光纖通信課后習(xí)題解答第5章光源與光發(fā)送機習(xí)題解答

第二章光纖和光纜 1．光纖是由哪幾部分組成的？各部分有何作用？ 答：光纖是由折射率較高的纖芯、折射率較低的包層和外面的涂覆層組成的。 纖芯和包層是為滿足導(dǎo)光的要求；涂覆層的作用是保護光纖不受水汽的侵蝕和機械 擦傷，同時增加光纖的柔韌性。 2．光纖是如何分類的？階躍型光纖和漸變型光纖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將光纖分為階躍型光纖和漸變型光 纖；按光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可以將光纖分為多模光纖和單模光纖；按光纖的工 作波長可以將光纖分為短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖；按照itu-t關(guān)于 光纖類型的建議，可以將光纖分為g.651光纖（漸變型多模光纖）、g.652光纖（常 規(guī)單模光纖）、g.653光纖（色散位移光纖）、g.654光纖（截止波長光纖）和g.655 （非零色散位移光纖）光纖；按套塑（二次涂覆層）可以將光纖分為松套光纖和緊

思考題參考答案 1、sdh幀由哪幾部分組成？sdh有哪些顯著特點？ 答：sdh幀由凈負(fù)荷，管理單元指針和段開銷三部分組成。 sdh主要優(yōu)點有：高度標(biāo)準(zhǔn)化的光接口規(guī)范、較好的兼容性、靈活的分插功能、 強大的網(wǎng)絡(luò)管理能力和強大的自愈功能。其缺點有：頻帶利用率不如pdh高、設(shè)備復(fù)雜性 增加、網(wǎng)管系統(tǒng)的安全性能要求高。 2、根據(jù)幀結(jié)構(gòu)，計算stm-1、stm-4的標(biāo)稱速率。 解：stm-1的標(biāo)稱速率： 一幀的比特數(shù)：9×270×8＝19440（比特），傳送一幀所用時間為125μs，故標(biāo)稱 速率為：19440/(125×10－6)＝155520（kb/s）。 stm-4的標(biāo)稱速率： stm-4幀為9行，270×4列，傳送一幀所用時間為125μs?？梢钥闯鰏tm-4的列(zhòng)n數(shù)是stm－1的4倍，其余都一樣，所以：stm－4的標(biāo)稱速率為：15

第二章光纖和光纜 1．光纖是由哪幾部分組成的各部分有何作用 答：光纖是由折射率較高的纖芯、折射率較低的包層和外面的涂覆層組成的。 纖芯和包層是為滿足導(dǎo)光的要求；涂覆層的作用是保護光纖不受水汽的侵蝕和機械 擦傷，同時增加光纖的柔韌性。 2．光纖是如何分類的階躍型光纖和漸變型光纖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將光纖分為階躍型光纖和漸變型光 纖；按光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可以將光纖分為多模光纖和單模光纖；按光纖的工 作波長可以將光纖分為短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖；按照itu-t關(guān)于 光纖類型的建議，可以將光纖分為光纖（漸變型多模光纖）、光纖（常規(guī)單模光纖）、 光纖（色散位移光纖）、光纖（截止波長光纖）和（非零色散位移光纖）光纖；按套 塑（二次涂覆層）可以將光纖分為松套光纖和緊套光纖。 （2）階躍型光纖的折射率分布　 2 1 arn ar

第1章 1.光通信的優(yōu)缺點各是什么？ 答：優(yōu)點有：通信容量大；傳輸距離長；抗電磁干擾；抗噪聲干擾；適應(yīng)環(huán)境；重量輕、安 全、易敷設(shè)；保密；壽命長。 缺點：接口昂貴；強度差；不能傳送電力；需要專用的工具、設(shè)備以及培訓(xùn)；未經(jīng)受長 時間的檢驗。 2.光通信系統(tǒng)由哪幾部分組成，各部分功能是什么？ 答：通信鏈路中最基本的三個組成部分是光發(fā)射機、光接收機和光纖鏈路。各部分的功能參 見1.3節(jié)。 3.假設(shè)數(shù)字通信系統(tǒng)能夠在載波頻率1%的比特率下工作，試問在5ghz的微波載波和1.55 μm的光載波上能傳輸多少路64kb/s的音頻信道？ 答：5ghz×1％/64k＝781路 （3×108/1.55×10-6）×1％/64k＝3×107路 4.sdh體制有什么優(yōu)點？ 答：主要為字節(jié)間插同步復(fù)用、安排有開銷字節(jié)用于性能監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)管理，因此更加適合高

