光纤课后

光纤通信原理课后答案【篇一：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?1-3 bl积中b和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—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。

1-5 试叙述光纤通信的现状和发展趋势。

略1第二章习题求：(1) 激光波长；(2) 平均能流密度；(3) 平均能量密度；(4) 辐射强度；1）??c3?108（??3?1013?10?5m（2）?ws?10010?10?9(10?2)2?3.18?1013j/ms2（3）?c?3.18?10133?108?1.06?105j/m2s（4）i??3.18?1013j/ms22-2 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1m。

（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；（1）??axd??k?x?d?d?1a x4?4axd?4?x1?3aa(x4?x1)3d?5?10?7m（2）?x?d?a?3?10?3m22-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。

油的折射率为1.3，玻璃的折射率为1.5 ，若单色光的波长可由光源连续调节，并观察到500nm与700nm这两个波长的单色光在反射中消失，求油膜的厚度。

解：由于空气的折射率小于油的折射率，油的折射率小于玻璃的折射率，薄油膜的上、下两表面反射而形成相干光，由于两束光的路程不同而引起的光程差为2 n2e；由于薄油膜的上、下两表面反射光都发生位相突变而不引起额外的光程差。

1.11、什么是光纤通信?2、光纤通信的优点有哪些?3、光纤通信的各发展阶段的特征是什么?4、光通信系统工作波长为0.88mm,1.3mm和1.55mm，计算载波频率及单个光子能量。

5、假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55m m的光载波上能传输多少64kb/s的话路？1.21、光纤通信系统由哪几部分组成?简述各部分的作用。

2、光纤通信的三个窗口指什么？3、光纤通信中对光源的要求是什么？4、光纤通信中对检测器的要求是什么？1.41、10mW的1310nm激光,其发送光功率为多少dBm?2、某光纤损耗为10dB,计算光通过光纤后，功率减小多少?3、0.8mm的光波以1mW的光功率入射到探测器，则探测器每秒接收的光子数是多少？4、设光纤的损耗为0.2dB/km,计算光功率下降一个数量级所对应的传输距离。

如果光功率以exp(-aL)规律下降，计算a（in cm-1).5、设有1.55mm的数字通信系统工作于1Gb/s,探测器接收的平均功率为(-40dBm).假设比特流中的1和0比特数相等，计算每个比特中的光子数。

6、画出比特率为2.5Gb/s的数字非归零（NRZ）比特流（010*********）的功率随时间变化图象，并计算最短和最长的光脉冲持续时间。

1.51、什么是TDM?为何使用TDM？2、试述PCM方式下语音数字通信的基本过程?3、PCM 30路制式的速率等级是怎么样的？4、基群的传输速率为多少？5、PCM基群的帧周期、时隙宽度、码元宽度是怎样计算的？6、对10路语音信号进行PCM时分复用传输，采样速率为8kHz，采样后的信号使用M级电平量化，二进制编码，传输信号为半占空RZ码，求M=8和256时，传输10路PCM时分复用信号所需带宽。

M=8，3bit/路，30bit/10路 8000帧/秒，B=30bit*8k/s=240kb/s M=256，8bit/路，80bit/10路 8000帧/秒，B=80bit*8k/s=640kb/s 2.11.写出光波在真空和介质中传播速度的关系、波长的关系、频率的关系、传播常数的关系。

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。

光纤课后习题答案光纤课后习题答案光纤技术作为一种高速、高带宽的传输媒介，在现代通信领域得到了广泛的应用。

在学习光纤的过程中，课后习题是非常重要的一部分，通过解答习题可以帮助我们巩固所学的知识，提高自己的理解能力。

下面是一些常见的光纤课后习题及其答案，希望对大家的学习有所帮助。

1. 什么是光纤？它有哪些特点？光纤是一种由光学玻璃或塑料制成的细长柔软的材料，其核心部分是一束光束。

光纤的特点包括：高带宽、低损耗、抗干扰能力强、体积小、重量轻等。

2. 光纤的工作原理是什么？光纤的工作原理是基于光的全反射现象。

当光线从光纤的一段进入时，会在光纤内部不断发生反射，从而沿着光纤传输。

光纤的核心部分具有高折射率，而外部包覆的护套则具有低折射率，这样可以确保光线在光纤内部的全反射。

3. 光纤的主要应用领域有哪些？光纤的主要应用领域包括通信、医疗、军事、工业等。

在通信领域，光纤被广泛应用于光纤通信、光纤传感等方面；在医疗领域，光纤被用于内窥镜、激光手术等医疗器械中；在军事领域，光纤被用于军事通信、激光导航等方面；在工业领域，光纤被应用于激光切割、光纤传感等方面。

