《光纤技术及应用》

情境一巩固与提高：一、填空题1.华裔学者高锟科学地预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性，并因此获得诺贝尔物理学奖。

2.目前光纤通信所使用的光的波长为1260nm-1625nm 。

3.数字光纤通信系统由光发射机、光纤和光接收机构成。

4.光纤通信的3个低衰耗波长窗口分别是0.85um、1.31um 、和 1.55um 。

5.非色散位移光纤零色散波长在 1310 nm，在波长为1550 nm处衰减最小。

6.光纤主要由纤芯和包层构成，单模光纤芯径一般为 8-10 μm，多模光纤的芯径一般在 50 μm左右。

7.光纤的特性主要分为传输特性、机械特性、温度特性三种。

二、简答题1.简述光纤通信的优点和缺点。

答：光纤通信的优点：1)频带宽、通信容量大2)损耗低、传输距离远3)信号串扰小、保密性能好4)抗电磁干扰、传输质量佳5)尺寸小、重量轻、便于敷设和运输6)材料来源丰富、环境适应性强光纤通信的缺点：1）光纤性质脆。

需要涂覆加以保护2）对切断的连接光纤时，需要高精度技术和仪表器具3）光路的分路、耦合不方便4）光纤不能输送中继器所需的电能5）弯曲半径不宜过小2.简述光全反射原理。

答：光全反射原理：当光从光密媒质（折射率相对较大）到光疏媒质的交界面会发生全反射现象，即入射角达到一定值时，折射光线将与法线成90°角，再增大会使折射光线进入原媒质传输。

3.简述光纤通信系统的基本组成。

答：光纤通信系统由光发射机、光纤、光接收机组成。

光发射机的作用就是进行电/光转换，并把转换成的光脉冲信号码流输入到光纤中进行传输。

光源器件一般是LED和LD。

光纤：完成光波的传输。

光接收机的作用就是进行光/电转换。

光收器件一般是光电二极管PIN和雪崩光电二极管APD。

4.简述G.652、G.653、G.655的特点和主要用途。

答：G.652：也称标准单模光纤，是指零色散点在1310nm附近的光纤；在1550nm处，G.652光纤具有最低损耗特性。

姓名学号序号1．叙述低通抽样定理2．非均匀量化与均匀量化有何区别？采用非均匀量化的目的是什么？如何实现非均匀量化？3．叙述A律13折线4．单路话音信号的带宽为4kH z，对其进行PCM传输，求：(1)最低抽样频率；(2)抽样后按256级量化，求PCM系统的信息传输速率。

5．我国2M两种数字系列速率等级表。

1．应用费马原理导出反射定律。

2．某一渐变型多模光纤纤芯折射率分布为)](1[),,(222202y x n z y x n +-=α，式中0n 和α为常数。

用光线方程找出这种光纤中近轴光线的一般光路。

3．电磁场的波动方程----),,,(t z y x E →遵循的方程, 推导出亥姆霍兹方程----),,(z y x E →遵循的方程,。

1．何谓多模光纤？何谓单模光纤？2．何谓光纤数值孔径NA，讨论NA有什么物理意义？3．均匀光纤芯与包层的折射率分别为：n1=1.51，n2=1.40，试计算：(a) 光纤芯与包层的相对折射率差Δ(b) 光纤的数值孔径NA和孔径角。

(c）在10km长的光纤上，子午光线的光程差所引起的最大时延差Δτmax为多少。

4．光纤的相对折射率差的精确值2212212n nn-∆=，其近似值为'121n nn-∆=。

若光纤的n1=1.49，n2=1.48，试计算：（a）精确值∆（b）近似值'∆（c）∆与'∆之间的绝对误差和相对误差。

1．光纤的折射率分布公式为 _ ，公式中的g 为 _ 。

2．在光纤传输的波动理论中，纤芯中的横向传播常数u=_____ ______，包层中的横向传播常数w=_______ __，归一化频率V 与u 和w 的关系为_____ _____。

3．一阶跃光纤，其纤芯折射率1n =1.52，包层折射率2n =1.49。

试问：（a ）光纤放置在空气中，光从空气入射到光纤输入端面的最大接收角是多少？ （b ）光纤浸在水中(0n =1.33)，光从水中入射到光纤输入端面的最大接收角是多少？3．证明光纤纵向传输常数β取值范围为 n 2k ≤β≤n 1k4．在阶跃型光纤中，已知纤芯半径a=4μm ，纤芯折射率1n =1.49，相对折射率差Δ=0.0024，工作波长λ=1.31μm ，并且已求出导波归一化径向相位常数u=1.529。