第六章光電檢測器與光接收機 118 習(xí)題解答 1、在光纖通信系統(tǒng)中，使用最多的光電檢測器有哪些？它們分別使用于什么場合？ 答：在光纖通信系統(tǒng)中，使用最多的光電檢測器包括pinpd和apd兩種，它們分別使用 于短距離小容量光纖通信系統(tǒng)和長距離大容量光纖通信系統(tǒng)。 2、光電檢測器是在什么偏置狀態(tài)下工作的？為什么要工作在這樣的狀態(tài)下？ 答：光電檢測器工作于負(fù)偏置狀態(tài)。只有工作于負(fù)偏置狀態(tài)，才能使材料的受激吸收占據(jù) 主導(dǎo)地位，從而完成光電變換功能。 3、在pinpd中，i層半導(dǎo)體材料的主要作用是什么？ 答：通過擴展受激吸收的區(qū)域提高光電變換的效率及通過一定的內(nèi)建電場提高器件的響應(yīng) 速度。 4、簡述pinpd的工作原理。 答：當(dāng)光照射到pin光電二極管的光敏面上時，會在整個耗盡區(qū)及耗盡區(qū)附近產(chǎn)生受激輻 射現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電子空穴對。在外加電場作用下，這種光生載流子運動到電極

第七章光放大器 復(fù)習(xí)思考題答案 1．光放大器在光纖通信中有哪些重要用途？ 答：（1）利用光放大器代替原有的光電光再生中繼器，能夠大幅度延長系統(tǒng)傳輸距離。 （2）在波分復(fù)用系統(tǒng)中，它一方面可以同時實現(xiàn)多波長的低成本放大，另一方面，可 以補償波分復(fù)用器，波分解復(fù)用器、光纖光纜等無源器件帶來的損耗。 （3）光放大器在接入網(wǎng)中使用，可以補償由于光分支增加帶來的損耗，使得接入網(wǎng)服 務(wù)用戶增加，服務(wù)半徑擴大。 （4）光孤子通信必須依靠光放大器放大光信號，使光脈沖能量大到可以在光纖中滿足 孤子傳輸條件，從而實現(xiàn)接近無窮大距離的電再生段傳輸。 （5）光放大器在未來的光網(wǎng)絡(luò)中必將發(fā)現(xiàn)越來越多的新用途。 2．光放大器按原理可分為幾種不同的類型？ 答：光放大器按原理不同大體上有三種類型。 （1）摻雜光纖放大器，就是將稀土金屬離子摻于光纖纖芯，稀土金屬離子在泵浦源的 激勵下，能夠?qū)庑盘栠M行放大的一種放大器

1 1.一根數(shù)值孔徑為0.20的階躍折射率多模光纖在850nm波長上可以支持1000 個左右的傳播模式。試問： （a）其纖芯直徑為多少？ （b）在1310nm波長上可以支持多少個模式？ （c）在1550nm波長上可以支持多少個模式？ 解：（a）221/212 22 () aa vnnna，而 2 2v m 從而得到纖芯半徑：a=v/（2na）=30.25μm，則直徑為60.5μm （b） 2 2() 2 va mna*2，與波長的平方成反比 因此在1310nm上的模式數(shù)為m=（850/1310）2×1000=421 （c）在1550nm上的模式數(shù)為m=（850/1550）2×1000=300 2.階躍型光纖，若n1=1.5，λ0=1.31μm， （1）δ=0.25，為保證單模傳輸，光纖纖芯半徑a應(yīng)取多大？ （

第二章光纖和光纜 1．光纖是由哪幾部分組成的各部分有何作用 答：光纖是由折射率較高的纖芯、折射率較低的包層和外面的涂覆層組成的。 纖芯和包層是為滿足導(dǎo)光的要求；涂覆層的作用是保護光纖不受水汽的侵蝕和機械 擦傷，同時增加光纖的柔韌性。 2．光纖是如何分類的階躍型光纖和漸變型光纖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將光纖分為階躍型光纖和漸變型光 纖；按光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可以將光纖分為多模光纖和單模光纖；按光纖的工 作波長可以將光纖分為短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖；按照itu-t關(guān)于 光纖類型的建議，可以將光纖分為光纖（漸變型多模光纖）、光纖（常規(guī)單模光纖）、 光纖（色散位移光纖）、光纖（截止波長光纖）和（非零色散位移光纖）光纖；按套 塑（二次涂覆層）可以將光纖分為松套光纖和緊套光纖。 （2）階躍型光纖的折射率分布　 2 1 arn ar

