光纖通信基本理論

1、光纖通信基本理論 第四章 光纖通信基本理論一、填空題1光纖通信中所使用的光纖是截面很小的可繞透明長絲，它在長距離內(nèi)具有(束縛)和傳輸光的作用。2光具有波粒二像性，既可以將光看成光波，也可以將光看作是由光子組成的(粒子流)。3波動光學(xué)是把光纖中的光作為經(jīng)典(電磁場)來處理。4光纖色散是指由于光纖所傳輸?shù)男盘柺怯刹煌l率成分和不同模式成分所攜帶的，由于不同頻率成分和不同模式成分的傳輸速度不同，從而導(dǎo)致(信號畸變)的一種物理現(xiàn)象。5在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，色散使(光脈沖)發(fā)生展寬。6波導(dǎo)色散主要是由光源的光譜寬度和光纖的(幾何結(jié)構(gòu))所引起的。7、光纖的非線性可以分為兩類，即受激散射效應(yīng)和（折射率擾動）

2、。8當(dāng)光纖中的非線性效應(yīng)和色散(相互平衡)時，可以形成光孤子。9單模光纖的截止波長是指光纖的第一個(高階模)截止時的波長。10單模光纖實際上傳輸兩個(相互正交)的基模。11、光纖通信是以（光波）為載頻，以光纖為（傳輸媒介）的通信方式。12、目前光纖通信在（1550nm）波段附近的損耗最小。13、（數(shù)值孔徑）表征了光纖的集光能力。14、G653光纖又稱做色散位移光纖是通過改變折射率的分布將(1310)nm附近的零色散點(diǎn)，位移到(1550)nm附近，從而使光纖的低損耗窗口與零色散窗口重合的一種光纖。15、G655在1530-1565nm之間光纖的典型參數(shù)為：衰減<（0.25）dB/k

3、m;色散系數(shù)在(1-6ps/nm·km)之間。16、克爾效應(yīng)也稱作折射率效應(yīng)，也就是光纖的折射率n隨著光強(qiáng)的變化而變化的（非線性）現(xiàn)象。17、在多波長光纖通信系統(tǒng)中，克爾效應(yīng)會導(dǎo)致信號的相位受其它通路功率的（調(diào)制），這種現(xiàn)象稱（交叉相位調(diào)制）。18、當(dāng)多個具有一定強(qiáng)度的光波在光纖中混合時，光纖的（非線性）會導(dǎo)致產(chǎn)生其它新的波長，就是（四波混頻）效應(yīng)。19、G652光纖有兩個應(yīng)用窗口，即1310nm和1550nm,前者每公里的典型衰耗值為（0.34dB）,后者為（0.2dB）。20、單模光纖的（模場直徑）是作為描述單膜光纖中光能集中程度的度量。二、單項選擇題1將光纖的低損耗和低色散區(qū)做

4、到1 4501 650 rim波長范圍，則相應(yīng)的帶寬為( B)THz。A.25 B25 C5.0 D502階躍光纖中的傳輸模式是靠光射線在纖芯和包層的界面上( B )而使能量集中在芯子之中傳輸。A半反射 B全反射 C全折射 D半折射3多模漸變折射率光纖纖芯中的折射率是( A )的。A連續(xù)變化 B恒定不變 C間斷變化 D基本不變4目前，光纖在( B )nm處的損耗可以做到02dBkm左右，接近光纖損耗的理論極限值。A1050 B1550 C2050 D25505石英光纖材料的零色散系數(shù)波長在( B )nm附近。A127 B1270 C227 D22706普通石英光纖在波長( A )nm附近波導(dǎo)色

5、散與材料色散可以相互抵消，使二者總的色散為零。A1310 B2310 C3310 D43107、非零色散位移單模光纖也稱為(D )光纖，是為適應(yīng)波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)設(shè)計和制造的新型光纖。AG652 BG653 CG654 DG6558、G.652光纖可以將2.5 Gbit/s速率的信號無電再生中繼傳輸至少（ C ）公里左右。A、200 B、400 C、600 D、8009、由于SPM隨長度而積累，因而是采用G652光纖的單波長系統(tǒng)的基本非線性損傷，門限功率大約為（ A ）dBm。A、18 B、28 C、38 D、4810、光纖通信的波段在電磁波譜中的（ A ）區(qū)。A、 近紅外 B、 遠(yuǎn)紅外 C、

