光纤通信,聂兵_习题答案

1.1什么是光纤通信？简述光纤通信的发展历程？ 解：光纤通信是以光波作为传输信息的载波以光纤作为光纤通信是以光波作为传输信息的载波、以光纤作为

第章习题第一章习题

传输介质的一种通信方式。也就是说，光纤通信是将待传送的语音、图像和数据等信号调制在光载波上，然后通过光纤进行传输的一种通信方式。光纤进行传输的种通信方式 光纤通信的发展粗略分为如下几个阶段(1)第一阶段(1966-1976年),从基础研究到商业应用的开发时期。段(1966 1976年)从基础研究到商业应用的开发时期在这个时期，实现了短波长(0.85μm)低速率(45140Mb/s)多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。 (2)第二阶段(1976-1986年),这是以提高传输速率和 )第阶段年)这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长发展到长波长(1.31μm和1.55μm),实现了工作波长为 1.31μm、传输速率为140-565Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为10-50km。(3)第三阶段(1986-1996无中继传输距离为10 50k (3)第三阶段(1986 1996年),这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期在这个时期，实现了技术研究的时期。在这个时期，实现了1.55μm色散移位单μ色散移位单模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达2.510Gb/s,无中继传输距离可达100-150km。(4)第四阶段 (1996年-至今),开展研究光纤通信新技术。采用光放大 (1996年至今)开展研究光纤通信新技术采用光放大器增加中继距离和采用波分复用增加传输容量。现在 10Gb/s、40Gb/s的系统也已商用化。

1.2光纤通信为什么能够成为一种主要的通信方式？ 解：光纤通信能够成为现代的主要通信方式，是归因于光纤通信具有以下突出的优点：①通信速率高(单波长速率已达 10Gb/s以上),传输容量大(光波具有很高的频率，约 1014H Hz,一根光纤可同时传输几十个波长);②损耗低(单模根光纤可同时传输几十个波长)②损耗低(单模已低达0.2dB/km)、传输距离远(中继距离可达50-100Km);③抗干扰能力强(抗强电、雷电和核辐射干扰),保密性好 (光纤由石英玻璃制成，由于是绝缘材料，不受电磁场干扰；在光纤中传输的光泄漏非常微弱);④质量轻(是传输相同信息量电缆重量的1/10-1/30),体积小(是相同容量电缆外信息量电缆重量的1/10 1/30)体积小(是相同容量电缆外径的1/3-1/4),敷设方便；⑤耐腐蚀，耐高温(石英玻璃熔 点在2000 C以上),

可在恶劣环境中工作，寿命长；⑥节约金属材料，有利于资源合理使用(制造同轴电缆和波导管的金属材料有利资合使制造轴电缆波导管的铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；而制造光纤的石英(SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料)

1.3光纤通信系统的组成主要包括哪些部分？试画出简图予以说明。画出简图予以说明 解：

光纤通信系统的基本组成包括：光纤、光发送器、光光纤通信系统的基本组成包括光纤光发送器光接收器、光中继器以及适当的连接器件等。其中：光发送器的功能是将来自用户端的电信号转换成为光信号，然后入射到光纤内传输。它一般由驱动电路、光源和调制器构成；光接收器的功能是将光纤传送过来的光信号还原成为电信号，然后送往用户端。它一般由光电检测器、解调器、电信号然后送往用户端它一般由光电检测器解调器放大器和相关电路组成；光中继器是用来增大光的传输距离，它将经过光纤传输后有较大衰减和畸变的光信号变成没有衰减和畸变的光信号，再继续输入光纤内传输。没有衰减和畸变的光信号再继续输入光纤内传输

第二章习题

2 1按照光纤的射线传输理论，光纤是利用 2.1什么方式传导光的？ 解：若光线从光密介质n1射向光疏介质n2时，当入射角θ时当入射角θ1满足关系θ1≥θc=arctan n2/n1时，将产生全反射，光纤是利用光的全反射特性来导光的。