第二章光纖和光纜 1．光纖是由哪幾部分組成的？各部分有何作用？ 答：光纖是由折射率較高的纖芯、折射率較低的包層和外面的涂覆層組成的。 纖芯和包層是為滿足導(dǎo)光的要求；涂覆層的作用是保護光纖不受水汽的侵蝕和機械 擦傷，同時增加光纖的柔韌性。 2．光纖是如何分類的？階躍型光纖和漸變型光纖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將光纖分為階躍型光纖和漸變型光 纖；按光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可以將光纖分為多模光纖和單模光纖；按光纖的工 作波長可以將光纖分為短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖；按照itu-t關(guān)于 光纖類型的建議，可以將光纖分為g.651光纖（漸變型多模光纖）、g.652光纖（常 規(guī)單模光纖）、g.653光纖（色散位移光纖）、g.654光纖（截止波長光纖）和g.655 （非零色散位移光纖）光纖；按套塑（二次涂覆層）可以將光纖分為松套光纖和

1 1．光放大器包括哪些種類？簡述它們的原理和特點。edfa有哪些優(yōu)點？ 答：光放大器包括半導(dǎo)體光放大器、光纖放大器（由可分為非線性光 纖放大器和摻雜光纖放大器）。 1）半導(dǎo)體光放大器 它是根據(jù)半導(dǎo)體激光器的工作原理制成的光放大器。將半導(dǎo)體激光器 兩端的反射腔去除，就成為沒有反饋的半導(dǎo)體行波放大器。它能適合不同 波長的光放大，缺點是耦合損耗大，增益受偏振影響大，噪聲及串?dāng)_大。 2）光纖放大器 （1）非線性光纖放大器 強光信號在光纖中傳輸，會與光纖介質(zhì)作用產(chǎn)生非線性效應(yīng)，非線性 光纖放大器就是利用這些非線性效應(yīng)制作而成。包括受激拉曼放大器（sra） 和受激布里淵放大器（sba）兩種。 （2）摻雜光纖放大器（常見的有摻鉺和摻鐠光纖放大器） 在泵浦光作用下，摻雜光纖中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射， 從而使光信號得到放大。 edfa優(yōu)點：高增益、寬帶寬、低噪聲及放大波長正好是在光纖

1 1．光纖通信的優(yōu)缺點各是什么？ 答：優(yōu)點有：帶寬資源豐富，通信容量大；損耗低，中繼距離長；無 串音干擾，保密性好；適應(yīng)能力強；體積小、重量輕、便于施工維護；原 材料來源豐富，潛在價格低廉等。 缺點有：接口昂貴，強度差，不能傳送電力，需要專門的工具、設(shè)備 以及培訓(xùn)，未經(jīng)受長時間的檢驗等。 2．光纖通信系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的功能是什么？ 答：光纖通信系統(tǒng)由三部分組成：光發(fā)射機、光接收機和光纖鏈路。 光發(fā)射機由模擬或數(shù)字電接口、電壓—電流驅(qū)動電路和光源組件組成。 光源組件包括光源、光源—光纖耦合器和一段光纖（尾纖或光纖跳線）組 成。 模擬或數(shù)字電接的作用是實現(xiàn)口阻抗匹配和信號電平匹配（限制輸入 信號的振幅）作用。光源是led或ld，這兩種二極管的光功率與驅(qū)動電 流成正比。電壓—電流驅(qū)動電路是輸入電路與光源間的電接口，用來將輸 入信號的電壓轉(zhuǎn)換成電流以驅(qū)動光源。光源—光纖耦合器

1 1．光波從空氣中以角度133°投射到平板玻璃表面上，這里的1是入射 光與玻璃表面之間的夾角。根據(jù)投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反 射，另一部分發(fā)生折射，如果折射光束和反射光束之間的夾角正好為90°， 請問玻璃的折射率等于多少？這種玻璃的臨界角又是多少？ 解：入射光與玻璃表面之間的夾角133°，則入射角57i°，反射 角57r°。由于折射光束和反射光束之間的夾角正好為90°，所以折射 角33y°。 由折射定律sinsiniiyynn，10nni得到 33sin/67sinsin/sin1yiynn 69.1 其中利用了空氣折射率1in。這種玻璃的臨界角為 59.0 1.69 11arcsin yn 2．計算11.48n及21.46n的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑。如果光纖端面外介 質(zhì)折射率1.00n，則允許的最大入射角

