2022年光纤通信课后习题参考答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 光纤通信课后习题参考答案光纤通信课后习题答案 第一章习题参考答案 1、第一根光纤是什么时候显现的？其损耗是多少？答：第一根光纤大约是1950 年显现的；传输损耗高达1000dB/km 左右；2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系；答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组 成；系统中光发送机将电信号转换为光信号,并将生成的光信号注入光纤 光缆,调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机,光接收机将光 纤送来的光信号仍原成原始的电信号,完成信号的传送；中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离；其次章 光纤和光缆 1光纤是

2、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；纤芯和包层是为满意导光的要求；涂覆层的作用是爱护光纤不受 水汽的腐蚀和机械擦伤,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）依据截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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；依据ITU

3、-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 n.r.n1 .n2r.a r.a .2.r.nm.1.2.n.r.a.nc渐变型光纤的折射率分布r.a r.a 7匀称光纤纤芯和包层的折射率分别为 度 L=10Km；试求：（ 1）光纤的相对折射率差 ；（ 2）数值孔径 NA；（ 3）如将光纤的包层和涂敷层去掉, ； 解：（1）. n1-n2

4、2n12221.52.1.452. .3.3% 22.1.5 （ 2）NA.n12.1.5.2.0.033 . 0.39 n1=1.50,n2=1.45,光纤的长求裸光纤的 NA 和相对折射率差（ 3）如将光纤的包层和涂敷层去掉,就相当于包层的折射率 n2=1,就.n1-n2 2n12221.52.12. .28.1% 22.1.5 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - NA.n12.1.2.0.2 .8 11. 1 2 而 NA.sin.0 最大为 1,所以说只要光纤端面的入射角在 90O 以内,就可以在光纤中形成全

5、反射；8已知阶跃型光纤,纤芯折射率 工作波长 0=1.31 m,试求：n1=1.50,相对折射率差 =0.5%,（ 1）保证光纤单模传输时,光纤的纤芯半径 a 应为多大？（ 2）如 a=5 m,保证光纤单模传输时,n2 应如何挑选？解：（1）由于是阶跃型光纤,所以归一化截止频率 Vc2.405；. V. 2.0n1a2.2.405 .2.4051.31.m. a.0.3.34.m.2.n12.2.1.50.2.0.5%2.405 2.（ 2）如 a=5 m,保证光纤单模传输时,.2.2.405.0.na.2. .1 .n1-n2 V.0n1a2.2.405 2n1222.2.4051.31.m

6、.1.50.5.m.2.2.0.22% .0.22% . n2.n1.2.1.5.2.0.22%.1.4967 第三章 光纤的传输特性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 ；解：设输入端光功率为 P1,输出端的光功率为 P2；就 P12P2 光纤的损耗系数 .2P10P110lg.lg2.0.3.dB/km. LP210kmP2 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5匀称光纤纤芯和包层的折射率分别为 度 L=10km；试求：（ 1）子午光线的最大时延差；

7、n1=1.50,n2=1.45,光纤的长（ 2）如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） .M.L C1.LLn1.n1.1. CC.n2.n1 .10km.1.50.1.50.1.1.72.s. .3.105km.1.45. （ 2）如将光纤的包层和涂敷层去掉,就 n2=1.0 .M.LLn1.n1.1. .CCC1n1L .10km.1.50.1.50.1.25.s. .3.105km.1.0. 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 n1=1.47,n2=1.45,使用工作波长为 1.31 m,光源的谱线宽度 3nm,材料色散系数 Dm6p

8、s/nm km,波导色散 w0,光纤的带宽距 离指数 0.8；试求：（ 1）光纤的总色散；（ 2）总带宽和单位公里带宽；解：（1）.M.2km.1.47.1.47.Ln1.n1.1.1.135.2.ns. .5.C.n2.3.10km/s. 1.45. .m.Dm.L.6ps/nm.km.3nm.2km.36.ps. .总.M2.m.w2 .22.0.0362.135.2.ns. （ 2）BT.0.441 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - . .0.441 .3.26.MHz. 135.2ns0.8 B.BT.L

