光纖系統(tǒng)作業(yè)參考答案解析復(fù)習(xí)進(jìn)程

1、光纖系統(tǒng)作業(yè)參考答案解析復(fù)習(xí)進(jìn)程光纖系統(tǒng)作業(yè)參考答案解析第一章作業(yè)級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)話路數(shù)碼速（祖內(nèi)）備注32P302,045s6432kb/s二歡群120備礙二(珅X4+256)Z三友群48034.368=(4Bx4+57&)血卻列ms1920139.261=(3Mx4+)kb/s基胖24L544-(6xZ4+kb/s24二撫群966.312=(1544x44136)kb/s踏4S0(B)32.064(d3Ux445W)ks秦保仃境）44.736=(6312x7+552)kb/列四群1440(H)97.728=(32O&4)c3+3O9e)嵌1334(it90=(+4736x2+528)kb/&1、光

2、纖通信與電通信有什么不同？在光纖通信中起主導(dǎo)作用的部件是什么？光纖通信，就是用光作為信息的載體、以光纖作為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。起主導(dǎo)作用的是激光器和光纖。2、常規(guī)的光纖的三個(gè)的低損耗窗口是在哪個(gè)波段？其損耗值各為多少？850nm3db/km；1310nm0.4db/km；1550nm0.2db/km3、光纖通信有哪些優(yōu)點(diǎn)？（1）頻帶寬，通信容量大（2）損耗低，中繼距離長(zhǎng)（3）抗電磁干擾（4）無(wú)竄音干擾，保密性好（5）光纖線徑細(xì)，重量輕，柔軟（6）光纖原材料豐富，用光纖可節(jié)約金屬材料（7）耐腐蝕，抗輻射，能源消耗小4、PDH和SDH各表示什么？其速率等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是什么？PDH表示準(zhǔn)同步數(shù)字序列，

3、即在低端基群釆用同步，高次群復(fù)用釆用異步，SDH表示同步數(shù)字序列PDH速率標(biāo)準(zhǔn)SDH速率等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：STM-1:155.520Mbit/sSTM-4:622.080Mbit/sSTM-16:2.5Gbit/sSTM-64:10Gbit/s5、圖示光纖通信系統(tǒng)，解釋系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。輸入輸出光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)送機(jī)、光纖光纜與光接收機(jī)等基本單元組成。系統(tǒng)中包含一些互連與光信號(hào)處理部件，如光纖連接器、隔離器、調(diào)制器、濾波器、光開(kāi)關(guān)及路由器等。在長(zhǎng)距離系統(tǒng)中還設(shè)置有中繼器（混合或全光）。第2章1節(jié)布置的作業(yè)1、光纖的主要材料是什么？光纖由哪幾部分構(gòu)成？各起什么作用？SiO2；芯區(qū)、包層、圖層；芯區(qū)：提高折射

4、率，光傳輸通道；包層：降低折射率，將光信號(hào)封閉在纖芯內(nèi)，并保護(hù)纖芯；圖層：提高機(jī)械強(qiáng)度和柔軟性光發(fā)送通信信光接收2、光纖中的纖芯折射率與包層折射率的關(guān)系？單模光纖和多模光纖中兩者的纖芯直徑一般分別為多少？纖芯折射率較高，包層折射率較小單模光纖纖芯直徑：2a=8口m12口m,包層直徑：2b=125口m;多模光纖纖芯直徑：2a=50口m,包層直徑：2b=125口m。3、根據(jù)芯、包折射率分布及模式傳播情況，指出有哪些典型形式光纖？折射率在纖芯與包層介面突變的光纖稱(chēng)為階躍光纖；折射率在纖芯內(nèi)按某種規(guī)律逐漸降低的光纖稱(chēng)為漸變光纖；根據(jù)模式傳播情況不同分為多模光纖和單模光纖4、什么是全反射？它的條件是什么

