光纤通信基础模考试题与答案

光纤通信基础模考试题与答案一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分。在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内，错选、多选或未选均不得分。）1.光纤通信中常用的光载波波长范围主要位于（）。A.可见光波段B.近红外波段C.紫外波段D.X射线波段2.阶跃型光纤中，光能量主要在（）中传输。A.包层B.涂覆层C.纤芯D.护套3.单模光纤的归一化频率V应满足（）。A.V＞2.405B.V＜2.405C.V＝0D.V＞104.下列哪种色散仅存在于多模光纤中？（）A.材料色散B.波导色散C.模间色散D.偏振模色散5.光纤损耗最低的波长窗口通常位于（）。A.850nmB.1310nmC.1550nmD.650nm6.目前光纤通信中常用的光检测器是（）。A.LED和LDB.PIN和APDC.EDFA和SOAD.LCD和CCD7.下列光源中，发光相干性较好、谱线较窄的是（）。A.LEDB.LDC.白炽灯D.气体放电灯8.EDFA的工作波长范围主要覆盖（）。A.850nmB.1310nmC.1530～1565nmC波段D.可见光波段9.光纤数值孔径NA越大，表示光纤（）。A.集光能力越强B.损耗越大C.色散越小D.带宽越宽10.相对折射率差Δ增大时，多模光纤中的模式数量会（）。A.减少B.不变C.增加D.先增后减11.在单模光纤中，材料色散和波导色散合成的色散称为（）。A.模间色散B.色度色散C.偏振模色散D.偏振相关损耗12.光接收机的灵敏度是指（）。A.接收机能够处理的最大光功率B.在保证一定误码率条件下所需的最小平均光功率C.接收机的动态范围上限D.光检测器产生的暗电流13.波分复用（WDM）技术的主要目的是（）。A.降低光纤损耗B.减小色散C.提高单纤传输容量D.增加光源功率14.光纤弯曲半径过小时，会产生（）。A.瑞利散射损耗B.弯曲辐射损耗C.红外吸收损耗D.紫外吸收损耗15.下列哪项不属于光纤通信系统的基本组成部分？（）A.光发送机B.光接收机C.光纤光缆D.微波天线16.光发送机中，完成电光转换的核心器件是（）。A.光检测器B.光源C.光放大器D.光衰减器17.在数字光纤通信系统中，误码率是指（）。A.传输的码元总数与错误码元数之比B.错误码元数与传输的码元总数之比C.接收光功率与发送光功率之比D.信号功率与噪声功率之比18.渐变型多模光纤相对于阶跃型多模光纤的主要优点是（）。A.制造更简单B.模间色散较小C.数值孔径更大D.损耗为零19.光隔离器在光纤通信系统中的作用是（）。A.放大光信号B.只允许光单向传输C.分波合波D.消除色散20.瑞利散射损耗系数与光波长λ的关系约为（）。A.与λ成正比B.与λ成反比C.与λ的四次方成反比D.与λ的平方成正比二、多项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分。在每小题列出的五个备选项中至少有两个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内，错选、多选、少选或未选均不得分。）1.光纤通信的主要优点包括（）。A.传输容量大B.抗电磁干扰能力强C.中继距离长D.保密性好E.原材料资源丰富2.下列属于光纤损耗来源的有（）。A.瑞利散射B.红外吸收C.弯曲损耗D.连接损耗E.模间色散3.关于半导体激光器（LD）与发光二极管（LED）的比较，正确的有（）。A.LD输出光谱较窄B.LED输出功率较大C.LD调制带宽较高D.LED温度稳定性较好E.LD为受激发射，LED为自发发射4.下列哪些属于无源光器件？（）A.光耦合器B.光隔离器C.EDFAD.光纤连接器E.光环行器5.色散会使数字光纤通信系统产生（）。A.脉冲展宽B.误码率增加C.带宽增加D.相邻脉冲重叠E.信噪比提高6.关于单模光纤，下列说法正确的有（）。