4. 光纤的传输速度有多快？光纤的传输速度非常快，一般可以达到光速的70%~90%。

具体的传输速度取决于光纤的类型、长度以及所使用的设备等因素。

光纤的高传输速度是其在通信领域得到广泛应用的重要原因之一。

5. 光纤的损耗主要有哪些原因？光纤的损耗主要有三个原因：吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗。

吸收损耗是指光纤材料对光的吸收导致的能量损失；散射损耗是指光纤内部杂质或不均匀性导致的光的散射；弯曲损耗是指光纤被弯曲时，光线从光纤中逸出导致的能量损失。

6. 光纤的抗干扰能力强的原因是什么？光纤的抗干扰能力强主要有两个原因：一是光纤传输的是光信号，不受电磁干扰的影响；二是光纤的传输过程中信号不会衰减，不会受到其他信号的干扰。

7. 光纤的维护保养有哪些注意事项？光纤的维护保养需要注意以下几点：避免弯曲光纤，避免光纤与尖锐物体接触，保持光纤的清洁，避免光纤受到过高的温度或湿度等。

全书习题参考答案第1章概述1.1 填空题（1）光导纤维（2）掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用(WDM) 非零色散光纤(NIDSF) 光电集成(OEIC)（3）0.85µm 1.31µm 1.55µm 近红外（4）光发送机 光接收机 光纤链路（5）光纤 C=BW×log2(1+SNR) 信道带宽（6）大 大（7）带宽利用系数（8）可重构性可扩展性透明性兼容性完整性生存性1.2 解：利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。

即以光波为载频，以光纤为传输介质的通信方式称为光纤通信。

1.3 解：（1）传输频带宽，通信容量大（2）传输距离长（3）抗电磁干扰能力强，无串音（4）抗腐蚀、耐酸碱（5）重量轻，安全，易敷设（6）保密性强(7) 原料资源丰富1.4 解：在光纤通信系统中，最基本的三个组成部分是光发送机、光接收机和光纤链路。

光发送机由电接口、驱动电路和光源组件组成。

其作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。

光接收机是由光检测器组件、放大电路和电接口组成。

其作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。

光纤链路由光纤光缆、光纤光缆线路(接续)盒、光缆终端盒、光纤连接器和中继器等构成。

光纤光缆用于传输光波信息。

中继器主要用于补偿信号由于长距离传送所损失的能量。

光缆线路盒：将光缆连接起来。

光缆终端盒：将光缆从户外引入到室内，将光缆中的光纤从光缆中分出来。

光纤连接器：连接光纤跳线与光缆中的光纤。

1.5解：“掺铒光纤放大器(EDFA)+波分复用(WDM)+非零色散光纤(NIDSF)+光电集成(OEIC)”正成为国际上光纤通信的主要发展方向。

1.6 解：第一阶段（1966~1976年），实现了短波长（0.85µm）、低速（45或34 Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。

第二阶段（1976~1986年），光纤以多模发展到单模，工作波长以短波（0.85um）发展到长波长，实现了波长为1.31µm、传输速率为140~165Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为50~100km。

光纤光学课后作业题参考答案第一章1-100sin NA n ϕ=0ϕ——孔径角表示光纤集光能力的大小当光纤与光源耦合时，表示耦合效率的大小,只决定于折射率，与几何尺寸无关,NA 越大，偶和效率越大；NA 越大，通信容量降低。

影响因素：光纤弯曲（与纤芯距离有关，距离越近，NA 越大）光纤端面倾斜（NA 增大）光纤为圆锥形（小端NA 大）1-12对于子午光纤有汇聚作用：折射率平方率分布（表达式）双曲正割分布（表达式）对斜光线有汇聚作用： 螺旋光线（表达式）对表达式的要求：会分辨那个表达式是哪种分布1-14模式：波导方程的本征解，它是离散的特点：稳定性，有序性，叠加性，正交性1-15222V U W =+U 反映导模在纤芯区驻波场模的振荡频率W 反映导模在包层中的消逝场衰减速度V 归一化频率导模的截止：除基模外，其他导模都可能在一个V 值以下不允许存在。