5、？指光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)是，全部被反射會(huì)原介質(zhì)的現(xiàn)象條件：光從光密介質(zhì)入射至光疏介質(zhì)；入射角大于或等于臨界角Garcsin(n2/n1)在光纖端面：要求入射角eec芯包界面全反射5、數(shù)值孔徑NA的物理意義？表達(dá)式是什么？反映光纖對(duì)光信號(hào)的集光能力，定義入射臨界角的正弦為數(shù)值孔徑NA，NA越大，對(duì)光信號(hào)的接受能力越強(qiáng)NA=sin=6、什么是光纖的自聚焦？產(chǎn)生在何種類(lèi)型光纖里？如果折射率分部合適，就用可能使以不同角度入射的全部光線以同樣的軸向速度在光纖中傳播，同時(shí)到達(dá)光纖軸上的某點(diǎn)，即所有光線都有相同的空間周期L,這種現(xiàn)象稱(chēng)為自聚焦。出現(xiàn)在漸變光纖里。當(dāng)折射率分布按平方率分布(即雙曲正割變化

6、)，可形成自聚焦特性。7、階躍光纖的纖芯和包層折射率分別為n1=1.46和n2=1.45,試計(jì)算：相對(duì)芯包折射率差;若該光纖的端面外為空氣，計(jì)算允許的最大入射角Q0及數(shù)值孔徑NA;若該光纖浸于水中，n0=1.33，計(jì)算Q0及NA的大小。解：(a)由得=9.8NA=sin=0.17同上&有一SI型多模光纖的芯徑(纖芯直徑)為50ym,芯包折射率分別為nl=1.465和n2=1.46。計(jì)算與光纖軸線夾角最大的那條子午射線，在1m的傳輸距離上共要反射多少次？解：=85.3反射一次的軸向距離L=2*a/2*tan=2*50/2*tan85.3=604ym反射次數(shù)=(1*106)/604=1656第2章

7、2節(jié)布置的作業(yè)1、導(dǎo)模的傳播常數(shù)應(yīng)滿足什么條件？k2B1或kn23kn12、歸一化頻率V與什么參量有關(guān)？其值與導(dǎo)模數(shù)的關(guān)系？V=k0a(2n/)a*n1*歸一化常量與波長(zhǎng)、芯徑、芯包折射率等有關(guān)多模階躍光纖導(dǎo)模數(shù)M=V2/2多模漸變光纖導(dǎo)模數(shù)M=V2/43、什么是單模光纖？實(shí)現(xiàn)單模傳輸?shù)臈l件是什么？在給定的工作波長(zhǎng)上只傳輸單一基模的光纖階躍光纖的歸一化常量(頻率)V2.4054、有一階躍型單模光纖，其截止波長(zhǎng)為1.4m，芯包折射率分別為nl=1.465,n2=1.46,計(jì)算它的纖芯半徑及在波長(zhǎng)分別為0.85及1.3呵的模式數(shù)。解：由V=(2n/)an1得a=4.43ym當(dāng)=0.85ym時(shí)V=(

8、2n/)a*n1*=3.96m=V2/2=8當(dāng)=1.3mm時(shí)V=(2n/)a*n1*=2.3m=V2/2=3(四舍五入)5、有一階躍光纖，NA=0.2，當(dāng)入=850nm時(shí)可支持1000個(gè)左右的模式，計(jì)算：（a）纖芯直徑；（b）在入=1310nm波長(zhǎng)時(shí)的傳輸模式數(shù)；（c）在入=1550nm波長(zhǎng)時(shí)的傳輸模式數(shù)。解：（a）M=V2/2=V=（k0a）2（）=NA2代入數(shù)據(jù)可得a=30.25ym,則纖芯直徑2a=60.5ym2=421（b）當(dāng)入=1310nm時(shí)，M=NA2=301（c）當(dāng)入=1550nm時(shí)，M=NA第2章4節(jié)布置的作業(yè)1、什么是光纖色散？光纖色散包括哪些？這些色散分別由什么引起？零色散

