick and well suited for switching and signal processing in optical networks application.4) Can amplify optical signal and process signal in the same time such as switch, so can be used in wavelength converting and optical switch.(4) List more than three disadvantages of SOA.1) The coupling loss with optical fiber is too large2) Sensitive to polarization3) Noise figure is high(~8 dB)4) crosstalk串音干扰5) Easy to be affected by temperature, low stability(5) Stimulated Emissions受激发射If a photon（光子）of energy hv12 impinges on（撞击）the system while the electron is still in its excited state, the electron is immediately stimulated to drop to the ground state and give off a photon of energy hv12.(6)Dynamic rangeSystem dynamic range is the maximum optical power range to which any detector must be able to respond.(7) What conditions should be met to achieve a high signal-to-noise ratio?1) The photodetector（光电探测器）must have a high quantum efficiency（量子效率）to generate a large signal power.2) The photodetector and amplifier noises should be kept as low as possible.(8) Please write the three basic categories（类别）of degradation of light sources1) internal damage2) ohmic contact degradation3) damage to the facets of laser diodes（激光二极管）(9)List the three factors largely determining the frequency response of an LED1) the doping level（掺杂度）in the active region2) the injected carrier lifetime Ti in the recombination region3) the parasitic capacitance(寄生电容) of the LED.(10)Write the three basic types of two-level binary line codes that can be used for optical fiber transmission links.1) non-return-to-zero (NRZ) format2) return-to-zero (RZ) format3) phase-encoded (PE) format(11) Please write the three different mechanisms causing absorption briefly1) Absorption by atomic defects （原子缺陷） in the glass composition.2) Extrinsic （非固有的） absorption by impurity atoms in the glass material.3) Intrinsic absorption by the basic constituent atoms of the fiber material.(12) The disadvantage of Raman amplifierNeed large output power pump laser. As Raman Scattering, the energy is transferred from high frequency to low frequency. Cross talk will affect signal.5. Figure （共1题 每题5分）5p（1）Please draw the basic step for an automatic-repeat-request (ARQ) error-correction scheme. Solution:（ARQ纠错机制）(2)Please draw out the basic elements of the optical receiver.(5p)（光接收器）Solution:(3)Please draw out the basic elements of an analog link and the major noise contributions. Solution:（模拟链路及噪声源）光发送机电模拟输入信号谐波失真互调失真RIN激光削波光纤信道模式失真损耗GVD 光放大器ASE 噪声光检测器散弹噪声热噪声放大器噪声APD 倍增噪声电模拟输出到RF 接收机(3) consider the encoder shown in Fig.1that changes NRZ data into a PSK ing this encoder,draw the NRZ and PSK waveforms for the data sequence 0001011101001101.clock/2PSK dataNRZ datafrequency Afrequency BFig.1Solution:6. Calculation Problems(共3-4题，统计40分) 40p(1) A wave is specified by 8cos 2(20.8)y t z π=-,where y is expressed in micrometers and the propagation constant （传播常数） is given in 1m μ-.Find (a) the amplitude,(b) the wavelength,(c) the angular frequency （角频率）, and (d) the displacement at time 0t = and 4z m μ=. Solution:The general form is:y = (amplitude) cos()cos[2(/)]t kz A vt z ωπλ-=-.Therefore(a) amplitude 8m μ=(b) wavelength: 11/0.8m λμ-= so that 1.25m λμ=(c) 22(2)4v ωπππ===(d) At 0t = and 4z m μ= we have 18cos[2(0.8)(4)]8cos[2( 3.2)] 2.472y m m πμμπ-=-=-=(2) A certain optical fiber has an attenuation of 0.6dB/km at 1300nm and 0.3dB/km at 1550nm.Suppose the following two optical signals are launched simultaneously into the fiber: an optical power of 150W μ at 1300nm and an optical power of 100W μ at 1550nm. What are the Solution:power levels in W μof these two signals at (a) 8km and (b) 20km?Since the attenuations are given in dB/km, first find the power levels in dBm for100W μ and 150W μ. These are, respectively,P(100W μ) = 10 log (100 W μ/1.0 mW) = 10 log (0.10) = - 10.0 dBmP(150W μ) = 10 log (150 W μ/1.0 mW) = 10 log (0.15) = - 8.24 dBm(a) At 8 km we have the following power levels:P 1300(8 km) = - 8.2 dBm – (0.6 dB/km)(8 km) = - 13.0 dBm = 50W μP 1550(8 km) = - 10.0 dBm – (0.3 dB/km)(8 km) = - 12.4 dBm = 57.5W μ(b) At 20 km we have the following power levels:P 1300(20 km) = - 8.2 dBm – (0.6 dB/km)(20 km) = - 20.2 dBm = 9.55W μP 1550(20 km) = - 10.0 dBm – (0.3 dB/km)(20 km) = - 16.0 dBm = 25.1W μ(3) A double-heterojunction （异质结） InGaAsP LED emitting at a peak wavelength of 1310nm has radiative and nonradiative recombination times of 25 and 90ns, respectively. The drive current is 35mA.(a) Find the internal quantum efficiency and the internal power level.