光纤通信第二章习题

第一章概述一：单项选择题1.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。

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是：A 0.4～2.0B 0.4～1.8C 0.4～1.5D 0.8～1.84 目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是：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。

5 下面说法正确的是：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、什么是光纤通信？2、光纤的主要作用是什么？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是多少？第二章光纤与光缆工程一、单项选择题1.下面说法正确的是：A 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率；B 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率；C为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率；D 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂覆层的折射率。

2下面说法正确的是：A 单模光纤只能传输模式；B 单模光纤只能传输一路信号；C 单模光纤只能传输一种模式；D 单模光纤只能传输模式。

3下面哪一种光纤是色散位移单模光纤？A 光纤；B 光纤；C 光纤；D 光纤。

4.下面说法正确的是：A 光纤的损耗决定光纤通信系统的通信容量；B 光纤的损耗决定光纤通信系统的传输距离；C 光纤的损耗决定光纤通信系统的传输速率；D 光纤的损耗决定光纤通信系统的传输模式。

1.光纤是如何分类的？各分为那些类别？2.相对折射指数差的表示式是什么？什么是弱导条件？。

3.什么是光纤的径向归一化相位常数U、光纤的径向归一化衰减常数W和光纤的归一化频率V？4.渐变型光纤的本地数值孔径的定义为什么？5.当光纤中出现什么时，即认为导波截止。

6.单模光纤是如何定义的？在标量近似解中，阶跃单模光纤只传输什么模？7.光纤的传输特性有哪几种？8.什么是导行波，什么是辐射波？9.什么是全反射，全发射的条件是什么?10.什么是弱导光纤，为什么标量近似解只适用于弱导光纤？11.为什么说采用渐变型光纤可以减小光纤的色散？12.什么是自聚焦现象？13.说明造成光纤损耗的原因。

14.单模光纤和多模光纤有何区别？各有何用途？15.根据ITU-T建议，单模光纤分为那几类？G.655光纤有何特点？16.什么是光纤的数值孔径NA？有何物理意义？17.光纤的波动方程是什么?18.光纤的电磁场表达式是什么？19.光纤的特征方程是什么？有何物理意义？20.什么是光纤的截止波长？21.光纤传输特性通常有几种？分别是什么？22.什么是光纤的色散？分析多模光纤和单模光纤的色散机理。

23.为什么色散和损耗是光纤通信的主要限制因素？24.什么是G.652和G.655光纤，它们的特点分别是什么？。

25.通常光缆结构由那些组成？26.光缆型号是如何标识的？如GYGZL03-12T50/125代表什么意思？27.光纤通信中常用的波长是什么？28.阶跃型光纤的导光原理是什么？29.什么是光纤色散？光纤色散主要有几种类型？其对光纤通信系统有何影响？色散带来的危害是什么？30.解释光纤中的模式色散、材料色散及波导色散。

31.什么是色散位移单模光纤。

32.什么是非零色散光纤。

33.什么是色散平坦光纤。

34.什么是色散补偿光纤。

35.均匀光纤芯与包层的折射率分别为n1=1.5,n2=1.45 试计算：光纤芯与包层的相对折射率差。

光纤的数值孔径。

目录第二章选择题练习 (2)第三章填空题练习 (9)第四章判断题练习 (13)第五章名词解释练习 (14)一．名词解释常规练习 (14)二、新增题型：写出以下名词的全称，并写出其意思。

(14)第六章画图题 (15)一．常规题练习 (15)二、新增题型练习:据图回答问题 (15)第七章简答题练习 (18)第八章综合、计算、分析题练习 (19)第九章证明题练习 (23)第十章期末试题示范 (24)答案详解 (30)第二章选择题练习1。

目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是A.0。

85 μm, 1.27 μm，1。

31 μmB.0。

85 μm, 1。

27 μm，1。

55 μm C。

0。

85 μm，1。

31 μm, 1。

55 μm D。

1。

05 μm, 1。

31 μm, 1.27 μm 2．在阶跃型光纤中，传输模式的传输条件为A。

V＞0 B.V＞Vc C。

V＞2。

40483 D。

V＜Vc 3．在阶跃型光纤中，当模式处于截止的临界状态时，其特性参数A。

W＝0 B。

β＝0 C.V＝0 D。

U＝0 4. 下列不属于影响光电二极管响应时间的因素是A。

零场区光生载流子的扩散时间B.有场区光生载流子的漂移时间C.RC时间常数D.器件内部发生受激辐射的时间5．通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是A．光纤色散B．噪声C．光纤衰减D．光缆线路长度6．目前实用光纤通信系统普遍采用的调制─检测方式是A. 相位调制—相干检测B。

直接调制—相干检测C。

频率调制—直接检测D。

直接调制—直接检测7．下列属于掺铒光纤放大器泵浦光源的典型工作波长是A。

1550 nm B.1310 nm C。

980 nm D。

850 nm8．下列属于描述光电检测器光电转换效率的物理量是A. 响应度B. 灵敏度C. 消光比D。

增益9．下列属于有源光器件的是A.光定向耦合器B.半导体激光器C。

光纤连接器 D. 光隔离器10．在下列的传输码型中，不属于插入比特码的是A。

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。

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。

光纤通信简明教程部分参考答案第一章习题1-1 什么是光纤通信? 目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO 2的光纤,它是工作在电磁波的哪个区?波长范围是多少?对应的频率范围是多少?光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。

目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO 2的光纤。

它是工作在近红外区，波长为0.8～1.8μm ，对应的频率为167～375THz 。

1-2 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。

1-3 通信系统的容量用BL 积表示，B 和L 分别是什么含义?系统的通信容量用比特率—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。

(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 请查阅最新资料论述光纤通信的发展趋势。

略第二章习题2-1 一个频率为Hz 的光14106?源，其发射功率为10W ，它一秒内发射多少个光子? 解：191434141052.210610626.610106,10?===?==-ννh P N HzW P2-2 如下两种光纤，临界角满足什么条件可以保持光在纤芯中传播（1）对于石英光纤，纤芯的折射率48.11=n ，包层的折射率46.12=n 。

（2）对于塑料光纤，纤芯的折射率495.11=n ，包层的折射率402.12=n 。

解：由 12sin n n c =? 得 121sin n n c -=? （1）?==-57.8048.146.1sin 1c ? （2）?==-94.73495.1402.1sin 1c ?2-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。

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。

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 sin67/sin33y 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0.38NA =4．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。

光纤通信原理参考答案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SiO2的光纤。

它是⼯作在近红外区，波长为0.8～1.8µm，对应的频率为167～375THz。

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。

略第⼆章习题2-1 有⼀频率为Hz 13103?的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J ，持续时间是τ=10ns(1ns=10-9s)。

此激光束的圆形截⾯半径为r=1cm 。

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）m c513810103103-=??==νλ（2）213229/1018.3)10(1010100ms J S W S ?==?=--πτ（3）s m J c S w 25813/1006.11031018.3?=??== （4）213/1018.3ms J S I ?==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；（2）若⼊射光的波长为6×10-7m ，求相邻两明纹间的距离。