A.纤芯直径一般比多模光纤小B.不存在模间色散C.只传输一个基模D.在1310nm附近色度色散可能接近零E.一定没有材料色散7.光接收机中，光检测器的主要性能指标包括（）。A.响应度B.暗电流C.带宽D.量子效率E.光纤衰减系数8.下列哪些技术可以用于提高单根光纤的传输容量？（）A.波分复用B.时分复用C.偏振复用D.高阶调制格式E.增加光纤损耗9.影响光纤通信系统中继距离的主要因素有（）。A.光纤损耗B.色散C.光源输出功率D.接收机灵敏度E.连接器损耗10.关于光放大器，下列说法正确的有（）。A.EDFA属于掺铒光纤放大器B.光放大器可以同时放大多个波长信号C.SOA是半导体光放大器D.光放大器会引入自发辐射噪声E.光放大器只能放大单模光纤中的信号三、填空题（本大题共20空，每空1分，共20分。请将正确答案填写在题中横线上。）1.光纤主要由______、______和涂覆层三部分组成。2.光纤通信中常用的三个低损耗窗口中心波长分别是850nm、______nm和______nm。3.阶跃型光纤的相对折射率差Δ的近似表达式为Δ＝______。4.光纤数值孔径的表达式为NA＝______。5.归一化频率V的表达式为V＝______。6.阶跃型多模光纤中模式数量M近似为M≈______。7.光纤损耗系数α的计算公式为α＝______（单位：dB/km），其中L为光纤长度，P_in和P_out分别为输入、输出光功率。8.单模光纤的归一化截止频率约为______。9.光发送机中的光源主要有______和______两类。10.光接收机中的光检测器主要有______和______两类。11.EDFA的中文名称是______。12.光纤通信系统中，将多个不同波长的光信号合并到一根光纤中传输的技术称为______。13.瑞利散射损耗系数与波长λ的四次方成______比。14.在数字光纤通信系统中，接收机灵敏度是指在保证一定______条件下所需的最小平均光功率。15.光纤连接器插入损耗的常用单位是______。四、简答题（本大题共5小题，每小题4分，共20分。）1.简述光纤通信系统的基本组成，并说明各部分的主要功能。2.说明光纤中产生损耗的主要机理，并指出影响光纤损耗的主要因素。3.比较阶跃型多模光纤、渐变型多模光纤和单模光纤在色散特性上的区别。4.什么是波分复用（WDM）？简述其优点。5.简述光接收机灵敏度和动态范围的含义。五、计算与分析题（本大题共4小题，每小题5分，共20分。）1.一段光纤长10km，输入光功率为2mW，输出光功率为0.2mW。求该光纤的总损耗（dB）和平均损耗系数（dB/km）。2.某阶跃型多模光纤，纤芯折射率n₁＝1.50，包层折射率n₂＝1.48，纤芯半径a＝25μm，工作波长λ＝1310nm。试计算：（1）相对折射率差Δ；（2）数值孔径NA；（3）归一化频率V；（4）该光纤中传输的模式数量M（近似）。3.某单模光纤通信系统，工作波长1550nm，光纤损耗系数α＝0.20dB/km，每千米熔接损耗平均为0.05dB/km，线路两端活动连接器损耗共1.0dB，系统富余度M＝6dB。光发送机平均入纤功率P_s＝0dBm，光接收机灵敏度P_r＝-32dBm。试求损耗限制下的最大中继距离L。4.某单模光纤系统工作波长1550nm，光纤色散系数D＝17ps/(nm·km)，光源谱宽Δλ＝0.1nm，系统传输速率为10Gbit/s。若允许由色散引起的脉冲展宽不超过比特周期的25%，试求色散限制下的最大传输距离L。参考答案与解析一、单项选择题答案及解析1.B。光纤通信常用波长范围为0.8～1.6μm，属于近红外波段。2.C。阶跃型光纤中，光能量主要在纤芯中传输。3.B。单模光纤的归一化频率V应满足V＜2.405。4.C。模间色散仅存在于多模光纤中，由不同模式传播速度不同引起。5.C。1550nm窗口光纤损耗最低，约为0.2dB/km。6.B。常用光检测器为PIN光电二极管和雪崩光电二极管APD。7.B。