6、可見光 D、 紫外線11、一路數(shù)字電話所占用的帶寬為（ C ）。A、4Kbit/s B、16Kbit/sC、64Kbit/s D、256Kbit/s12、用來描述傳輸系統(tǒng)可靠性的參數(shù)是 （ D ）A、傳輸數(shù)率 B、頻帶利用率 C、轉(zhuǎn)換效率 D、誤碼率13、單波光纖通信限制中繼距離的主要因素是（ C ）A、數(shù)值孔徑和模場直徑 B、纖芯直徑和包層直徑C、 衰減和色散 D、受激散色和克爾效應(yīng)14、光時域反射儀工作原理是根據(jù)光纖傳輸中的（ A ）理論來實現(xiàn)其相關(guān)功能。A、瑞利散射 B、拉曼散射 C、布里淵散射 D、克爾效應(yīng)15、表征光纖集光能力的光學(xué)參數(shù)為（ A ）A、數(shù)值孔徑 B、包層直徑 C、模場

7、直徑 D、纖芯不圓度16、ITU-T命名色散位移單模光纖為（ B ）光纖。A、 G.652 B、G.653 C、G. 654 D、G.65517、ITU-T命名非零色散位移單模光纖為（ D ）光纖。A、 G.652 B、G.653 C、G.654 D、G.655三、多項選擇題1根據(jù)光纖橫截面折射率分布的不同，常用的光纖可以分成( AB )。A階躍光纖 B漸變光纖 C單模光纖 D多模光纖 2光纖的損耗因素主要有本征損耗、( ABCD )和附加損耗等。A.制造損耗 B連接損耗 C耦合損耗 D散射損耗3光纖通信所使用的低損耗窗口是( AC )和1310nm波段。A850 nm波段 B1050nm波段

8、 C1550 nm波段 D2650 nm波段4根據(jù)色散產(chǎn)生的原因，光纖色散的種類主要可以分為( ABC )。A模式色散 B材料色散 C波導(dǎo)色散 D偏振模色散5單模光纖可以分為( ABCD )。A非色散位移單模光纖 B色散位移單模光纖C截止波長位移單模光纖 D非零色散位移單模光纖6、光纖是由（ ABC ）構(gòu)成的圓柱介質(zhì)光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。A、纖心 B、包層C、涂敷層 D、緩沖層7、光纖分類若按光纖傳導(dǎo)電磁波模式數(shù)量可分為（ AB ）。A、單模光纖 B、多模光纖 C、石英光纖 D、套塑光纖8、G.653光纖可以在1550nm波長的工作區(qū)毫無困難地開通長距離（AD）系統(tǒng)，是最佳的應(yīng)用于單波長遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓饫w

9、。A、10Gbit/s B、14 Gbit/s C、17 Gbit/s D、20 Gbit/s9、若按光纖橫截面的折射率分類光纖可分為（ CD ）。A、單模光纖 B、多模光纖 C、階越光纖 D、漸變光纖10、光纖通信系統(tǒng)主要是由（ ABC ）構(gòu)成的。A、光纖 B、光源 C、光檢測器 D、光信號11、克爾效應(yīng)也稱作折射率效應(yīng)，在理論上，克爾效應(yīng)能夠引起下面不同的非線性效應(yīng)，即（ABC）。A、自相位調(diào)制 B、交叉相位調(diào)制 C、四波混頻 D、受激散射效應(yīng)12、光纖衰減常數(shù)的常用測量方法有：（ BCD ）。A、近場掃描法 B、 剪斷法 C、插入損耗法 D、背向散射法13、不是描述光纖的傳輸特性的參數(shù)為

10、（ ABD ）A、數(shù)值孔徑 B、包層直徑 C、衰減 D、纖芯不圓度14、光纖的受激散射效應(yīng)是指（ BC ）。A、瑞利散射 B、喇曼散射 C、布里淵散射 D、微彎散射15、引起光纖損耗的因素有（ABCD）A、吸收損耗 B、散射損耗 C、彎曲損耗 D、微彎損耗四、判斷題1光纖是圓截面介質(zhì)波導(dǎo)。()2.在多模階躍光纖的纖芯中，光按曲線傳輸，在纖芯和包層的界面上光發(fā)生反射。 (×)3在漸變光纖中，光射線的軌跡是直線。(X)4.光纖的折射率分布采取雙曲正割函數(shù)的分布，所有的子午射線具有完善的自聚焦性質(zhì)。() 5材料色散引起的脈沖展寬與光源的光譜線寬和材料色散系數(shù)成正比。()6.偏振模色散是由于