1 1．計算一個波長為1m的光子能量，分別對1mhz和100mhz的無線電做 同樣的計算。 解：波長為1m的光子能量為 8 3420 6 310/ /6.63101.9910 10 c ms ehfhcjsj m 對1mhz和100mhz的無線電的光子能量分別為 34628 6.63101106.6310cehfjshzj 346266.6310100106.6310cehfjshzj 2．太陽向地球輻射光波，設(shè)其平均波長0.7m，射到地球外面大氣層的 光強大約為20.14/iwcm。如果恰好在大氣層外放一個太陽能電池，試計算 每秒鐘到達(dá)太陽能電池上每平方米板上的光子數(shù)。 解：光子數(shù)為 348 44416 6 0.146.6310310 1010103.9810

工程光學(xué)答案 第1頁共21頁 第一章習(xí)題 1、已知真空中的光速c＝3m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大樹膠（n=1.526）、 金剛石（n=2.417）等介質(zhì)中的光速。 解： 則當(dāng)光在水中，n=1.333時，v=2.25m/s, 當(dāng)光在冕牌玻璃中，n=1.51時，v=1.99m/s, 當(dāng)光在火石玻璃中，n＝1.65時，v=1.82m/s， 當(dāng)光在加拿大樹膠中，n=1.526時，v=1.97m/s， 當(dāng)光在金剛石中，n=2.417時，v=1.24m/s。 2、一物體經(jīng)針孔相機在屏上成一60mm大小的像，若將屏拉遠(yuǎn)50mm，則像的大小變?yōu)?0mm,求屏到針孔的初始距 離。 解：在同種均勻介質(zhì)空間中光線直線傳播，如果選定經(jīng)過節(jié)點的光線則方

光纖通信課后習(xí)題答案 第一章習(xí)題參考答案 1、第一根光纖是什么時候出現(xiàn)的？其損耗是多少？ 答：第一根光纖大約是1950年出現(xiàn)的。傳輸損耗高達(dá)1000db/km左右。 2、試述光纖通信系統(tǒng)的組成及各部分的關(guān)系。 答：光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)送機、光纖光纜、中繼器和光接收機組成。 系統(tǒng)中光發(fā)送機將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并將生成的光信號注入光纖光纜，調(diào)制過的光 信號經(jīng)過光纖長途傳輸后送入光接收機，光接收機將光纖送來的光信號還原成原始的電信 號，完成信號的傳送。 中繼器就是用于長途傳輸時延長光信號的傳輸距離。 3、光纖通信有哪些優(yōu)缺點？ 答：光纖通信具有容量大，損耗低、中繼距離長，抗電磁干擾能力強，保密性能好，體積小、 重量輕，節(jié)省有色金屬和原材料等優(yōu)點；但它也有抗拉強度低，連接困難，怕水等缺點。 第二章光纖和光纜 1．光纖是由哪幾部分組成的？各部分有何作用？ 答：光纖是由折射

1 習(xí)題一 1．光纖通信的優(yōu)缺點各是什么？ 答：優(yōu)點有：帶寬資源豐富，通信容量大；損耗低，中繼距離長；無串音干擾，保密性好；適應(yīng)能力強；體 積小、重量輕、便于施工維護；原材料來源豐富，潛在價格低廉等。 缺點有：接口昂貴，強度差，不能傳送電力，需要專門的工具、設(shè)備以及培訓(xùn)，未經(jīng)受長時間的檢驗等。 2．光纖通信系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的功能是什么？ 答：光纖通信系統(tǒng)由三部分組成：光發(fā)射機、光接收機和光纖鏈路。 光發(fā)射機由模擬或數(shù)字電接口、電壓—電流驅(qū)動電路和光源組件組成。光源組件包括光源、光源—光纖耦合 器和一段光纖（尾纖或光纖跳線）組成。 模擬或數(shù)字電接的作用是實現(xiàn)口阻抗匹配和信號電平匹配（限制輸入信號的振幅）作用。光源是led或ld， 這兩種二極管的光功率與驅(qū)動電流成正比。電壓—電流驅(qū)動電路是輸入電路與光源間的電接口，用來將輸入 信號的電壓轉(zhuǎn)換成電流以驅(qū)動光源。光源—光纖耦合器的作