截止条件：0W → ，U V →远离截止：电磁场能量完全闭锁在纤芯中远离截止条件：W →∞ ，V →∞ ，U 有限1-17结构上：单模光纤纤芯直径小，芯皮折射率差小，多模光纤纤芯直径大，芯皮折射率差大传输特性上：单模光纤传输一种模式，多模光纤传输多种模式1-18纤芯半径a ：光纤结构特性基模模场半径0s ：基模场振幅衰减到最大值1/e 处场分布半宽度必要性：对于多模光纤，传输能量大小用数值孔径来衡量，而对于单模光纤，光有纤芯半径a 还不够，其基模模场半径0s 必须清楚，其传输能量大小靠0s 来衡量更为准确。

第二章2-1多模光纤：多模色散，波导色散，材料色散大小：多模色散>波长色散单模光纤：波导色散，材料色散，偏振色散大小：材料色散>波导色散多模色散：个模式群速度不同产生的色散波导色散：群速度对于频率（波长）不为常数，光源有一定光谱宽度。

材料色散：折射率随入射光频率的变化而变化。

偏振色散：由于光纤轴不对称性，两个正交的偏振模有不同的群延迟。

波导色散和材料色散总称波长色散2-2损耗由散射损耗和吸收损耗两部分组成。

第三章 光纤的传输特性1．简述石英系光纤损耗产生的原因，光纤损耗的理论极限值是由什么决定的？答：（1）（2）光纤损耗的理论极限值是由紫外吸收损耗、红外吸收损耗和瑞利散射决定的。

2．当光在一段长为10km 光纤中传输时，输出端的光功率减小至输入端光功率的一半。

求：光纤的损耗系数α。

解：设输入端光功率为P 1，输出端的光功率为P 2。

则P 1＝2P 2光纤的损耗系数()km dB P P km P P L /3.02lg 1010lg 102221==＝α 3．光纤色散产生的原因有哪些？对数字光纤通信系统有何危害？答：（1）按照色散产生的原因，光纤的色散主要分为：模式（模间）色散、材料色散、波导色散和极化色散。

（2）在数字光纤通信系统中，色散会引起光脉冲展宽，严重时前后脉冲将相互重叠，形成码间干扰，增加误码率，影响了光纤的传输带宽。

因此，色散会限制光纤通信系统的传输容量和中继距离。

4．为什么单模光纤的带宽比多模光纤的带宽大得多？答：光纤的带宽特性是在频域中的表现形式，而色散特性是在时域中的表现形式，即色散越大，带宽越窄。

由于光纤中存在着模式色散、材料色散、波导色散和极化色散四种，并且模式色散>>材料色散＞波导色散＞极化色散。

由于极化色散很小，一般忽略不计。

在多模光纤中，主要存在模式色散、材料色散和波导色散；单模光纤中不存在模式色散，而只存在材料色散和波导色散。

因此，多模光纤的色散比单模光纤的色散大得多，也就是单模光纤的带宽比多模光纤宽得多。

光纤损耗吸收损耗本征吸收杂质吸收原子缺陷吸收紫外吸收 红外吸收氢氧根（OH －）吸收 过渡金属离子吸收散射损耗弯曲损耗5．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n 1=1.50，n 2=1.45，光纤的长度L=10km 。

试求：（1）子午光线的最大时延差；（2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求子午光线的最大时延差。

解：（1） 1sin 21111⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=n n C Ln n C L n CL c M θτ () s 1.72145.150.110350.1105μ=⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯=km km （2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则n 2=1.01sin 21111⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=n n C Ln n C L n CL c M θτ () s 5210.150.110350.1105μ=⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯=km km 6．一制造长度为2km 的阶跃型多模光纤，纤芯和包层的折射率分别为n 1=1.47，n 2=1.45，使用工作波长为1.31μm ，光源的谱线宽度Δλ＝3nm ，材料色散系数D m ＝6ps/nm·km ，波导色散τw ＝0，光纤的带宽距离指数γ＝0.8。