9、.3.26.2 .5.68.MH. z 第四章习题参考答案 4.光纤耦合器的作用是什么？答：光纤耦合器的作用是将光信号进行分路、合路、插入、安排；6.简述系统对波分复用器与解复用器要求的异、同点；答：系统对波分复用器与解复用器共同的要求是：复用信道数量要足 够多、插入损耗小、串音衰减大和通带范畴宽；波分复用器与波分解复用 器的不同在于：解复用器的输出光纤直接与光检测器相连,芯径与数值孔 径可以做得大些,因此制造低插入损耗的解复用器并不太难；而复用器的输出光纤必需为传输光纤,不能任意加大芯径和数值孔径,而减小输入光纤的芯径和数值孔径,又会增加光源到输入光纤的 耦合损耗,所以复用器的插入损耗一般比

10、较大；7.光开关的种类有哪些？有哪些新的技术有待开发？答：光开关依据驱动方式可分为机械式光开关和非机械式光开关,根 据工作原理可分为机械式光开关、液晶光开关、电光式光开关和热光式光 开关；有哪些新的技术有待开发？建议依据当时的文献进行回答）入射光 起偏器 法拉第（随着材料、 技术的进展会有不同的答案,名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 旋转器 检偏器 反射光 第五章习题解答4、为什么应用单纵模LD光纤通信系统的传输速率远大于使用LED光纤通信系统的传输速率？答：由于单纵模 LD的谱线宽度比 LED的谱线宽度小得多,单

11、纵模 LD 的调制带宽比 LED的调制带宽大得多,所以单纵模 LD光纤通信系统的传 输速率远大于使用 LED光纤通信系统的传输速率；10、光调制方式有哪些？目前的数字光纤通信系统采纳的是数字调制 方式？仍是模拟调制方式？答：光调制方式主要依据光源与调制信号的关系及已调制信号的性质 两种方式分类；依据光源与调制信号的关系,可以将光源的调制方式分为 直接调制方式和外部（或间接）调制方式；依据已调制信号的性质,可以 将光源的调制方式分为模拟调制方式和数字调制方式；从调制的本质上来 说,目前的数字光纤通信系统采纳的是模拟调制方式；第六章习题解答 5、在 APD中,一般雪崩倍增作用只能发生于哪个区域？答

12、：高场区（即雪崩倍增区） ；9、APD的倍增因子是否越大越好？为什么？名师归纳总结 答：当 M<MOPT 时,随着 M 的增加,系统的信噪比（S/N）也随着第 6 页,共 10 页增大；当 M 增大到 MOPT 时,系统的信噪比（S/N）达到最大；假如M 再增大时,由于噪声功率N - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 的增加超过了信号功率 S的增加,使得系统的信噪比（S/N）开头变小；所以,在实际应用中倍增因子并不是越大越好,而是应当取正确值；11、主要有哪些类型的相干检测方式？答：非相干检测方式和相干检测方式；10. 喇曼光纤放大器的有哪些优缺点？

13、答： FRA具有以下优点；（ 1）增益波长由泵浦光波长打算,只要泵浦源的波长适当,理论上 可以得到任意波长的信号放大,增益谱调剂方式可通过优化配置泵浦光波长和强度来实现；这样的FRA就可扩展到 EDFA不能使用的波段,为波分复用进一步增加容量拓宽了空间；（ 2）增益介质可以为传输光纤本身,如此实现的FRA称为分布式放大,由于放大是沿光纤分布作用而不是集中作用,光纤中各处的信号光功率都比较小,从而可降低各种光纤非线性效应的影响,这一点与 EDFA相比优势相当明显,由于增益介质是光纤本身,即使泵浦源失效,也不会增加额外的损耗,而 EDFA只能放大它能放大的波段,对不能放大的波段由于光纤掺杂的作用会

14、大大增加信号光的损耗,将来假如进展到全波段,只能用波分复用器将信号分开,让它放大它只能放大的波段,其它波段就需要另外的光放大器；使得EDFA插入损耗小的优点消逝；在分布式FRA却能够在线放大,不需要引入其它介质；（ 3）噪声指数低,可提升原系统的信噪比；它协作 EDFA使用可大大提升传输系统的性能；降低输入信号光功率或增加中继距离；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - （ 4）喇曼增益谱比较宽, 在一般光纤上单波长泵浦可实现 40nm 范畴的有效增益,；假如采纳多个泵浦源,就可简单地实现宽带放大；（ 5）FRA的饱和功