2.2什么是单模光纤？常用的单模光纤有哪些？各自的特点是什么各自的特点是什么？ 解：单模光纤(SMF)是纤芯内只传输一个最低模式的

光波，纤芯直径很小(几个微米),适合大容量、长距离通信。多模光纤(MMF)是纤芯内传输多个模式的光离通信多模光纤是纤芯内传输多个模式的光波，纤芯直径较大(50微米左右),仅用于中小容量、中短距离通信。 ITU-T规定的单模光纤包括：G.652光纤，又称常规单模光纤，其色散零点在1310nm附近，而在1550nm处的衰减最低，但色散较大，价格较低，技术成熟，是世界上应用量最大的光纤；G.653光纤，又称色散位移光纤，将色散零点位移到1550nm附近，在光纤的最低损耗波长将色散零点位移到1550nm附近在光纤的最低损耗波长处的色散系数几乎为零，对于单波长系统无疑是最好的，但在多波长系统中，由于零色散会导致严重的四波混频现象，故不能支持波分复用系统，处于被市场淘汰的现现象故不能支持波分复用系统处于被市场淘汰的现状；G.654光纤又称截止波长位移光纤，在1550nm波长具有极小的衰减0.2dB/km,主要用于远距离无中

继海底通信系统中，制造困难，价格高；G.655光纤又称非零色散位移光纤，它在1550nm波长处有最小损耗和较小的色散值，专门为新一代密集波分复用系统设计和制造。散值专门为新一代密集波分复用系统设计和制造

2 3什么是光纤的数值孔径？一阶跃型光纤纤 2.3什么是光纤的数值孔径？阶跃型光纤，纤芯折射率为1.5,相对折射率差 =1%,求光纤的数值孔径。数值孔径 解：光纤端面临界入射角的正弦值，称为数值孔解光纤端面临界射角的值称为数值孔径(NA)。由于光纤端面上小于或等于临界入射角的入射光才可以在光纤内传输，故NA表示光纤采光能力的大小。NA越大，则光纤与光源或其它光纤的耦合就越容易。但NA过大会增加或其它光纤的耦合就越容易但NA过大会增加光纤传输损耗，故NA应适当取值。

NA n1 2 1.5 2 0.01 0.21

2.4阶跃型光纤的纤芯折射率是1.5,包层折射率阶光纤纤折射率层折射率是1.498,工作波长为1310nm,当纤芯直径为多大时为单模传输？ 解：单模传输的工作条件是归一化频率V满足， 2 2 0 V 2.4048 V a n12 n2 此时光纤内只含有基模。

2.5什么是光纤的损耗？若光纤的损耗为 2.5dB/km,入纤光功率为1μW,经过20km传输 2 5dB/km,入纤光功率为1μW,经过20km传输后光功率为多少？ 解：光纤的损耗即指光信号经过一定距离的光纤传输后光纤的损耗即指光信号经过定距离的光纤传输后要产生衰减，光信号幅度减小，其损耗机理包括：吸收损耗，由于制造光纤材料本身以及其中的过渡金属离子 (如铁、钴、镍、铜、锰、铬等)和氢氧根离子(OH (如铁钴镍铜锰铬等)和氢氧根离子(OH-)等杂质对光的吸收而产生的损耗。散射损耗，由于光纤材料密度的微观变化以及各成分浓度不均匀，使得光纤中出现折射率分布不均匀，从而引起光的瑞利散射，将一部分光功率散射到光纤包层或外部。辐射损耗，在成纤后产生的损耗，主要是由于光纤受到弯曲和微弯曲所纤后产生的损耗主要是由于光纤受到弯曲和微弯曲所产生的，即光纤从直线部分进入弯曲部分时传导模变成了辐射模，使部分光渗透到包层中或穿过包层外泄，因而造成光损耗。 10 Pi dB/ km 光纤损耗系数定义为 a ( ) L lg P o

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