光纤通信技术的发展与应用光纤通信技术的发展与应用一、光纤通信的应用背景通信产业是伴随着人类社会的发展而发展的。

追溯光通信的发展起源，早在三千多年前，我国就利用烽火台火光传递信息，这是一种视觉光通信。

随后，在贝尔发明了光电话，但是它们所传输的信息容量小，距离短，可靠性低，设备笨重，究其原因是由于采用太阳光等普通光源。

之后伴随着激光的发现，英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文，他提出利用带有包层材料的石英玻璃光学纤维，能作为通信媒质。

从此，开创了光纤通信领域的研究工作。

二、光纤通信的技术原理光纤即光导纤维，光纤通信是指利用光波作为载波，以光纤作为传输介质将要传输的信号从一处传至另一处的通信方式。

其中，光纤由纤芯、包层和涂层组成。

纤芯是一种玻璃材质，以微米为单位，一般几或几十微米，比发丝还细。

由多根光纤组成组成的称之为光缆。

中间层称为包层，根据纤芯和包层的折射率不同从而实现光信号传输过程中在纤芯内的全反射，实现信号的传输。

涂层就是保护层，可以增加光纤的韧性以保护光纤。

光纤通信系统的基本组成部分有光发信机、光纤线路、光收信机、中继器及无源器件组成。

光发信机的作用是将要传输的信号变成可以在光纤上传输的光信号，然后通过光纤线路实现信号的远距离传输，光纤线路在终端把信号耦合到收信端的光检测器上，通过光收信端把变化后的光信号再转换为电信号，并通过光放大器将这微弱的电信号放大到足够的电平，最终送达到接收端的电端完成信号的输送。

中继器在这一过程中的作用是补偿光信号在光纤传输过程中受到的衰减，并对波形失真的脉冲进行校正。

无源器件的作用则是完成光纤之间、光纤与光端机之间的连接及耦合。

其原理图如图1所示：通过信号的这一传输过程可以看出，信号在传输过程中其形式主要实现了两次转换，第一次即把电信号变成可在光纤中传输的光信号，第二次即把光信号在接收端还原成电信号。

此外，在发信端还需首先把要传输的信号如语音信号变成可传输的电信号。

有线通信的光纤接入网技术及应用分析1. 引言1.1 光纤接入网的定义光纤接入网是指利用光纤作为传输介质，通过光纤传输技术实现用户接入到互联网或其他网络的通信系统。