15、率比较高,有利于提高信号的输出光功率；（ 6）喇曼放大的作用时间为飞秒（放大；FRA主要有以下缺点；1015s）级,可实现超短脉冲的（ 1）喇曼光纤放大器所需要的泵浦光功率高,分立式要用几瓦到几 十瓦,分布式要用到几百毫瓦,正是由于这些因素才限制了 FRA的进展；不过目前已经有了功率达几十瓦的高功率半导体激光器；不过目前价格仍比较昂贵；它也是打算FRA能否快速商品化的主要前提；（ 2）作用距离太长, 增益系数偏低, 分立式 FRA作用距离为几公里,放大可达 40dB,分布式喇曼放大器作用距离为几十到上百公里,增益只有几个 dB 到十几个 dB,这就打算了它只能适合于长途干线网的低噪声放大；（

16、3）对偏振敏锐,泵浦光与信号光方向平行时增益最大,垂直时增 益最小为 0,由于目前使用的一般光纤都不保偏,模式混扰的缘由使得表 现为增益偏振无关；11喇曼光纤放大器使用过程肯定要留意安全,我们在平常爱护过程 中应从哪几个方面引起留意？答：喇曼光纤放大器一般有几组不同波长高功率激光器同时泵浦,泵 浦总功率甚至超过 30dBm,所以在使用时特殊要留意光缆线路安全、外表 设备安全和人身安全；目前商用的喇曼放大器一般都是后向泵浦,泵浦光从信号光的输入名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 端反向输出,这与我们平常爱护其他设备完全

17、不同；后向泵浦光功率一般很高,超出了机房一般光功率计,包括光谱分析仪的测试范畴,不要试图直接测试泵浦光的输出功率；泵浦光波长在光纤里传输损耗较小,假如喇曼光纤放大器没有断开,100km 之外的光时域分析仪 （OTDR）的光检测器件完全可能被烧毁；裸眼短时间可容忍的激光功率为 1mW,400mW 的漫反射光都可能对人眼造成损害,无论机房爱护仍是光缆施工,都不要去直视或使 用显微镜观看带有激光的光纤端面；连接喇曼光纤放大器的尾纤端面要求为 APC或更低反射损耗端面,而且要保证端面清洁,否就会烧毁尾纤,尾纤的弯曲半径过小同样会烧毁尾纤；接近喇曼放大器端至少 25km 里 的光缆固定熔接点要求熔接质量

18、良好,否就会烧坏熔接点或者降低喇曼光纤放大器的增益；第 8 章习题参考答案 2、光复用技术主要有哪些种类？它们如何实现信道间互不干扰？答：光复用技术主要有：光波分复用技术、光时分复用技术、光副载 波复用技术和光码分复用技术；光波分复用技术是在发送端将不同波长的光信号组合起来,并耦合到 光缆线路上的同一根光纤中进行传输,不同波长之间互不干扰；光时分复用技术是在发送端的同一载波波长上,把时间分割成周期性 的帧,每一帧再分割成如干个时隙,然后依据肯定的时隙安排原就,使每 个信源在每帧内只能按指定的时隙向信道发送信号,接收端在同步的条件下,分别在各个时隙中取回各自的信号而不混扰；名师归纳总结 - -

19、- - - - -第 9 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 光副载波复用技术的每个信道具有不同的副载波频率,占据光载波附 近光谱的不同部分,从而保证各信道上信号互不干扰；光码分复用技术是不同信道的信号用互成正交的不同码序列来填充,经过填充的信道信号调制在同一光波上在光纤信道中传输,接收端用与发 送方向相同的码序列进行相关接收,由于采纳的是正交码,相关接收时不 会产生相互干扰；29、有效面积为40 m 的单模光纤,长50km,在 1550nm 波特长的损耗为 0.2dB/km,如非线 20 性折射率 n2=3.2 10m/w,在入射功率为 起的非线性相移为多少？2（提示： |E| P/Aeff）解：自相位调制引起的非线性相移：5dBm 时,自相位调制引0.5 先将 5dBm 换成 mw,P 10mw 3.162 mw 2272 |E| P/Aeff3.162mw/40 m7.9 10w/m .3.2.10 .NLn2k0LE 29.4O 2.20.2.37.50.10.7.9.10=0.512弧度 .61.55.10 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 10 页