9、點(diǎn)所處的波長(zhǎng)在哪兒，由哪些因素決定？光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，隨傳輸距離增加，由于不同成分的光傳輸時(shí)延不同引起的脈沖展寬的物理效應(yīng)。材料色散（模內(nèi)）、波導(dǎo)色散（模內(nèi)）、模式（模間）色散、偏振色散。材料色散這是由于光纖材料的折射率隨光頻率呈非線性變化引起的色散，而光源有一定譜寬，于是不同的波長(zhǎng)引起不同的群速度。波導(dǎo)色散這是某個(gè)導(dǎo)模在不同波長(zhǎng)（光源有一定的譜寬）下的群速度不同引起的色散，它與光纖結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)效應(yīng)有關(guān)，因此又稱(chēng)結(jié)構(gòu)色散。模間色散-多模光纖中由于各個(gè)導(dǎo)模之間群速度不同造成模間色散。在發(fā)送端多個(gè)導(dǎo)模同時(shí)激勵(lì)時(shí),各個(gè)導(dǎo)模具有不同的群速,到達(dá)接收端的時(shí)刻不同。偏振模色散-普通單模光纖實(shí)

10、際上傳輸兩個(gè)相互正交的模式,若光纖中結(jié)構(gòu)完全軸對(duì)稱(chēng),則這兩個(gè)正交偏振模有完全相同的群時(shí)延，不產(chǎn)生色散。實(shí)際單模光纖存在少量的不對(duì)稱(chēng)性，造成兩個(gè)偏振模的群時(shí)延不同，導(dǎo)致偏振模色散。在1310nm處，決定因素是材料色散和波導(dǎo)色散。全色散為兩種色散的近似相加,即D=Dmat+Dps/（nm.km）W全色散為零的波長(zhǎng)約在1.31pm。2、光纖有那些類(lèi)型？G.652、G.653、G.654、G.655光纖各表示什么？G.652光纖（SSF）:常規(guī)單模光纖，色散在零的波長(zhǎng)約在1310nm,1550nm具有更低的損耗；G.653光纖（DSF）:色散位移光纖，將零色散波長(zhǎng)從1.3pm移到1.55mm,這種低損

11、耗、低色散的光纖，有益于長(zhǎng)距離大容量光纖通信；G.654光纖(CSF):截止波長(zhǎng)位移光纖，進(jìn)一步降低1550nm處的衰弱，零色散波長(zhǎng)仍為1310nm;G.655光纖(NZ-DSF):非零色散位移光纖，將零色散波長(zhǎng)移至1550nm附近，目的是應(yīng)用DWDM，克服非線性產(chǎn)物四波分頻(FWM)3、已知一弱導(dǎo)波階躍型光纖，纖芯和包層的折射率分別為11=1.5,n2=1.45，纖芯半徑a=4ym,入=1.31ym,L=1km。計(jì)算：光纖的數(shù)值孔徑；光纖的歸一化頻率；(c)光纖中傳輸?shù)哪?shù)量；光纖的最大時(shí)延差。=0.384解(a)NAV=(2n/)aNA=7.37M=V2/2=27(d)=16.4ns4、有

12、一個(gè)波長(zhǎng)為1310nmLED,其譜寬45nm。則光纖材料色散造成的單位長(zhǎng)度脈沖展寬是多少?若是譜寬為2nm的LD,則脈沖展寬又是多少？DM=1.22(1)=1.22(1)=3.4x10-2ps/nmkm=D*L*=(ps/nmkm)x1(km)x45(nm)=1.55ps=D*L*=(ps/nmkm)x1(km)x2(nm)=0.068ps第2章5節(jié)作業(yè)1、寫(xiě)出損耗的表達(dá)式。光纖損耗有哪幾種？造成光纖損耗的原因是什么？當(dāng)光在光纖中傳輸時(shí)，隨著傳輸距離的增加，光功率逐漸減小，這種現(xiàn)象即稱(chēng)為光纖的損耗。損耗一般用損耗系數(shù)X表示。a(db/km)=(10/L)lg(Pout/Pin)；吸收損耗、散射