光纤接入网将光纤引入用户家庭或企业建筑内部，为用户提供高速、稳定的网络连接服务。

相比传统的铜线或同轴电缆，光纤接入网具有更大的带宽、更低的传输损耗和更长的传输距离。

光纤接入网可以实现高清晰的视频通话、大容量的数据传输和快速的网络连接速度，是现代有线通信中不可或缺的重要技术。

随着互联网的普及和用户对带宽需求的不断增加，光纤接入网已经成为未来有线通信的主流技术之一。

通过光纤接入网，用户可以享受到更加便捷、高效的网络体验，推动了数字经济和信息社会的发展。

1.2 光纤接入网的发展历程在20世纪70年代，光纤技术开始进入通信领域，而光纤接入网的发展也逐渐受到关注。

最初，光纤接入网主要用于长途通信，其高带宽和低损耗的特性使其成为理想的传输媒介。

由于成本昂贵和技术不够成熟，光纤接入网并未得到广泛应用。

随着技术的不断进步，在20世纪90年代，随着光纤通信技术的逐渐成熟和成本的下降，光纤接入网开始在通信领域中得到更广泛的应用。

电信运营商开始大规模建设光纤接入网，以取代传统的铜线网络，提供更高质量和更稳定的通信服务。

光纤接入网不仅在电话通信领域得到应用，还广泛用于宽带互联网接入和电视信号传输等方面。

21世纪初，随着互联网的快速发展和数字化需求的增加，光纤接入网逐渐成为主流通信方式。

各国政府和企业纷纷加大光纤网络建设的投入，推动光纤接入网技术不断创新和完善。

光纤接入网的发展历程充分展示了其在通信领域中的重要性和广阔的应用前景。

1.3 本文研究的目的本文的研究目的是对光纤接入网技术及其应用进行深入分析，探讨其在有线通信领域中的重要性和发展趋势。

通过对光纤接入网的技术原理、组成部分、应用场景及优势进行综合研究，为读者提供全面了解和认识光纤接入网的相关知识。

也旨在总结光纤接入网技术在宽带传输中的作用和发展趋势，为未来有线通信技术的发展提供参考和指导。

光纤技术及应用第二版课后答案以下哪类光纤需要测试22米截止波长 [单选题] *A：G652DB:G652BC:G657A1D:G654E(正确答案)22米用专用装置绕多少圈 [单选题] *A:25(正确答案)B:26C:27D:28截止波长测试方法： [单选题] *A:散射法B:前向散射法C:后向散射法D:传输功率法(正确答案)22米测试时光纤沿在工作台面上需绕（）cm大圈 [单选题] * A:20B:25D:28(正确答案)主界面输入测试命令（），确定进入测试 [单选题] * A:AOF(正确答案)B:tglasspC:speccutD:Wavausi测试中输入光纤长度，输入（）m长度 [单选题] * A:2B:1C:22(正确答案)D:1000测试中按（）键盘，调节清晰度 [单选题] *A:F3B:F8(正确答案)C:F1D:F5测试中按（）键盘，调节端面左右 [单选题] *A:F3B:F6(正确答案)C:F1测试中按（）键盘，调节端面上下 [单选题] *A:F4B:F7(正确答案)C:F2D:F6测试中若屏幕上没有图像显示，按（）键盘，CENTER IN（自动搜索输入端端面） [单选题] *A:F4(正确答案)B:F7C:F2D:F6测试中目视检查光纤端面处理质量，如光纤端面需圆整无裂痕、无黑色缺陷点。

[判断题] *对(正确答案)错测试过程中无需注意观察条码信息有无异常。

[判断题] *对错(正确答案)绕一个28cm的小圈必须贴合轨道绕 [判断题] *对(正确答案)错测试中的光纤不能碰触，确保光纤状态不受外力、弯曲影响 [判断题] *对(正确答案)错测试时观察光纤外观有无涂覆缺陷、夹丝、抛丝、边缘凸起、碰撞痕迹等异常现象。

[判断题] *对(正确答案)错端面制作好需用洁净纸沾取酒精擦拭干净后再测试。

[判断题] *对(正确答案)错制作断面时，用剥线钳的第二个口，剥掉端头1~2cm涂覆层 [判断题] *对错(正确答案)测试后无论数据合格与否，记录纸及22m光纤直接扔到垃圾框 [判断题] *对错(正确答案)。

光纤技术及应用光纤技术及工程应用光纤技术及工程应用 1.光纤的演进1966-美籍华人高锟及Georgo.A.Hockham根据介质波导理论共同提出光纤通讯的概念. 1970-美国康宁公司首次研发出级射率光纤,同年贝尔实验室研发出发光器,正式拉开光纤通讯的序幕.1972-原材质,制棒,抽丝的技术不断提升,衰减系数由原有的20dB/km降至4dB/km. 1976-美国西屋电气公司在亚特兰大成功进行世界第一个以45Mbit/s传输110km的光纤通讯网络的实验.Today-光纤通讯由原有的45Mbit/s提升至目前的40Gbit/s.2.光纤通讯的特点(与电缆及微波比较)优点缺点高带宽,通讯量大衰减小,传输距离远信号串音小,传输质量高抗电磁干扰,保密性高光纤尺寸小,重量轻,便于敷设及搬运原料信息充裕光纤弯曲半径不宜过小光纤终端处理不易分路及藕合操作繁琐3.光纤基本结构4.光纤的尺寸 5.光纤的材质玻璃光纤——玻璃核心及玻璃纤衣(光纤的玻璃是非常纯的二氧化硅或溶解石英，再参杂其他化学原料，以达到所须的折射率，如锗或磷增加折射率，硼减少折射率) 胶套硅光纤——玻璃核心及塑料纤衣塑料光纤——塑料核心及塑料纤衣6.光纤的分类(以光纤的传播模态)级射率多模(Step-Index multimode，阶跃型多模)渐变折射率多模(graded Index multimode)单模(Singlemode)6.1.级射率多模光纤(Step-Index multimode，阶跃型多模光纤) 级射率多模光纤是最简单的型式,核心直径由10~970μm都有,包含玻璃,胶套硅光纤,塑料光纤结构,虽然级射率光纤在高带宽及低损耗上不是最有效,但是最广范被使用的光纤. 级射率多模光纤最大的缺点是因光纤不同模态的路径长度变化造成的模间色散. 级射率多模光纤的模间色散为15~30ns/km6.2.渐变折射率多模光纤渐变折射率多模光纤是减少模间色散的另一种方式,核心有无数中心层玻璃,类似树木的年轮,由中心轴核心向外每一连续层有较低的折射率.渐变折射率多模光纤的模间色散为1ns/km或更少 6.3.单模光纤另一种减少模间色散的方式是减少核心的直径,直到光纤仅能有效地传送一个模态,单模光纤有一个非常小的核心直径仅5~10μm,标准的纤衣直径为125 μ m.论光纤技术的应用与发展[摘要]自上世纪光纤通信技术在全球问世以来，整个的信息通讯领域发生了本质的、革命性的变革，光纤通信技术从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，所以它的主要特点是：抗电磁干扰和不易串音等一系列优点，从而备受通信领域专业人士青睐，光纤通信技术以光波作为信息传输的载体，以光纤硬件作为信息传输媒介，通信达到了高速率和大容量，且体积小、损耗低、重量轻，发展也异常迅猛。

