发布时间 : 星期二 文章光纤习题详解(word)更新完毕开始阅读3548dc7af5335a8102d22081
2
Chap.1 No.1 光纤通信有哪些优点？ ? 参见1.2.1。 3
Chap.1 No.2
比较五代光纤通信系统的主要特点与差别。
? 参见1.1，注意各代系统在传输容量和关键技术上的区别。 4
Chap.1 No.3
为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm三种。 ? 参见1.3.2，由于目前使用的光纤均为石英光纤，而石英光纤的损耗－波长特性
中有三个低损耗的波长区，即波长为850nm、1310nm、1550nm三个低损耗区。为此光纤通信系统的工作波长只能是选择在这三个波长窗口。 5
Chap.2 No.1 光纤产生衰减的原因是什么？衰减对通信有什么影响？……则该光纤的衰减系数α为多少？
? 光纤产生衰减的原因包括吸收、散射和辐射。衰减会导致信号功率损失，造成接收困难。 ? α (1550nm)＝10lg(Pin/Pout)/L=10lg(4/3)/5≈0.25dB/km 6
Chap.2 No.2 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？
? 瑞利散射是由于光纤内部的密度不均匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均
匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。
? 光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变
了传输方向，产生了散射。瑞利散射损耗的大小与
1/?4 成正比。
7
Chap.2 No.3 光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？
? 光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频率成分和不同模式成分的群速
度不同而引起的传输信号畸变的一种物理现象。
? 色散会导致传输光脉冲的展宽，继而引起码间干扰，增加误码。对于高速率长距
离光纤通信系统而言，色散是限制系统性能的主要因素之一。 8
Chap.2 No.4 光纤中色散有几种？单模传输光纤中主要是什么色散？多模传输光纤中主要存在什么色散？
? 从产生机理而言，光纤中的色散主要包括材料色散、波导色散和模式间色散。
1
? 单模光纤中主要是波导色散； ? 多模光纤中主要是模式间色散。
? 注：偏振模色散可以理解为是特殊的模式色散，但在速率较低的系统中影响较小。 9
Chap.2 No.5 单模光纤的基本参数截止波长，模场直径的含义是什么？ ? 截止波长、模场直径的概念和含义分别参见2.4.1和2.4.2。 10
Chap.2 No.6 目前光纤通信为什么只选用以下三个波长段：λ＝850nm，λ＝1310nm，λ＝1550nm？
? 因为目前使用的光纤材料是石英（SiO2），而石英光纤在850nm、1310nm和1550nm
三处具有较小的传输损耗，适宜作为传输窗口。所以目前的光纤通信系统基本上都使用这三个波长。 11
Chap.2 No.7 何谓模式截止？光纤单模传输的条件是什么？单模光纤中传输的是什么模式？其截止波长为多大？阶跃折射率光纤中线性极化模LP11模对应的是什么矢量模？ ? 对每一个传播模来说，在包层中它应该是衰减很大，不能传输。如果一个传播模，
在包层中不衰减，也就是表明该模是传过包层而变成了辐射模，则就认为该传播模被截止了。所以一个传播模在包层中的衰减常数W=0时，表示导模截止。 ? 单模光纤传输条件：归一化频率V≤2.405
? 单模光纤中传输的是LP01模，对应的矢量模是HE11模。 ? 截止波长由下式计算
?c?22?an12?n22.405
? LP11模对应的矢量模是TE01，TM01，HE21。 12
Chap.2 No.8 由光源发出的λ＝1.31μm的光，……光纤中导模的数量为多少？若……其导模的数量为多少？
? 根据归一化频率计算公式 ? V＝8.85
? 根据p.47 公式2-137和2-138 ? 计算可得 ?
2V2
对于阶跃型，导模数量为
2
? 13
Chap.2 No.9 一光线在离折射率分布为……，求（1）光线入射点的数值孔径；（2）理论最大数值孔径。
? 参见2.5.2，最大理论数值孔径为 ?
? 入射点处局部数值孔径为
2V4
对于渐变型，导模数量为
NAt,max?n2(0)?n2(a)
NA(r)?n2(r)?n2(a)
14
Chap.2 No.10 某阶跃折射率光纤的参数为……试问该入射光线在光纤中是成为传导模还是辐射模？为什么？
? 此题包括光在空气与纤芯分界面以及纤芯与包层分界面两次反射，可以先由纤芯
/包层分界面全反射条件求出临界角，再利用三角关系计算入射角，或直接利用公式 ? ? 将n1＝1.5，n2＝1.485代 入 ? 可知，最大接收角为12.22°，而入射角大于临界角，所以入射光纤不满足全反射条件，
不能传输，是辐射模。
2n0sin?a?n12?n2
15
Chap.2 No.12 已知光纤参数为：n1＝1.45，Δ＝0.01，λ＝1.31μm，估算光纤的模场直径。 ? 参见2.4.2，可知数值孔径的均值为
NAt=n12Δ=0.205
16
Chap.2 No.13 光谱线宽度为1.5nm的光脉冲经过长为20km，色散系数为3ps/km·nm的单模光纤传输后，光脉冲被展宽了多少？
? 根据色散系数的定义可知，此情况下光脉冲的展宽为 ? 1.5nm×3ps/km·nm×20km=90nm。 17
Chap.2 No.14 为什么G.653光纤不适合于波分复用系统使用？
3
? 参见2.6.4和2.6.5，由于G.653光纤在1550nm工作波长处具有最低色散（零色
散），多信道（波分复用）系统使用时易引起四波混频效应，影响系统的性能，所以G.653光纤不适合于波分复用系统使用。 18 Chap.3 No.1 比较半导体激光器和发光二极管的异同。半导体激光器（LD）有哪些特性？半导体发光二极管（LED）有那些特性？
? LD和LED都可以用作通信光源。LD原理是受激辐射，而LED是自发辐射。 ? LD是阈值器件，需要较完善的驱动和外围电路，其发出的光谱线窄，适宜于高
速率系统；
? LED没有阈值，结构简单，但其谱线较宽，适用于要求较低的场合。 19
Chap.3 No.2 为什么LD要工作在正向偏置状态？何谓激光器的阈值电流？激光器的阈值电流与激光器的使用温度、使用时间有什么关系？
? LD加正向偏置电压用以克服PN结中自建场的影响，从而降低势垒，以形成粒
子数反转分布。
? 激光器阈值电流指满足克服谐振腔内损耗而产生激光的最小的外加激励电流。 ? 激光器的阈值电流与温度和使用时间成正比关系。 20
Chap.3 No.3 半导体激光器输出的光脉冲为什么会产生驰张振荡和暂态过击现象？这两种现象有何危害？如何消除这两种现象？
? 详见光发送电路部分，重点理解注入电流信号与阈值电子密度和光子密度之间的
关系，以及由此产生的驰张振荡和暂态过击现象。
? 解决方法是实现在光源电路中加入偏置电流，其选取原则是略小于阈值电流。 21
Chap.3 No.4 已知半导体材料GaAs的Eg＝1.43eV，InGaAsP的Eg=0.96eV，分别求由这两种材料组成的半导体激光器的发射波长。 ? 可由 hf??E ? 计算出对应的光频率，其中h为普郎克常量，然后再将频率换算至对应的光波长。 22
Chap.3 No.5 目前光纤通信中为什么普遍采用双异质结结构的条形半导体激光器作为光源？比较增益波导型和折射率波导型两种条形激光器各有什么特点？
? 异质结和同质结结构激光器在阈值电流密度上存在较大差别，参见3.1.1。 ? 增益波导型和折射率波导型激光器的区别参见3.1.1。
4