北交大光纤通信技术基础陈根祥课后答案(第一、二章习题)

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Si02的光纤。

它是工作在近红外区，波长为0. 8〜1. 8 5,对应的频率为167〜375THZ。

1- 3 BL积中B利L分别是什么含义？系统的通信容量用BL积表示，其含义是比特率一距离积表示，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。

发端收端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3xio,3//z的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J,持续时间是丁=10ns(lns=10-9s)。

此激光束的圆形截面半径为r=lcm°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；(2)S =—=----------- 厂瓯------ =3.18X10I3J//??52zA5 10x10 一9x〃x(10—2)2S、- S 3.18X1O13 1 12(3)w = — = ------- ；— = 1.06x 10 J1 sc 3xlO8(4)/ = f = 3.18x10”//*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"(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6X10-7m,求相邻两明纹间的距离。

北京交通大学考试试题（A卷）课程名称：光通信技术基础2007—2008学年第二学期教师姓名：___________ 班级：学号：姓名：____________题号一二三总分得分一．填空题：（32分，一空一分）1. 目前光纤制造已经达到很高的水平，其中无水光纤已可实现在1280nm－1570nm的范围内均可进行高速信号的低损耗长距离传输。

与上述波长范围所对应的频率带宽Δf是__________THz（精确至小数点后1位）。

如果用该光纤构成DWDM光纤传输系统，通道间隔为100GHz，每一通道的传输速率均为10Gbit/s，则该光纤传输系统可以支持Tbit/s的信号传输速率，相当于可同时传送64kbit/s的数字语音信号___________话路。

2. 石英光纤的制造工艺包括__________和__________两个基本的工艺过程。

常用的掺杂剂有__________、__________、__________和__________等。

在这些掺杂材料中，在石英中掺入_____________________可使其折射率提高，而掺入_______________则可降低其折射率。

一般通信光纤的包层为___________材料，芯区为掺__________石英。

3. 一工作于1310nm，NA=0.2，芯子直径50μm，包层折射率为1.46的阶跃型多模光纤，其归一化工作频率为________________，光纤所支持的传导模式数量约为_______________，光纤的模间色散（模式色散）为______________ns/km。

某单位用该光纤构成一内部数字通信网络，已知该网络最大节点间距为0.5km，系统要求光脉冲的最大色散展宽不超过原始脉冲宽度T0的20％，则该网络的最高信号传输速率B为________ Mbit/s。

（假定传输速率B与初始脉冲宽度T0的关系为B = 1/T0）4. 已知注入到一段单模光纤内的光功率为1mW，是_________dBm，光波长为1550nm，在光纤输出端测得的输出功率为100μW，是_________dBm。

习题一1．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。

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。

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。

第一章习题1、试举出假设干个模拟信号与数字信号的例子。

答：模拟信号：语音信号等数字信号：计算机处理数据等。

2、请说明有线电视、市、调频广播、移动、校园网等通信系统各使用哪些信道。

答：有线电视：同轴电缆市：双绞线调频广播：无线信道移动：无线信道校园网：双绞线、同轴电缆或光纤3、试述通信系统的组成。

答：通信系统包括五个组成局部：1〕信源；2〕发送设备；3〕接收设备；4〕信宿；5〕信道。

4、一个有10个终端的通信网络，如果采用网型网需要用到多少条通信链路？如果采用星型网需要有多少条通信链路？答：网状网：45条；星状网：10条5、试述传码率，传信率，误码率，误信率的定义，单位。

并说明二进制和多进制时码元速率和信息速率的相互关系。

答：1〕传码率是指单位时间通信系统传送的码元数目，单位为“波特〞或“B〞。

2〕传信率也称为比特率〔bit rate〕，是指单位时间通信系统所传送的信息量，单位为“bit/s〞或“bps〞。

3〕误码率就是码元在传输系统中被传错的概率，Pe=传输中的误码/所传输的总码数。

4〕误信率是指发生过失的信息量在信息传输总量中所占的比例，Peb=系统传输中出错的比特数/系统传输的总比特数。

r=Rmlog2m〔bit/s〕式中，r为传信率，Rm为m进制的传码率。

6、描述点对点通信的几种方式。

答：对于点对点之间的通信，按消息传送的方向与时间，通信方式可分为单工通信、半双工通信与全双工通信三种。

7、线路交换与分组交换的区别在哪里？各有哪些优点？答：线路交换：网上的交换设备根据用户的拨号建立一条确定的路径，并且在通信期间保持这条路径，从被呼用户摘机建立通话开始到一方挂机为止，这条线路一直为该用户所占用。

线路交换的很大一个优点是实时性好。

分组交换：分组交换是一种存储与转发的交换方式，很适合于数据通信。

它将信息分成一系列有限长的数据包，并且每个数据包都有地址，而且序号相连。

这些数据包各自独立地经过可能不同的路径到达它们的目的地，然后按照序号重新排列，恢复信息。

光纤通信概论、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：D近紫外区A 近红外区B可见光区C远红外区3目前光纤通信所用光波的波长范围是：A 几=0.4 〜2.0啊B 几=0.4 〜1.8^C久=0.4〜1.5何D久=0.8〜1.6何4目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是：A 久=0.85 ⑷、1.20 ㈤】、1.80^° ;B 几=0.80 ⑷、1.51艸、1.80 问］；C 比=0.85 ⑷、1.31 ⑷、1.55何】；D 1几=0.80 阿、1.20 问、1.70 问。

