光纤通信第一、二章复习

光纤通信第一、二章复习一、填空：1、通信系统的容量通常用比特率·距离积表示，对于光纤通信系统，若仅从光纤的角度考虑，容量受色散限制。2、G.652光纤有两个低损耗传输窗口，分别为1.3μm与1.55μm。3、多模光纤的色散主要是模间色散和模内色散，单模光纤色散主要包括：(1)模内色散，(2)偏振模色散。4、在阶跃折射率分布光纤中，只传输单模的条件是归一化频率V小于2.405，此单模为HE11模。5、在光纤通信系统中，光功率通常用dBm来表示，如果耦合进光纤中的光功率为-13dBm，则相当于0.05mW光功率。6、光纤从横截面上看由3部分组成，即：(1)纤芯，(2)包层，(3)涂层。7、光纤的数值孔径代表光纤的集光能力。8、光纤耦合器是实现光信号分路/合路的功能器件，是对同一波长的光功率进行分路/合路；波分复用/解复用器的功能是，将若干路不同波长的信号复合后送入同一根光纤中传送，或相反的作用。9、色散位移光纤与G.652光纤的不同之处是零色散波长移到1.55微米处，其目的是减小该窗口的色散。10、从通信的角度看，单模光纤与多模光纤在性能上的主要区别为单模光纤色散小。11、在光通信中，表征光纤性能的两个主要参数是（1）损耗，（2）色散。12、非零色散位移光纤与色散位移光纤的区别是零色散波长偏离1.55微米波段，其目的是减小非线性效应。13、渐变折射率分布多模光纤相对于阶跃折射率分布多模光纤的优点是模间色散小。14、在光纤通信系统中，光功率通常用dBm来表示，单模光纤中为避免产生非线性效应，要求光纤中总功率不超过50mW，则相当于17dBm。15、大有效面积光纤的优点是可以减小非线性效应。16、在1.55m窗口，单从色散角度考虑，应选择色散位移光纤（非零色散位移光纤或色散位移光纤），但同时考虑四波混频影响，应选择非零色散位移光纤。17、单模光纤的群速度色散导致的光脉冲展宽与（1）光源线宽及（2）光纤长度有关。18、从光纤的集光能力考虑，希望数值孔径越大（添“大”或“小”）越好，而从通信速率角度考虑，则希望数值孔径越小（添“大”或“小”）越好。19、单模光纤除群速度色散外，还有（1）偏振模色散及（2）高阶色散，后者一般只在高速系统中才考虑。20、渐变折射率分布光纤同普通多模光纤相比，可以减小模间色散，进而提高通信容量。24、光纤损耗主要包括：材料吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。21、光纤是一种具有非线性效应的介质，请举出其中的两种：受激拉曼散射，受激布里渊散射（或克尔效应）。22、群速度色散补偿的方法有：（1）在线补偿，使用色散补偿光纤，（2）后补偿，使用色散元件，（3）前补偿，预啁啾补偿。23、大有效面积光纤的优点是可以减小非线性效应。二、计算题（10分）（光速C=3×108米/秒）1、某阶跃折射率分布光纤的纤芯折射率为n1=1.5，包层与纤芯的相对折射率差Δ=0.003，纤芯直径2a=7μm，试问：(1)该光纤的第一高次模的截止波长λc=？(2)当分别用波长为λ1=0.85μm及λ2=1.3μm的光波激励该光纤时，能否实现单模传输？解：(1)由NA=(n12-n22)1/2≈n1·(2Δ)1/2可以得到：归一化频率V=(2π/λ)·a·n1·(2Δ)1/2<2.405，可得第一高次模的截止波长为；λc=(2π/2.405)·a·n1·(2Δ)1/2=1.06μm(2)因为λ1=0.85μm<λc，所以不能实现单模传输；而λ2=1.3μm>λc，所以可以实现单模传输。