(b) If the refractive index （折射率） of the light source material is n=3.5, find the power emitted from the device.Solution: (a) From Eq. int 11/r nr rτητττ==+, the internal quantum efficiency is int 10.783125/90η==+， and from Eq.int intint I hcI p hv q q ηηλ== the internal power level is int (35)(0.783)26(1310)hc mA p mW q nm ==(b) From Eq.int e int 2p (1)n t p P n n η==+, 21260.373.5(3.51)P mW mW ==+ (4) An LED with a circular emitting area of radius 20m μ has a lambertian emission pattern with a 1002()W cm sr ∙axial radiance at a 100mA drive current. How much optical power can be coupled into a step-index fiber having a 100m μ core diameter and NA=0.22? How much optical power can be coupled from this source into a 50m μ core-diameter graded-index fiber having 12.0, 1.48n α== and 0.01∆=?Solution:The source radius （半径） is less than the fiber radius,so Eq. 222222,1()2LED step s o s o P r B NA r B n ππ==∆ holds: 22223222,()(210)(100/)(0.22)191LED step s o P r B NA cm W cm W ππμ-==⨯= From Eq. 222,122[1()]2s LED graded s o r P r B n απαα=∆-+ 232222,122(210)(100/)(1.48)(0.01)[1()]15925LED graded P cm W cm W πμ-=⨯-=(5)Suppose an avalanche photodiode hasthe following parameters ：1/231,1,0.85,,10L D L I nA I nA F M R η=====Ω, and 1B kHz=.Consider a sinusoidally(正弦） varying 850nm signal, which has a modulation index m=0.85 and an average power level 050P dBm =-, to fall on the detector at room temperature. At what value of M does the maximum signal-to-noise ratio occur?Solution: Using Eq.2222()()24/p P D L B Li M S N q I I M F M B qI B k TB R <>=+++ we have 22005/2001()22()24/D L B LR P m M S N qB R P I M qI B k TB R =+++ 162235/2191.215102.17610 1.65610M M ---⨯=⨯+⨯ The value of M for maximum S/N is found from Eq.224/()x L B L opt P D qI k T R M xq I I ++=+, with x = 0.5:Moptimum = 62.1.(6)An LED operating at 1300 nm injects 25W μ of optical power into a fiber. If the attenuation （衰减） between the LED and the photodetector （光电探测器） is 40 dB and the photodetector quantum efficiency （量子效率） is 0.65, what is the probability that fewer than 5 electronhole pairs （电子空穴对） will be generated at the detector in a 1-ns interval ?Solution: From ⎰==τηη0)(hvN hv E dt t P ,the average number of electron-hole pairs generated in a time t is 6.10)/103)(106256.6()103.1)(101)(1025(65.0/8346910=⨯⨯⨯⨯⨯===----s m Js m s W hc Pt h E N ληνη Then,from Eq.(7-2)%505.0120133822!5)6.10(!)(6.106.105=====---e e n e N n P N n(7) An engineer has the following components available:(a) GaAlAs laser diode operating at 850 nm and capable of coupling 1 mW (0 dBm) into a fiber. (b) Ten sections of cable each of which is 500 m long, as a 4-dB/km attenuation, and hasconnectors on both ends.(c) Connector loss of 2dB/connector.(d) A pin photodiode receiver.(e) An avalanche photodiode receiver.Using these components, the engineer wishes to construct a 5-km link operating at 20 Mb/s. If the sensitivities of the pin and APD receivers are -45 and -56 dBm, respectively, which receiver should be used if a 6-dB system operating margin is required?Solution:(a)Use margin 2system L l P P P f C R S T ++=-=α，to analyze the link power budget.(a) For the pin photodiode,with 11 jointsdB L km dB dB dBm dBm insystemm L l P P P f C R S T 6)/4()2(11)45(0arg )(11++=--=++=-=αWhich gives L=4.25km. the teansmission distance cannot be met with these components. (b)For the APDdB L km dB dB dBm dBm 6)/4()2(11)56(0++=--Which gives L=7.0km. the transmission distance can be met with these components.(8) Suppose we want to frequency-division multiplex 60 FM signals. If 30 of these signals have a per-channel modulation index i m =3 percent and the other 30 signals have i m =4 percent, find the optical modulation index （调制指数） of the laser.Solution:The total optical modulation index is%4.27])04(.30)03(.30[][2/1222/12=+==∑ii m m(9) An optical transmission system is constrained to have 500-GHz channel spacings. How many wavelength channels can be utilized in the 1536-to-1556-nm spectral band （频谱带）? Solution: In terms of wavelength,at acentral wavelength of 1546nm a 500-GHz channel spacing isnm s sm nm f c 410500/103)1546(19822=⨯⨯=∆=∆-λλ The number of wavelength channels fitting into the 1536-to-1556 spectral band then is 54/)15361556(=-=nm nm N(10) The output saturation （饱和） power sat out P , is defined as the amplifier output power for which the amplifier gain G is reduced by 3 dB (a factor of 2) from its unsaturated value 0G . Assuming 0G >>1, show that in terms of the amplifier saturation power sat amp P ,, the output saturation power issat amp sat out P G G P ,00,)1(2ln -=Solution: Let 2/0G G = and 0,/22/G P P P sat out out in ==.then Eq.(11-15) yields2ln 212,,00satout sat amp P P G G += Solving for s a t out P , and with 10>>G ,we havesat amp sat amp sat amp sat out P P P G G P ,..00,693.0)2(ln 22ln =≈-=。