11、實際的光纖總是存在一定的不完善性，使得沿著兩個不同方向偏振的同一模式的相位常數(shù)不同，從而導(dǎo)致這兩個模式傳輸不同步，形成色散。()7在高強(qiáng)度電磁場中光纖對光的響應(yīng)會變成線性。(×)8.四波混頻是指由2個或3個不同波長的光波混合后產(chǎn)生新的光波的現(xiàn)象。()9為了保證單模傳輸，光纖的芯徑較小，一般其為410?m。()10、由于光纖雙折射的存在，將引起光波的偏振態(tài)沿光纖長度發(fā)生變化。()11、按照ITU-T建議,2M信號的允許頻偏范圍是±50ppm。 （）12、描述光纖的傳輸特性的參數(shù)為衰減和色散。（）13、描述光纖的幾何特性的參數(shù)為纖芯不圓度和包層不圓度。（）14、 在1310nm

12、附近損耗值是0.34dB/km左右, 而色散趨于零的單模光纖為G.652光纖。（）15、在光纖通信系統(tǒng)中可以采用光的頻分復(fù)用的方法來提高系統(tǒng)的傳輸容量。（）16、一根光纖可以完成光信號的雙向傳輸。（）17、一根光纖中實現(xiàn)兩個方向光信號的同時傳輸，兩個方向的光信號應(yīng)安排在不同波長上。（）18、纖雙向傳輸不允許單根光纖攜帶全雙工通路。（×）19、光波是一種高頻電磁波，不同波長（頻率）的光波復(fù)用在一起進(jìn)行傳輸，彼此之間相互作用，將產(chǎn)生四波混頻（FWM）。（）20、射的結(jié)果將導(dǎo)致WDM系統(tǒng)中短波長通路產(chǎn)生過大的信號衰減，從而限制了通路數(shù)。（）21、利用低色散光纖也可以減少SPM對系統(tǒng)性能的影

13、響。（）22、發(fā)生拉曼散射的結(jié)果將導(dǎo)致WDM系統(tǒng)中短波長通路產(chǎn)生過大的信號衰減，從而限制了通路數(shù)。()23、在G.652光纖的1550nm窗口處，光纖的色散系數(shù)D為正值，光載波的群速度與載波頻率成正比。()24、激光器的功率過大會在光纖中產(chǎn)生非線性效應(yīng)。 ( )25、多模光纖通信的工作波長是在短波長波段，即波長為850nm。( )26、PCM傳輸方式是指脈沖編碼調(diào)制時分多路復(fù)用方式。( )27、單模光纖通信的工作波長是在長波長波段，即波長為1310或1550nm。( )28、通信光纖的工作波長越長，其固有損耗越小。( )29、風(fēng)扇故障或機(jī)房溫度過高，設(shè)備散熱不好會導(dǎo)致傳輸設(shè)備出現(xiàn)大量誤碼或業(yè)務(wù)

14、中斷。( )30、非線性折射率和色散的相互作用，可以使光脈沖得以壓縮，當(dāng)二者相互平衡時，可以形成光孤子。( )五、簡答 題1簡述光纖通信的特點(diǎn)。答：(1)頻帶寬，通信容量大；(2)傳輸損耗低，無中繼距離長；(3)抗電磁干擾；(4)光纖通信串話小，保密性強(qiáng)，使用安全；(5)體積小，重量輕，便于敷設(shè)；(6)材料資源豐富。2簡述漸變光纖的折射率分布。答：漸變光纖橫截面的折射率分布，包層的折射率是均勻的，而在纖芯占中折射率則隨著纖芯的半徑的加大而減小，是非均勻、且連續(xù)變化的。3簡述光纖材料色散的定義及其引起的原因。答：由于光纖材料的折射率是波長入的非線性函數(shù)，從而使光的傳輸速度隨波長的變化而變化，由此

15、而引起的色散叫材料色散。材料色散主要是由光源的光譜寬度所引起的。由于光纖通信中使用的光源不是單色光，具有一定的光譜寬度，這樣，不同波長的光波傳輸速度不同，從而產(chǎn)生時延差，引起脈沖展寬。4.解釋什么是單模光纖的偏振色散 ？答：所謂單模光纖，實際上傳輸兩個相互正交的基模，在完美的光纖中，這兩個模式有相同的相位常數(shù)，是互相兼并的。但實際光纖會有橢圓變形和制造過程中的殘余應(yīng)力等問題，這些因素使得兩正交基模的傳播常數(shù)不相等，這種現(xiàn)象叫做光纖的雙折射，由于雙折射，兩模式的群速度不同，從而引起偏振色散。5.解釋什么是光通信中的斯托克頻率？答：當(dāng)一定強(qiáng)度的光入射到光纖中時，會引起光纖材料的分子振動，低頻邊帶稱