2、某多模光纤，纤芯直径2a=50μm，纤芯折射率为n1=1.450，包层折射率为n2=1.448，则：(1)传输10Km时的最大允许比特率是多少？(2)计算光纤的最大接收角。(3)当工作波长为λ=1.55μm时，可激励多少个模式？解：(1)相对折射率差Δ=(n1-n2)/n1=0.00138，则当L=10Km时，由于多径色散引起的最大时差为；ΔT=(L/c)·(n12/n2)·Δ=66.8ns，则传输最大允许比特率B=1/ΔT=15.0Mbit/s(2)相对折射率差Δ=(n1-n2)/n1=0.00138；数值孔径NA=n1·(2Δ)1/2=0.076；则最大接收角θimax=sin-1(NA)=4.35°；(3)当工作波长为λ=1.55μm时，归一化频率V=(2π/λ)·a·n1·(2Δ)1/2=7.7,则可激励的模式数为：M=(1/2)·V2≈29。3、某阶跃折射率光纤的纤芯折射率为n1=1.5，纤芯直径2a=9μm，试问：当用波长为λ=1.3μm的光波激励该光纤时，为实现单模传输，包层折射率值应为多大？解：由归一化频率V=(2π/λ)·a·n1·(2Δ)1/2<2.405，可得包层折射率n2=1.49592。如果不用NA近似方程，则1.49591。4、某多模光纤，纤芯直径2a=50μm，纤芯折射率为n1=1.450，包层折射率为n2=1.448，则：(1)计算光纤的数值孔径；(2)当传输速率为15.0Mbit/s时，最大允许的传输距离是多少？解：(1)数值孔径NA=n1·(2Δ)1/2=0.076；(2)相对折射率差Δ=(n1-n2)/n1=0.00138，当B=1/ΔT=15.0Mbit/s时，利用ΔT=(L/c)·(n12/n2)·Δ，可得最大传输距离为L=10Km。5、光谱线宽度为0.1nm的光脉冲经过长为200km、色散常数为17ps/(nm·km)的单模光纤传输后：(1)光脉冲被展宽了多少？(2)为不产生码间干扰所限制的最大传输速率为多少？解：λ?=?DLT=340ps；最大传输速率为B=1/ΔT=2.94Gbit/s。6、某阶跃折射率分布光纤的纤芯折射率为n1=1.50，包层折射率为n2=1.49，现有一光波在光纤端面轴线处以15?的入射角进入光纤，试问该入射光线能否成为传导模？解：数值孔径NA=(n12-n22)1/2=0.172；则最大接收角θimax=sin-1(NA)=9.95°,15°入射时不能成为传导模。7、某阶跃折射率光纤的纤芯折射率为n1=1.5，纤芯直径2a=9μm，试问：当用波长为λ=1.3μm的光波激励该光纤时，为实现单模传输，包层折射率值应为多大？解：由?=221anVλπ=2.405，得n2=1.4959三、论述分析题（10分）1、请分析光纤连接中产生插入损耗的原因。答：光纤芯径、数值孔径不一致，端面与光轴不垂直，光轴不平行，光纤错位等。2、光纤通信技术已经历了五个发展阶段，请简述各阶段系统的特点。答：第一代，0.8μm波段，多模光纤，通信容量低；第二代，1.3μm波段，单模光纤，色散小，损耗低，通信容量提高；第三代，1.55μm波段，单模光纤，色散较小，损耗最低，通信容量显著提高；第四代，波分复用与光放大器结合，通信容量显著提高。第五代，光孤子通信，使用光纤色散与非线性效应，使光脉冲保形传输，可实现高速率传输。3、多模光纤中的不同模式之间的差异体现在哪些方面？答：光纤中的模式是由于光纤这种传输介质的边界条件形成的。不同模式在横向上体现为能量分布不同，在纵向上体现为传播常数不同，即不同模式携带的光传播速度不同。纵向看传播常数不同，色散不同；横向看，能量分布形式不同。4、色散和损耗对通信