6下面说法正确的是：A光纤的传输频带极宽，通信容量很大;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？光纤传输特性测量一、单项选择题1光纤的损耗和色散属于：A 光纤的结构特性；B 光纤的传输特性；C 光纤的光学特性；D 光纤的模式特性。

2光纤的衰减指的是：A 由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少；B 由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少；C光信号沿光纤传输时，光功率的损耗；D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。

A 光纤的材料色散；B光在光纤中传播时，不同波长光的群时延不一样所表现出来的一种物理现象；C 光纤的模式色散；D 光纤的波导色散。

4测定光纤衰减的测试方法有三中，它们是：A 切断法、插入损耗法和后向散射法；B 相移法、切断法和散射法；C插入损耗、脉冲时延法和散射法；D 切断法、插入损耗法和相移法。

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1.1.3所示的分层模型来描述。

这种分层网络支持传统的电复用信号传输，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。

电交换/复接层( 层)LAN POTS CATVOXCOXCOXC业务和应用层光传送/网络层光接入声音视频网络管理OADMOADMOADM: OXC ：光分插复用光交叉连接SDH/ATM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1.2.3所示，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1.3.6所示。

在该例中，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。

北交《通信技术基础》在线作业二一、单选题（共 10 道试题，共 30 分。

）1. 数字通信相对于模拟通信具有（）。

. 占用频带小. 抗干扰能力强. 传输容量大. 易于频分复用正确答案：2. 对于M进制的离散消息源，其平均信息量最大时的概率分布为（）。

. 均匀分布. 正态分布. 瑞利分布. 指数分布正确答案：3. 设某传输码序列为0-20+2+2000-2-2-2，在接收端正确恢复出的数字序列为（）。

.. 10100111000.. 10100111100正确答案：4. 以下属于码元速率单位的是（）。

. 波特. 比特. 波特/s. 比特/s正确答案：5. 通信系统可分为基带传输和频带传输，以下属于基带传输方式的是（）。

. PSK传输方式. PM传输方式. QM传输方式. SS传输方式正确答案：6. 产生频率选择性衰落的原因是（）。

. 幅频畸变. 相频畸变. 多径传播. 瑞利衰落正确答案：7. 在模拟通信系统中，传输带宽属于通信系统性能指标中的（）。

. 可靠性. 有效性. 适应性. 标准性正确答案：8. 各模拟线性调制中，已调信号占用频带最小的调制是（）。

. M. S. SS. VS. 幅值上的离散. 时间上的离散. 频谱上的离散正确答案：10. 设某传输码序列为0-20+2+2000-2-2-2，该传输码属于（）。

. 相关码. 差分码. 双相码. 绝对码正确答案：北交《通信技术基础》在线作业二二、多选题（共 10 道试题，共 40 分。

）1. 恒参信道对信号传输的影响主要体现在（）。

. 时频特性不理想. 角频特性不理想. 幅频特性不理想. 相频特性不理想正确答案：2. 网同步的方法主要有（）。

. 主从同步. 相互同步. 码速调整法. 水库法正确答案：3. 用来衡量位同步系统性能的指标有（）。

. 相位误差. 同步建立时间. 同步保持时间. 同步带宽正确答案：4. 分集接收是一种克服衰落影响的有效方法，可用的分集方式有（）。

第3章 复习思考题参考答案3-1 连接器和跳线的作用是什么？接头的作用又是什么答：连接器是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸（活动）连接的器件。

跳线用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连，以构成光纤传输系统。

接头是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性（固定）连接。

接头用于相邻两根光缆（纤）之间的连接，以形成长距离光缆线路。

3-2 耦合器的作用是什么？它有哪几种耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。

耦合器有T 形耦合器、星形耦合器、方向耦合器和波分耦合器。

3-3 简述波导光栅解复用器的工作原理阵列波导光栅由N 个输入波导、N 个输出波导、两个具有相同结构的N ⨯ N 平板波导星形耦合器以及一个平板阵列波导光栅组成，如图3.4.4所示。

这种光栅相邻波导间具有恒定的路径长度差∆L ，由式（1.2.8）可知，其相邻波导间的相位差为λφLn ∆=∆eff π2 （3.4.6）式中，λ是信号波长，∆L 是路径长度差，通常为几十微米，eff n 为信道波导的有效折射率，它与包层的折射率差相对较大，使波导有大的数值孔径，以便提高与光纤的耦合效率。

输入光从第一个星形耦合器输入，在输入平板波导区（即自由空间耦合区）模式场发散，把光功率几乎平均地分配到波导阵列输入端中的每一个波导，由阵列波导光栅的输入孔阑捕捉。

由于阵列波导中的波导长度不等，由式（3.4.6）可知，不同波长的输入信号产生的相位延迟也不等。

AWG 光栅工作原理是基于马赫-曾德尔干涉仪的原理，即两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论，所以输出端口与波长有一一对应的关系，也就是说，由不同波长组成的入射光束经阵列波导光栅传输后，依波长的不同就出现在不同的波导出口上。

此处设计采用对称结构，根据互易性，同样也能实现合波的功能。

输1λ1λ12图3.4.3 由阵列波导光栅（AWG ）组成的解复用器/路由器3.4 简述介质薄膜干涉滤波器解复用器的作用（见原荣编著《光纤通信（第2版）》3.4.3节）答：介质薄膜光滤波器解复用器利用光的干涉效应选择波长。

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。