16、斯托克斯線，高頻邊帶稱反斯托克斯線，前者強(qiáng)度強(qiáng)于后者，兩者之間的頻差稱為斯托克斯頻率。6.簡述光通信中的受激拉曼散射效應(yīng)答：當(dāng)兩個頻率間隔恰好為斯托克斯頻率的光波同時入射到光纖時，低頻波將獲得光增益，高頻波將衰減，高頻波的能量將轉(zhuǎn)移到低頻波上，這就是所謂的受激拉曼散射（SRS）。7.在理論上，光通信中的克爾效應(yīng)能夠引起哪些不同的非線性效應(yīng)？答：在理論上，克爾效應(yīng)能夠引起下面三種不同的非線性效應(yīng)，即自相位調(diào)制（SPM）、交叉相位調(diào)制（XPM）和四波混頻（FWM）。六、論述題1闡述光纖受激散射效應(yīng)的定義、表現(xiàn)形式及其主要區(qū)別。(1)定義。受激散射效應(yīng)是光通過光纖介質(zhì)時，有一部分能量偏離預(yù)定的傳播方

17、向，且光波的頻率發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為受激散射效應(yīng)。(2)表現(xiàn)形式。受激散射效應(yīng)表現(xiàn)形式有兩種，即受激布里淵散射和受激拉曼散射。這兩種散射都可以理解為一個高能量的光子被散射成一個低能量的光子， 同時產(chǎn)生一個能皎為兩個光子能量差的另一個能量子。(3)主要區(qū)別。兩種散射的主要區(qū)別在于受激拉曼散射的剩余能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣忸l聲子，而受激布里淵散射轉(zhuǎn)變?yōu)槁曨l聲子；光纖中的受激布里淵散射只發(fā)生在后向，受激拉曼散射主要是前向。受激布里淵散射和受激拉曼散射都使得入射光能量降低，在光纖中形成一種損耗機(jī)制在較低光功率下，這些散射可以忽略。當(dāng)入射光功率超過一定閾值后，受激散射效應(yīng)隨入射光功率成指數(shù)增加。2闡述光纖的折射率

18、擾動所引起的各種非線性效應(yīng)。答：折射率擾動主要引起自相位調(diào)制(SPM)、交叉相位調(diào)制(XPM)、四波混頻(FWM)和光孤子形成四種非線性效應(yīng)。(1)自相位調(diào)制。自相位調(diào)制是指光在光纖內(nèi)傳輸時光信號強(qiáng)度隨時間的變化對自身相位的作用。它導(dǎo)致光譜展寬，從而影響系統(tǒng)的性能。(2)交叉相位調(diào)制。交叉相位調(diào)制是任一波長信號的相位受其他波長信號強(qiáng)度起伏的調(diào)制產(chǎn)生的。交叉相位調(diào)制不僅與光波自身強(qiáng)度有關(guān)，而且與其他同時傳輸?shù)墓獠ǖ膹?qiáng)度有關(guān)，所以交叉相位調(diào)制總伴有自相位調(diào)制。交叉相位調(diào)制會使信號脈沖譜展寬。(3)四波混頻。四波混頻是指由2個或3個不同波長的光波混合后產(chǎn)生新的光波的現(xiàn)象。其產(chǎn)生原因是某一波長的入射光會改變光纖的折射率，從而在不同頻率處發(fā)生相位調(diào)制，產(chǎn)生新的波長。四波混頻對于密集波分復(fù)用(DWDM)光纖通信系統(tǒng)影響較大，成為限制其性能的重要因素。(4)光孤子形成。非線性折射率和色散問的相互作用，可以使光脈沖得以壓縮變窄。當(dāng)光纖中的非線性效應(yīng)和色散相互平衡時，可以形成光孤子。光孤子脈沖可以在長距離傳輸過程中，保持形狀和脈寬不變。3、闡述受激拉曼散射與受激布里淵散射的區(qū)別。答：從現(xiàn)象上看，SBS類型于SRS，只是SBS涉及聲子振動，而非分子振動。然