13、損耗、輻射損耗；光纖材料本身吸收、散射作用和光纖受外力而產(chǎn)生的曲率半徑彎曲2、為什么光纖通信向長(zhǎng)波長(zhǎng)、單模傳輸方向發(fā)展？因?yàn)閺膿p耗和色散與波長(zhǎng)的關(guān)系中反映出在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)損耗(瑞利散射的大小與光波協(xié)次方成反比)和色散特性均比短波長(zhǎng)區(qū)小，而單模光纖中沒(méi)有模式色散，總色散小于多模光纖，且單模光纖在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)可以實(shí)現(xiàn)零色散，所以光纖通信向長(zhǎng)波長(zhǎng)、單模方向發(fā)展可以獲得更大傳輸容量和傳輸距離。3、有一個(gè)1300/1550nm的WDM系統(tǒng)，在1300nm和1550nm波長(zhǎng)上的入纖信號(hào)光功率分別為150yw和100yw。若這兩個(gè)波長(zhǎng)上的光纖損耗分別為0.5dB/km和0.25dB/km,試計(jì)算當(dāng)光纖長(zhǎng)度為50km

14、時(shí)它們的輸出光功率。解：P(100yw)=10lg=10dbmP(150yw)=10lg=8.24dbm則在50km長(zhǎng)光纖的出端功率為：Pout(1300nm)=8.24dbm(0.5db/km)x50(km)=33.24dbm=0.47ywPout(1550nm)=10dbm(0.25db/km)x50(km)=22.5dbm=5.6yw4、設(shè)一長(zhǎng)度1=1km的光纖，其損耗常數(shù)a=2.3x105/cm,光纖輸入端的功率為lmw。計(jì)算光纖輸出端的功率。解：Pout=Pinexp(aL)=1(mw)exp【一2.3x10-5/cmx105km=0.1mw=10dbm第2章7節(jié)作業(yè)1、按照成纜結(jié)構(gòu)

15、方式不同可分為哪幾種光纜？層絞式、骨架式、帶狀式、束管式2、光纖光纜制造的主要流程是什么？制棒拉絲涂敷成纜第3章1節(jié)作業(yè)1、原子的基本躍遷有那些過(guò)程？受激吸收、受激發(fā)射、自發(fā)發(fā)射2、為什么雙異質(zhì)結(jié)材料構(gòu)成的發(fā)光器件能很好地將光場(chǎng)限制在有源區(qū)里？圖示說(shuō)明。由圖可見(jiàn)，中間nGaAs為有源層，它與右邊的nGaAlAs構(gòu)成一個(gè)異質(zhì)結(jié)，其勢(shì)壘阻止空穴進(jìn)入nGaAlAs區(qū)。有源層左邊與pGaAlAs也構(gòu)成一個(gè)異質(zhì)結(jié)，其勢(shì)壘阻止電子進(jìn)入p區(qū)，這樣就把載流子的復(fù)合很好地限定在了有源層內(nèi)。同時(shí)，有源層兩邊的折射率比有源層低，它的光波導(dǎo)作用對(duì)光場(chǎng)具有很好的約束，大大提高了發(fā)光強(qiáng)度。3、設(shè)激光器的高能級(jí)和低能級(jí)的能

16、量各為E1和E2,頻率為v,相應(yīng)能級(jí)上的粒子密度各為N1和N2。試計(jì)算:當(dāng)頻率v=300MHzT=300K時(shí)，N2/N1為多少？當(dāng)波長(zhǎng)入=1ym，T=300K時(shí)，N2/N1為多少？當(dāng)波長(zhǎng)入=1ym，若N2/N1=0.1，環(huán)境溫度T為多少？(按玻爾茲曼分布規(guī)律計(jì)算)解：(a)N2/N1=exp(-hv/kT)=exp(-6.63x10-34x300 x106/1.38x10-23x300)=1(b)N2/N1=exp(-hv/kT)=exp(-6.63x10-34x3x108/1.38x10-23x300 x1x10-6)=1.4047x10-21代入直接算T=6255.7K第3章2節(jié)作業(yè)1、用