1 第一章 1．光纖通信的優(yōu)缺點各是什么？ 答：優(yōu)點有：帶寬資源豐富，通信容量大；損耗低，中繼距離長；無 串音干擾，保密性好；適應(yīng)能力強；體積小、重量輕、便于施工維護；原 材料來源豐富，潛在價格低廉等。 缺點有：接口昂貴，強度差，不能傳送電力，需要專門的工具、設(shè)備 以及培訓(xùn)，未經(jīng)受長時間的檢驗等。 2．光纖通信系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的功能是什么？ 答：光纖通信系統(tǒng)由三部分組成：光發(fā)射機、光接收機和光纖鏈路。 光發(fā)射機由模擬或數(shù)字電接口、電壓—電流驅(qū)動電路和光源組件組成。 光源組件包括光源、光源—光纖耦合器和一段光纖（尾纖或光纖跳線）組 成。 模擬或數(shù)字電接的作用是實現(xiàn)口阻抗匹配和信號電平匹配（限制輸入 信號的振幅）作用。光源是led或ld，這兩種二極管的光功率與驅(qū)動電 流成正比。電壓—電流驅(qū)動電路是輸入電路與光源間的電接口，用來將輸 入信號的電壓轉(zhuǎn)換成電流以驅(qū)動光源。光源—光

光纖通信-光源及光發(fā)射機

第5章光纖通信

第一章光纖光學(xué)基礎(chǔ) 1．詳述單模光纖和多模光纖的區(qū)別（從物理結(jié)構(gòu)，傳播模式等方面） a：單模光纖只能傳輸一種模式，多模光纖能同時傳輸多種模式。單模光纖的折射 率沿截面徑向分布一般為階躍型，多模光纖可呈多種形狀。纖芯尺寸及纖芯和包層的折 射率差：單模纖芯直徑在10um左右，多模一般在50um以上；單模光纖的相對折射率 差在0.01以下，多模一般在0.01—0.02之間。 2．解釋數(shù)值孔徑的物理意義，并給出推導(dǎo)過程。 a:：na的大小表征了光纖接收光功率能力的大小，即只有落入以m為半錐角的錐 形區(qū)域之內(nèi)的光線，才能夠為光纖所接收。 3．比較階躍型光纖和漸變型光纖數(shù)值孔徑的定義，可以得出什么結(jié)論？ a：階躍型光纖的na與光纖的幾何尺寸無關(guān)，漸變型光纖的na是入射點徑向坐 標(biāo)r的函數(shù)，在纖壁處為0，在光纖軸上為最大。 4．相對折射率差的定義和物理意義。 a： 2

第一章光纖光學(xué)基礎(chǔ) 1．詳述單模光纖和多模光纖的區(qū)別（從物理結(jié)構(gòu)，傳播模式等方面） a：單模光纖只能傳輸一種模式，多模光纖能同時傳輸多種模式。單模光纖的折射 率沿截面徑向分布一般為階躍型，多模光纖可呈多種形狀。纖芯尺寸及纖芯和包層的折 射率差：單模纖芯直徑在10um左右，多模一般在50um以上；單模光纖的相對折射率 差在0.01以下，多模一般在0.01—0.02之間。 2．解釋數(shù)值孔徑的物理意義，并給出推導(dǎo)過程。 a:：na的大小表征了光纖接收光功率能力的大小，即只有落入以m為半錐角的錐 形區(qū)域之內(nèi)的光線，才能夠為光纖所接收。 3．比較階躍型光纖和漸變型光纖數(shù)值孔徑的定義，可以得出什么結(jié)論？ a：階躍型光纖的na與光纖的幾何尺寸無關(guān)，漸變型光纖的na是入射點徑向坐 標(biāo)r的函數(shù)，在纖壁處為0，在光纖軸上為最大。 4．相對折射率差的定義和物理意義。 a： 2

1 1-1光纖通信的優(yōu)缺點各是什么？ 答與傳統(tǒng)的金屬電纜通信、微波無線電通信相比，光纖通信具有如下優(yōu)點：(1)通信容量 大．首先，光載波的中心頻率很高，約為2x10^14hz，最大可用帶寬一般取載波頻率的 10%，則容許的最大信號帶寬為20000ghz(20thz)；如果微波的載波頻率選擇為20 ghz，相應(yīng)的最大可用帶寬為2ghz。兩者相差10000倍．其次，單模光纖的色散幾乎為 零，其帶寬距離（乘）積可達(dá)幾十ghz·km；采用波分復(fù)用（多載波傳輸）技術(shù)還可使 傳輸容量增加幾十倍至上百倍．目前，單波長的典型傳輸速率是10gb／s。，一個采用128 個波長的波分復(fù)用系統(tǒng)的傳輸速率就是1.28tb/s. (2）中繼距離長。中繼距離受光纖損耗限制和色散限制，單模光纖的傳輸損耗可小千0.2 db/km