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出现的？其损耗是多少？答：第一根光纤大约是1950年出现的。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还原成原始的电信号，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。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渐变型光纤的折射率分布7均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n1=1.50，n2=1.45，光纤的长度L=10Km。试求：（1）光纤的相对折射率差；（2）数值孔径NA；（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的NA和相对折射率差。解：（1） （2） （3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则相当于包层的折射率n2=1，则而最大为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反射。8已知阶跃型光纤，纤芯折射率n1=1.50，相对折射率差=0.5%，工作波长0=1.31m，试求：（1）保证光纤单模传输时，光纤的纤芯半径a应为多大？（2）若a=5m，保证光纤单模传输时，n2应如何选择？解：（1）因为是阶跃型光纤，所以归一化截止频率Vc2.405；（2）若a=5m，保证光纤单模传输时， 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。则P12P2光纤的损耗系数5均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n1=1.50，n2=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。解：（1）（2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则n2=1.06一制造长度为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1.31m，光源的谱线宽度3nm，材料色散系数Dm6ps/nmkm，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） （2）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、分配。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围宽。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须为传输光纤，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：光开关根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？（随着材料、技术的发展会有不同的答案，建议根据当时的文献进行回答）入射光反射光起偏器法拉第旋转器检偏器第五章习题解答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：因为单纵模LD的谱线宽度比LED的谱线宽度小得多，单纵模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用的是数字调制方式？还是模拟调制方式？答：光调制方式主要按照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。根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；根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用的是模拟调制方式。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：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？答：当MMOPT时，随着M的增加，系统的信噪比（S/N）也随着增大；当M增大到MOPT时，系统的信噪比（S/N）达到最大；如果M再增大时，由于噪声功率N的增加超过了信号功率S的增加，使得系统的信噪比（S/N）开始变小。所以，在实际应用中倍增因子并不是越大越好，而是应该取最佳值。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？答：FRA具有以下优点。（1）增益波长由泵浦光波长决定，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，增益谱调节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，因为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，因为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大大增加信号光的损耗，将来如果发展到全波段，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，其它波段则需要另外的光放大器。使得EDFA插入损耗小的优点消失。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。它配合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。（4）喇曼增益谱比较宽，在普通光纤上单波长泵浦可实现40nm范围的有效增益，；如果采用多个泵浦源，则可容易地实现宽带放大。（5）FRA的饱和功率比较高，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（1015s）级，可实现超短脉冲的放大。FRA主要有以下缺点。（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，正是因为这些因素才限制了FRA的发展。不过目前已经有了功率达几十瓦的高功率半导体激光器。不过目前价格还比较昂贵。它也是决定FRA能否迅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，这就决定了它只能适合于长途干线网的低噪声放大。（3）对偏振敏感，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，由于目前使用的普通光纤都不保偏，模式混扰的原因使得表现为增益偏振无关。11喇曼光纤放大器使用过程一定要注意安全，我们在平时维护过程中应从哪几个方面引起注意？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，所以在使用时特别要注意光缆线路安全、仪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端反向输出，这与我们平时维护其他设备完全不同。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围，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，如果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伤害，无论机房维护还是光缆施工，都不要去直视或使用显微镜观察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，否则会烧毁尾纤，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良好，否则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，每一帧再分割成若干个时隙，然后根据一定的时隙分配原则，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。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，由于采用的是正交