光纤通信技术的开发与应用案例分析光纤通信技术是一种利用光信号进行信息传输的高效、快速和可靠的通信方式。

自20世纪60年代开始，光纤通信技术在全球范围内得到了广泛的研究和应用。

随着技术的不断发展，光纤通信已经成为现代通信系统中最重要的组成部分之一。

本文将通过分析几个光纤通信技术的开发与应用案例，进一步探讨光纤通信技术的发展趋势和应用前景。

首先，我们来看一个光纤通信技术应用的典型案例——光纤到户（FTTH）技术。

光纤到户是一种通过光纤传输技术将宽带接入用户家庭的解决方案。

这一技术的出现极大地提高了用户的上网速度和网络质量，同时也为数字化生活和智能家居等服务提供了便利条件。

例如，在中国，中国电信推出了“宽带中国”计划，大力推广光纤到户技术。

通过铺设光纤网络，用户可以享受到高速、稳定的宽带服务，进一步推动了数字经济和社会发展。

此外，光纤到户技术在全球范围内也得到了广泛的应用和推广，例如Google Fiber项目在美国和其他国家的部署，以及日本、韩国等地的高速光纤网络覆盖，都是光纤通信技术应用的成功案例。

第二个案例是光纤通信技术在医疗领域的应用。

光纤通信技术在医疗领域的应用案例非常丰富，包括光纤内窥镜、光谱分析仪器、光纤生物传感器等。

这些技术的出现不仅极大地改善了医疗诊断和治疗的效率和准确性，还为医疗行业带来了巨大的商业价值。

以光纤内窥镜为例，它通过将光信号传输到患者体内的深处，使医生能够清晰地观察到病变部位，提高了诊断和治疗的精确度。

这种技术在胃肠道、泌尿系统、呼吸系统等领域得到了广泛的应用。

光纤生物传感器则可以通过检测生物分子的荧光信号来实现快速、灵敏的生物分析，有望在临床诊断和药物研发等方面发挥重要作用。

最后一个案例是光纤激光器在通信和工业领域的应用。

光纤激光器能够产生高强度、高稳定性和高单色性的激光光束，已经成为现代通信和工业制造中不可或缺的关键设备。

光纤激光器的应用范围非常广泛。

在通信领域，光纤激光器常用于光纤通信系统中的信号放大和光纤通信设备的制造。

浅论《光纤技术与应用》课程中光纤折射率和波长的关系作者：孙兵来源：《教育教学论坛》2016年第48期摘要：作为表征光纤传输性能的重要参数，光纤的折射率分布直接影响着光纤的传输特性；进一步通过获得光纤折射率的分布来计算出光纤的几何参数以及光纤的最大理论数值孔径；等等。

本文分析和讨论了光纤折射的依赖关系，重点讨论了光纤折射率与波长的关系，得出了它们之间的数学描述，实现了对光纤折射率与波长关系的定量研究。

关键词：光纤；折射率；波长；光纤传感中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）48-0075-02《光纤技术与应用》课程是伴随着光纤通信和光纤传感技术而迅速建立起来，并作为光电信息科学与工程及相关专业开设的一门必修专业基础课程。

通过本课程的学习，学生达到基本概念清晰，并掌握了光纤设计、制造、测试等的基本方法，具有一定的实际分析和动手能力。

然而在教学过程中发现一些问题，表现为：学生很难弄清楚光纤结构组成材料的折射率值以及该折射率与波长的对应关系。

此外，光纤技术的快速发展致使了一些新型光纤的涌现，因而对光纤在性能和结构上的要求也越来越高；进一步通过测量光纤的特征参数达到评价光纤质量的目的，最终有助于光纤的优化设计和制造。

根据折射率的定义，介质折射率（n）系指光在真空中传播速度与光在该介质中传播速度之比。

通常，介质折射率依赖于介质的组成，并且是温度和光波波长的函数。

特别地，光纤介质的折射率是一个非常重要的物理参数。

它直接影响光纤的本征特性，如色散、截止波长、模场直径、归一化频率以及衰减等。

本文将通过塞尔迈耶尔（Sellmeier）公式定量地分析光纤折射率与波长的相互依赖关系，对于给出一个波长即能计算得到光纤的折射率大小，特别地给出了常见通信光波长（1310 nm和1550 nm）的折射率值，有助于初学者理解光纤传输的物理本质。

一、光纤的结构组成及分类光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。