17、于光纖通信的發(fā)光二極管有哪幾類(lèi)？特點(diǎn)是什么？面發(fā)光LED:稱(chēng)為布魯斯(Burrus)型LED，這種LED發(fā)射面積限制在一個(gè)小區(qū)域，小區(qū)域的橫向尺寸與光纖纖芯直徑接近。面發(fā)光管輸出功率較大，一般注入電流100mA時(shí)可達(dá)幾毫瓦，但光發(fā)散角大，其水平發(fā)散角8=120。，垂直發(fā)散角9120,光束呈朗伯分布,與光纖耦合效率很低。邊發(fā)光LED:釆用條形半導(dǎo)體激光器的設(shè)計(jì)方案，其發(fā)散光束不同于面發(fā)光LED,它在垂直于結(jié)平面方向的發(fā)散角僅為30。，所以邊發(fā)光LED的輸出耦合效率比面發(fā)光LED高，調(diào)制帶寬亦較大，可達(dá)約200MHz。2、有一個(gè)雙異質(zhì)結(jié)InGaAsPLED，中心發(fā)光波長(zhǎng)為1310nm，其材料的輻射

18、復(fù)合率為50ns，非輻射復(fù)合率為70ns。試計(jì)算:發(fā)光時(shí)的內(nèi)量子效率int；設(shè)驅(qū)動(dòng)電流為100mA，計(jì)算該LED的內(nèi)部發(fā)光功率；若該LED芯片與多模光纖的直接耦合效率為-14dB，計(jì)算入纖的光功率大小。解：(a)少數(shù)載流子壽命為ns(b)Pint=0.553mwP=0.01xPint=1014P=0.04x0.553mw=0.022mw由一14db=10lg得，P入纖第3章3節(jié)作業(yè)1、半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生激光輸出的基本條件是哪些？形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；提供光反饋；滿足激光震蕩的閾值條件2、比較發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光器，指出各自特點(diǎn)？LED輸出非相干光，譜寬寬，入纖功率小，調(diào)制速率低，適合短距離低速系統(tǒng)L

19、E輸出相干光，譜寬窄，入纖功率大，調(diào)制速率高，適合長(zhǎng)距離高速系統(tǒng)3、分別畫(huà)出用發(fā)光二極管(LED)和激光器(LD)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制的原理圖。4、分析DFB-LD特點(diǎn)。光反饋是由周期結(jié)木一布拉格相位光柵構(gòu)成，光柵沿著整個(gè)有源層。代替FPLD中的解理反射面。特點(diǎn)是工作溫度變化(例如20100X)，DFBLD有很高的單模穩(wěn)定性，輸出波長(zhǎng)的溫漂較小，由此可見(jiàn)，DFBLD，尤其是掩埋異質(zhì)結(jié)DFBLD顯示了優(yōu)異的動(dòng)態(tài)單縱模特性，閾值電流低(10-20mA)，調(diào)制速率高(GHz以上)等特點(diǎn)。5、有一個(gè)GaAsLD，工作波長(zhǎng)870nm，其縱模之間的間隔為278GHz，GaAs的折射率，n1=3.6，計(jì)算其光腔的長(zhǎng)度及縱模數(shù)。解：由得光腔長(zhǎng)度L=(3x108m/s)/(2x3.6x278x109HZ)=150ym由v=得模式數(shù)m=2nl/=(2x3.6x150pm)/870nm=1241第3章4節(jié)作業(yè)1、抑制張弛振蕩、減小電光延遲時(shí)間的簡(jiǎn)單方法是什么？把LD預(yù)偏置在Ith附近時(shí)，是減小td，縮短載流子壽命Tsp，有利于提高調(diào)制速率的簡(jiǎn)單方法。所以，無(wú)論是從減弱張弛振蕩，還是從縮短電光延遲時(shí)間來(lái)提高調(diào)制性能，LD都需要預(yù)偏置在閾值附近。2、畫(huà)出半導(dǎo)體激光器的L-I特性曲線。若調(diào)制信號(hào)為脈沖型，試畫(huà)出調(diào)制圖。3