光纤通信第3章

光纤通信复习资料必看(总16页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--复习提纲第一章知识点小结：1.什么是光纤通信 3、光纤通信和电通信的区别。

2.基本光纤通信系统的组成和各部分作用。

第二章知识点小结1、光能量在光纤中传输的必要条件（对光纤结构的要求）。

2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。

3、弱导波光纤的概念。

4、相对折射率指数差的定义及计算。

5、突变多模光纤的时间延迟。

6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理。

7、归一化频率的表达式。

8、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。

第三章知识点小结1、纤通信中常用的半导体激光器的种类。

2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件。

4、什么是粒子数反转分布5、理解半导体激光产生激光的机理和过程。

6、静态单纵模激光器。

7、半导体激光器的温度特性。

8、DFB激光器的优点。

9、LD与LED的主要区别 10、常用光电检测器的种类。

11、光电二极管的工作原理。

12、PIN和APD的主要特点。

13、耦合器的功能。

14、光耦合器的结构种类。

15、什么是耦合比 16、什么是附加损耗17、光隔离器的结构和工作原理。

第四章知识点小结1、数字光发射机的方框图。

2、光电延迟和张驰振荡。

3、激光器为什么要采用自动温度控4、数字光接收机的方框图。

5、光接收机对光检测器的要求。

6、什么是灵敏度7、什么是误码和误码率 8、什么是动态范围9、数字光纤通信读线路码型的要求。

10、数字光纤通信系统中常用的码型种类。

第五章知识点小结1、SDH的优点。

2、SDH传输网的主要组成设备。

3、SDH的帧结构（STM-1）。

4、SDH的复用原理。

5、三种误码率参数的概念。

6、可靠性及其表示方法。

7、损耗对中继距离限制的计算。

8、色散对中继距离限制的计算。

第七章点知识小结1、光放大器的种类2、掺铒光纤放大器的工作原理3、掺铒光纤放大器的构成方框图4、什么WDM5、光交换技术的方式6、什么是光孤子7、光孤子的产生机理 8、相干光通信信号调制的方式9、相干光通信技术的优点光纤通信复习第一章1.什么是光纤通信光纤通信，是指利用光纤来传输光波信号的一种通信方式2.光纤通信和电通信的区别。

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 紫外吸收 红外吸收 氢氧根（OH －）吸收 过渡金属离子吸收瑞利散射损耗 结构不完善引起的散射损耗 散射损耗 弯曲损耗 光纤弯曲损耗 光纤微弯损耗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。

光纤通信第三版习题答案光纤通信第三版习题答案光纤通信是一种高速传输信息的技术，它利用光信号在光纤中传输数据。

光纤通信的发展已经进入到第三版，为了帮助读者更好地理解和掌握相关知识，本文将提供一些光纤通信第三版习题的答案。

第一章：光纤通信基础知识1. 什么是光纤通信？光纤通信是利用光纤作为传输介质，将信息以光信号的形式传输的一种通信方式。

2. 光纤通信的优点有哪些？光纤通信具有大带宽、低损耗、抗干扰能力强等优点。

3. 光纤通信的基本组成部分有哪些？光纤通信的基本组成部分包括光源、调制器、光纤、解调器和接收器等。

4. 光纤通信的工作原理是什么？光纤通信的工作原理是利用光的全反射特性将光信号在光纤中传输，通过调制器和解调器的处理，将光信号转换为电信号进行传输和接收。

第二章：光纤通信系统设计1. 光纤通信系统的设计包括哪些方面？光纤通信系统的设计包括光源的选择、光纤的布线和连接、调制器和解调器的设计等方面。

2. 光纤通信系统中如何选择合适的光源？选择合适的光源需要考虑光源的功率、频率范围和调制方式等因素。

3. 光纤通信系统中如何设计光纤的布线和连接？光纤的布线和连接需要考虑光纤的长度、弯曲半径和连接方式等因素，以保证光信号的传输质量。

4. 光纤通信系统中如何设计调制器和解调器？调制器和解调器的设计需要考虑调制方式、解调方式和信号处理的算法等因素，以实现光信号的调制和解调。

第三章：光纤通信的性能评估1. 光纤通信系统的性能评估指标有哪些？光纤通信系统的性能评估指标包括传输速率、误码率、信噪比和带宽等。

2. 如何评估光纤通信系统的传输速率？光纤通信系统的传输速率可以通过测量单位时间内传输的比特数来评估。

3. 如何评估光纤通信系统的误码率？光纤通信系统的误码率可以通过发送和接收的比特数之间的差异来评估。

4. 如何评估光纤通信系统的信噪比？光纤通信系统的信噪比可以通过测量信号和噪声的功率之间的比值来评估。

第四章：光纤通信的应用1. 光纤通信在哪些领域得到了广泛应用？光纤通信在通信、互联网、电视传输和医疗等领域得到了广泛应用。

光纤通信第一至第三章考试试题一、一台接收机需要10mW的输入光功率，如果系统的损耗是50dB试问光源需要发送的光功率是多少？(5 分)二、GPON ONU 雷射焊接版本, Xiaolan正在協助Robin評估用哪種BOSA結構設計. 其中有一款跳線stub端面斜6度, 为最佳偶光效率, Chiu提出將base xy面傾斜一個角度. 請計算出base應傾斜幾度? 请画图表示跳線端面, base的關係. ( 請問试计算从receptacle 的斜8°角出射的光偏转角度是多少？)（15分）三、Robin請Fred考慮filter造成的laser出光偏移, 並且依此修正base孔的位置. 請帮Fred計算孔位应修正多少? 画图表示光線經過filter的偏折狀況. ( 试计算一束光经过45°filter后平移的距离是多少？45°filter的折射率为1.46，厚度为0.3mm（15分）四、在生产中常说的L1和L2的关系是怎么得来的？（5分）五、Fiber的数值孔径为 0.14, lens的为0.1, lens LD端为0.4，试计算出所对应的角度,是不是所有的光都可以進fiber? 为什么? （10分）六、用焦距为20mm，直径为10mm的透镜聚焦一束均匀的准直光束，假设波长为0.8um，计算聚焦光斑的大小。