习题解答1、在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器有哪些？它们分别使用于什么场合？答：在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器包括PINPD 和APD 两种，它们分别使用于短距离小容量光纤通信系统和长距离大容量光纤通信系统。

2、光电检测器是在什么偏置状态下工作的？为什么要工作在这样的状态下？答：光电检测器工作于负偏置状态。

只有工作于负偏置状态，才能使材料的受激吸收占据主导地位，从而完成光电变换功能。

3、在PINPD 中，I 层半导体材料的主要作用是什么？答：通过扩展受激吸收的区域提高光电变换的效率及通过一定的内建电场提高器件的响应速度。

4、简述PINPD 的工作原理。

答：当光照射到PIN 光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽区及耗尽区附近产生受激辐射现象，从而产生电子空穴对。

在外加电场作用下，这种光生载流子运动到电极。

当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电的变换过程。

5、在APD 中，一般雪崩倍增作用只能发生于哪个区域？答：高场区（即雪崩倍增区）。

6、简述APD 的工作原理。

答：当光照射到APD 的光敏面上时，由于受激吸收而在器件内产生出一次电子空穴对。

在外加电场作用下，一次电子空穴对运动到高场区，经过反复的碰撞电离过程而形成雪崩倍增现象，从而产生出大量的二次电子空穴对。

在外加电场的作用下，一次电子空穴对和二次电子空穴对一起运动到电极。

当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电变换过程。

7、光电检测器的响应度和量子效率有什么样的关系？这两个参数相互独立吗？答： 响应度从宏观角度描述光电检测器的光电变换效率，而量子效率则从微观角度描述光电检测器的光电变换效率。

所以，响应度和量子效率不是相互独立的参数。

8、光电检测器的暗电流由哪些部分组成？这些组成部分分别对PINPD 和APD 的暗电流有何影响？答：由表面暗电流和体内暗电流组成。

对于PINPD ，表面暗电流远大于体内暗电流。

光纤光学课后答案【篇一：光纤应用习题解第1-7章】>1．详述单模光纤和多模光纤的区别（从物理结构，传播模式等方面）a：单模光纤只能传输一种模式，多模光纤能同时传输多种模式。

单模光纤的折射率沿截面径向分布一般为阶跃型，多模光纤可呈多种形状。

纤芯尺寸及纤芯和包层的折射率差：单模纤芯直径在10um左右，多模一般在50um以上；单模光纤的相对折射率差在0.01以下，多模一般在0.01—0.02之间。

2．解释数值孔径的物理意义，并给出推导过程。

a:：na的大小表征了光纤接收光功率能力的大小，即只有落入以m为半锥角的锥形区域之内的光线，才能够为光纤所接收。

3．比较阶跃型光纤和渐变型光纤数值孔径的定义，可以得出什么结论？a：阶跃型光纤的na与光纤的几何尺寸无关，渐变型光纤的na是入射点径向坐标r的函数，在纤壁处为0，在光纤轴上为最大。

4．相对折射率差的定义和物理意义。

n12-n22n1-n2a：d=2n12n1d的大小决定了光纤对光场的约束能力和光纤端面的受光能力。

5．光纤的损耗有哪几种？哪些是其固有的不能避免，那些可以通过工艺和材料的改进得以降低？a：固有损耗：光纤材料的本征吸收和本征散射。

非固有损耗：杂质吸收，波导散射，光纤弯曲等。

6．分析多模光纤中材料色散，模式色散，波导色散各自的产生机理。

a：材料色散是由于不同的光源频率所对应的群速度不同所引起的脉冲展宽。

波导色散是由于不同的光源频率所对应的同一导模的群速度不同所引起的脉冲展宽。

多模色散是由于不同的导模在某一相同光源频率下具有不同的群速度所引起的脉冲展宽。

7．单模光纤中是否存在模式色散，为什么？a：单模光纤中只传输基模，不存在多模色散，但基模的两个偏振态存在色散，称为偏振模色散。

8．从射线光学的观点计算多模阶跃光纤中子午光线的最大群时延差。

a：设光纤的长度为l，光纤中平行轴线的入射光线的传输路径最短，为l；以临界角入射到纤芯和包层界面上的光线传输路径最长，为linfc。

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。

答：传播数百到上千个模式的光纤称为多模(MultiMode ，MM )光纤。

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n a . n b .n c •…。

使光线1的入射角7A 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 飞(ab) arcsin n ，然后到达光纤轴线上的0'点。