LD为受激发射，相干性好，谱线窄。8.C。EDFA工作波长主要覆盖1530～1565nm的C波段。9.A。数值孔径NA越大，光纤集光能力越强。10.C。相对折射率差Δ增大，归一化频率V增大，模式数量增加。11.B。单模光纤中材料色散与波导色散合称色度色散。12.B。灵敏度是在保证一定误码率条件下所需的最小平均光功率。13.C。波分复用主要目的是提高单纤传输容量。14.B。弯曲半径过小会产生弯曲辐射损耗。15.D。光纤通信系统基本组成不包括微波天线。16.B。光发送机中完成电光转换的核心器件是光源。17.B。误码率是错误码元数与传输码元总数之比。18.B。渐变型多模光纤模间色散较小，带宽较高。19.B。光隔离器只允许光单向传输。20.C。瑞利散射损耗系数与波长λ的四次方成反比。二、多项选择题答案及解析1.ABCDE。光纤通信具有传输容量大、中继距离长、抗电磁干扰、保密性好、原材料资源丰富等优点。2.ABCD。模间色散引起脉冲展宽，不属于光纤损耗。3.ACDE。LED输出功率一般低于LD，B错误。4.ABDE。EDFA属于有源光器件。5.ABD。色散使脉冲展宽、误码增加，不会增加带宽。6.ABCD。单模光纤仍存在材料色散和波导色散，E错误。7.ABCD。光纤衰减系数是光纤参数，不是光检测器性能指标。8.ABCD。增加光纤损耗不能提高传输容量。9.ABCDE。光纤损耗、色散、光源功率、接收机灵敏度和连接器损耗均影响中继距离。10.ABCD。光放大器并非只能放大单模光纤中的信号，E错误。三、填空题答案1.纤芯；包层2.1310；15503.Δ≈（或精确定义Δ4.N5.V=或6.M7.α8.2.4059.发光二极管（LED）；半导体激光器（LD）10.PIN光电二极管；雪崩光电二极管（APD）11.掺铒光纤放大器12.波分复用（WDM）13.反14.误码率（BER）15.dB四、简答题答案1.光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、光中继器或光放大器、光接收机以及监控管理系统等组成。光发送机完成电信号到光信号的转换，并对光源进行调制；光纤光缆作为传输媒质，将光信号从发送端传送到接收端；光中继器或光放大器用于补偿光信号在传输过程中的衰减，延长传输距离；光接收机完成光信号到电信号的转换，并对信号进行放大、整形和判决恢复；监控管理系统用于对系统性能进行监测、控制和维护。2.光纤损耗的主要机理包括吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗。吸收损耗分为本征吸收和杂质吸收，本征吸收包括紫外吸收和红外吸收，杂质吸收主要由OH⁻离子等引起；散射损耗主要是瑞利散射，由光纤中微观折射率不均匀引起；弯曲损耗包括宏弯损耗和微弯损耗。影响光纤损耗的主要因素有材料成分、工作波长、光纤结构、制造工艺、弯曲半径以及连接和耦合状态等。3.阶跃型多模光纤中各模式传播速度不同，存在严重的模间色散，传输带宽较小；渐变型多模光纤纤芯折射率按近似抛物线分布，各模式群速度得到补偿，模间色散明显减小，带宽提高；单模光纤纤芯直径小，只传输一个基模，不存在模间色散，色散主要由材料色散、波导色散和偏振模色散构成，带宽最大。4.波分复用是将多路不同波长的光信号经合波器合并到一根光纤中传输，在接收端经分波器分离的技术。其优点包括：充分利用光纤的低损耗带宽资源；可同时传输多种速率和格式的信号，透明性好；扩容灵活，增加波长即可增加容量；与光放大器配合可实现长距离大容量传输；节省光纤资源，降低系统成本。5.光接收机灵敏度是指在规定误码率（如BER＝10⁻⁹）条件下，接收机所需的最小平均接收光功率，通常用dBm表示。动态范围是指接收机在满足一定误码率要求时，允许输入光功率的最大值与最小值之差，反映接收机适应不同光功率变化的能力。灵敏度绝对值越大，接收性能越好；动态范围越宽，系统适应能力越强。五、计算与分析题答案1.已知P_in＝2mW，P_out＝0.2mW，L＝10