（5分）七、对于二氧化硅，假设光源波长为0.85um，谱宽为30nm，试计算单位距离上的脉冲展宽，当光源谱宽为2nm时，单位距离上的脉冲展宽又是多少？两者相比说明了什么？（10分）八、对于空气-玻璃界面，计算发射功率和传输功率所占的比列。

计算获得零反射的涂覆层的折射率大小，若要使反射损失降低到1.4%，需要镀什么材料的膜？膜厚是多少？假设玻璃折射率为1.5（10分）九、写出全反射临界角表达式并画折射反射图。

(提示:Danny提供的ppt)（5分）十、1322-00369所用TO 1312-00250谐振腔的长度为0.3mm，腔内填充介质为InGaAsP,试计算相邻纵模间的频率间隔和波长间隔。

1．计算一个波长为1m λμ=的光子能量，分别对1MHz 和100MHz 的无线电做同样的计算。

解：波长为1m λμ=的光子能量为834206310// 6.6310 1.991010c m s E hf hc J s J mλ---⨯===⨯⋅⨯=⨯ 对1MHz 和100MHz 的无线电的光子能量分别为346286.6310110 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯346266.631010010 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯2．太阳向地球辐射光波，设其平均波长0.7m λμ=，射到地球外面大气层的光强大约为20.14/I W cm =。

如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。

解：光子数为3484441660.14 6.6310310101010 3.98100.710c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯=⨯=⨯⨯ 3．如果激光器在0.5m λμ=上工作，输出1W 的连续功率，试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。

解：粒子数为3482161 6.6310310 3.98100.510c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯====⨯⨯ 4．光与物质间的相互作用过程有哪些？答：受激吸收，受激辐射和自发辐射。

5．什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？答：粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数。

处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。

6．什么是激光器的阈值条件？答：阈值增益为1211ln 2th G L r r α=+其中α是介质的损耗系数，12,r r 分别是谐振腔反射镜的反射系数。

当激光器的增益th G G ≥时，才能有激光放出。

（详细推导请看补充题1、2）7．由表达式/E hc λ=说明为什么LED 的FWHM 功率谱宽度在长波长中会变得更宽些？证明：由/E hc λ=得到2hc E λλ∆=-∆，于是得到2E hc λλ∆=-∆，可见当E ∆一定时，λ∆与2λ成正比。

第 3 章光发射机3．1 概论在光纤通信中，将电信号转变为光信号是由光发射机来完成的。

Components of an optical transmitter光发射机的关键器件是光源，光纤通信对光源的要求可以概括为：( 1 ）光源发射的峰值波长，应在光纤低损耗窗口之内;( 2 ）有足够高的、稳定的输出光功率；( 3 ）电光转换效率高，驱动功率低，寿命长，可靠性高；( 4 ）单色性和方向性好，以减少光纤的材料色散，提高光源和光纤的耦合效率；( 5 ）易于调制，响应速度快，以利于高速率、大容量数字信号的传输；( 6 ）强度噪声要小，以提高模拟调制系统的信噪比；( 7 ）光强对驱动电流的线性要好，以保证有足够多的模拟调制信道。

光纤通信中最常用的光源是半导体激光（LD ）和发光二极管（LED ) ，尤其是单纵模（或单频）半导体激光器，在高速率、大容量的数字光纤系统中得到广泛应用。

近年来逐渐成熟的波长可调谐激光器是多信道WDM 光纤通信系统的关键器件，越来越受到人们的关注。

对半导体光源可以进行直接调制，即注入调制电流而实现光波强度调制。

直接调制光发射机框图上图是按数字调制设计的，如果采用模拟调制，除编码电路外，其他结构完全相同。

信号经复用和编码后，通过调制器对光源进行光强度调制。

发送光的一部分反馈到光源的输出功率稳定电路，即光功率控制（AGC ）电路。

因为输出光功率与温度有关，一般还加有自动温度控制（ATC ）电路。

外部调制光发射机框图上图是采用外部调制器的光发射机电路，光源发出的连续光信号，送入外部调制器，信息信号经复用、编码后通过外部调制器对连续光的强度、相位或频率进行调制。

大多数情况均采用直接调制光载波的调制方式，但是在高速率 DWDM 系统和相干检测系统中必须采用光的外部调制。

光发射机的比特速率常常由电子器件所限制，而不是半导体激光器本身。

合理的设计可使光发射端机工作在 10 ~15 Gb/s 速率。

光纤通信课后答案第一章基本理论1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么?答:当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，即O<V<2.40483时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。

2、管线的损耗和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和通信距离。

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。

7、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是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和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)。