而光线2的入射角VB 却小于在a 层和b 层交界面B 点处的临界角-c (ab)，因此不能发生全反射，而光线2以折射角方折射进入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(00'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 为'> :c(bc) = arcsin(n c /n b )。

于是通过适当地选择 n a 、氐和n c ，就可以确保光线1和2通过0'。

那么，它们是否同时到达 0'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 0'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。

《光纤通信技术》课后习题参考答案习题1：一.选择题1.光纤导光原理要求纤芯区的折射率( A ) 包层的折射率。

A. 大于B. 小于C. 等于D.以上都正确2.单模光纤芯区直径比多模光纤芯区直径（ B ）。

A. 大B. 小C. 相等D. 以上都正确3.（ A ）又称非零色散光纤，主要用于高速TDM系统和WDM系统。

A. G.655B. G.652C. G.654D. G.6534.光纤的包层直径为（ C ）。

A. 150umB. 250umC. 125umD.100 um5.通过在纤芯中掺（A ）来提高折射率。

A.氧化锗B. 氧化硼C.氟D.饵6.通过在包层中掺（ B ）来降低折射率。

A. 氧化锗B. 氧化硼C.氧化磷D. 饵二.填空1.光纤的包层直径为125μm ,多模光纤的纤芯区比单模光纤的纤芯区大(大/小)。

2.光纤的传输特性主要是指色散、衰减。

3.光缆结构简单可分为缆芯、加强件、护层。

4.光纤成缆可以有多种结构，分为层绞式、束管式，骨架式和带状式。

5. G.652 是标准单模光纤, G..653 是色散位移光纤(G652/G653/G654/G655)。

6.色散和衰减是光纤的主要传输特性，描述光纤色散的参数是色散系数，其单位是ps／nm·km，描述光纤衰减的参数是损耗系数，其单位是dB/km 。

三. 综合1.光纤损耗的分类。

答：损耗吸收损耗散射损耗杂质离子的吸收本征吸收过渡族金属离子OH-离子紫外吸收红外吸收制作缺陷本征散射及其它瑞利散射布里渊散射拉曼散射折射率分布不均匀芯-涂层界面不理想气泡、条纹、结石2. 说明光纤色散的分类，指出多模光纤以那种色散。

光纤的几何特性包含哪几项？答：在光纤中一般把色散分成模间色散、色度色散、偏振模色散。

多模光纤主要以模间色散为主。

光学特性主要有：截止波长、模场直径3. 某光缆金属加强构件、松套层填充式、铝-聚乙烯粘结护套、皱纹钢带铠装、聚乙烯套通用室外光缆，包含24根B1.1类单模光纤，请写出该光缆的型号。

第一章基本理论1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理就是什么？答:当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率,即0＜V＜2、40483时,此时管线中只有一种传输模式,即单模传输。

2、管线的损耗与色散对光纤通信系统有哪些影响？答:在光纤通信系统中,光纤损耗就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与通信距离。

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就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就是由不同频率成分与不同模式成分所携带的,不同频率成分与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:光信号不就是单色光、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)。

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 2sin 10∆==n NA φ 渐变型光纤的数值孔径 ()() 20-0sin 220∆===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。

数值孔径是衡量光纤的集光能力，即凡是入射到圆锥角φ0以内的所有光线都可以满足全反射条件，在芯包界面上发生全反射，从而将光线束缚在纤芯中沿轴向传播。

4．简述光纤的导光原理。

答：光纤之所以能够导光就是利用纤芯折射率略高于包层折射率的特点，使落于数值孔径角)内的光线都能收集在光纤中，并在芯包边界以内形成全反射，从而将光线限制在光纤中传播。

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，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。

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，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，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=∆ （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 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=244n m m d c λλ ⋅⋅⋅= 5 ,3 ,1m （ 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。

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 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1arcsinc yn 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2212210.032n n n -∆=≈光纤的数值孔径为0.38NA4．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002233.3V a n ππλλ=⋅=光纤中传播的模数量25542V M ≈=5．一根数值孔径为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。