光纤通信课后习题解答第5章光源与光发送机习题解答

第二章光纤和光缆 1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？ 答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。 纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械 擦伤，同时增加光纤的柔韧性。 2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？ 答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光 纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工 作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照itu-t关于 光纤类型的建议，可以将光纤分为g.651光纤（渐变型多模光纤）、g.652光纤（常 规单模光纤）、g.653光纤（色散位移光纤）、g.654光纤（截止波长光纤）和g.655 （非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧

思考题参考答案 1、sdh帧由哪几部分组成？sdh有哪些显著特点？ 答：sdh帧由净负荷，管理单元指针和段开销三部分组成。 sdh主要优点有：高度标准化的光接口规范、较好的兼容性、灵活的分插功能、 强大的网络管理能力和强大的自愈功能。其缺点有：频带利用率不如pdh高、设备复杂性 增加、网管系统的安全性能要求高。 2、根据帧结构，计算stm-1、stm-4的标称速率。 解：stm-1的标称速率： 一帧的比特数：9×270×8＝19440（比特），传送一帧所用时间为125μs，故标称 速率为：19440/(125×10－6)＝155520（kb/s）。 stm-4的标称速率： stm-4帧为9行，270×4列，传送一帧所用时间为125μs。可以看出stm-4的列 数是stm－1的4倍，其余都一样，所以：stm－4的标称速率为：15

第二章光纤和光缆 1．光纤是由哪几部分组成的各部分有何作用 答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。 纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械 擦伤，同时增加光纤的柔韧性。 2．光纤是如何分类的阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的 答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光 纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工 作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照itu-t关于 光纤类型的建议，可以将光纤分为光纤（渐变型多模光纤）、光纤（常规单模光纤）、 光纤（色散位移光纤）、光纤（截止波长光纤）和（非零色散位移光纤）光纤；按套 塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。 （2）阶跃型光纤的折射率分布　 2 1 arn ar

第1章 1.光通信的优缺点各是什么？ 答：优点有：通信容量大；传输距离长；抗电磁干扰；抗噪声干扰；适应环境；重量轻、安 全、易敷设；保密；寿命长。 缺点：接口昂贵；强度差；不能传送电力；需要专用的工具、设备以及培训；未经受长 时间的检验。 2.光通信系统由哪几部分组成，各部分功能是什么？ 答：通信链路中最基本的三个组成部分是光发射机、光接收机和光纤链路。各部分的功能参 见1.3节。 3.假设数字通信系统能够在载波频率1%的比特率下工作，试问在5ghz的微波载波和1.55 μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？ 答：5ghz×1％/64k＝781路 （3×108/1.55×10-6）×1％/64k＝3×107路 4.sdh体制有什么优点？ 答：主要为字节间插同步复用、安排有开销字节用于性能监控与网络管理，因此更加适合高

第六章光电检测器与光接收机 118 习题解答 1、在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器有哪些？它们分别使用于什么场合？ 答：在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器包括pinpd和apd两种，它们分别使用 于短距离小容量光纤通信系统和长距离大容量光纤通信系统。 2、光电检测器是在什么偏置状态下工作的？为什么要工作在这样的状态下？ 答：光电检测器工作于负偏置状态。只有工作于负偏置状态，才能使材料的受激吸收占据 主导地位，从而完成光电变换功能。 3、在pinpd中，i层半导体材料的主要作用是什么？ 答：通过扩展受激吸收的区域提高光电变换的效率及通过一定的内建电场提高器件的响应 速度。 4、简述pinpd的工作原理。 答：当光照射到pin光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽区及耗尽区附近产生受激辐 射现象，从而产生电子空穴对。在外加电场作用下，这种光生载流子运动到电极

第七章光放大器 复习思考题答案 1．光放大器在光纤通信中有哪些重要用途？ 答：（1）利用光放大器代替原有的光电光再生中继器，能够大幅度延长系统传输距离。 （2）在波分复用系统中，它一方面可以同时实现多波长的低成本放大，另一方面，可 以补偿波分复用器，波分解复用器、光纤光缆等无源器件带来的损耗。 （3）光放大器在接入网中使用，可以补偿由于光分支增加带来的损耗，使得接入网服 务用户增加，服务半径扩大。 （4）光孤子通信必须依靠光放大器放大光信号，使光脉冲能量大到可以在光纤中满足 孤子传输条件，从而实现接近无穷大距离的电再生段传输。 （5）光放大器在未来的光网络中必将发现越来越多的新用途。 2．光放大器按原理可分为几种不同的类型？ 答：光放大器按原理不同大体上有三种类型。 （1）掺杂光纤放大器，就是将稀土金属离子掺于光纤纤芯，稀土金属离子在泵浦源的 激励下，能够对光信号进行放大的一种放大器

1 1.一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在850nm波长上可以支持1000 个左右的传播模式。试问： （a）其纤芯直径为多少？ （b）在1310nm波长上可以支持多少个模式？ （c）在1550nm波长上可以支持多少个模式？ 解：（a）221/212 22 () aa vnnna，而 2 2v m 从而得到纤芯半径：a=v/（2na）=30.25μm，则直径为60.5μm （b） 2 2() 2 va mna*2，与波长的平方成反比 因此在1310nm上的模式数为m=（850/1310）2×1000=421 （c）在1550nm上的模式数为m=（850/1550）2×1000=300 2.阶跃型光纤，若n1=1.5，λ0=1.31μm， （1）δ=0.25，为保证单模传输，光纤纤芯半径a应取多大？ （

第二章光纤和光缆 1．光纤是由哪几部分组成的各部分有何作用 答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。 纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械 擦伤，同时增加光纤的柔韧性。 2．光纤是如何分类的阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的 答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光 纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工 作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照itu-t关于 光纤类型的建议，可以将光纤分为光纤（渐变型多模光纤）、光纤（常规单模光纤）、 光纤（色散位移光纤）、光纤（截止波长光纤）和（非零色散位移光纤）光纤；按套 塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。 （2）阶跃型光纤的折射率分布　 2 1 arn ar

第二章光纤和光缆 1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？ 答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。 纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械 擦伤，同时增加光纤的柔韧性。 2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？ 答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光 纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工 作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照itu-t关于 光纤类型的建议，可以将光纤分为g.651光纤（渐变型多模光纤）、g.652光纤（常 规单模光纤）、g.653光纤（色散位移光纤）、g.654光纤（截止波长光纤）和g.655 （非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和

1 1．光放大器包括哪些种类？简述它们的原理和特点。edfa有哪些优点？ 答：光放大器包括半导体光放大器、光纤放大器（由可分为非线性光 纤放大器和掺杂光纤放大器）。 1）半导体光放大器 它是根据半导体激光器的工作原理制成的光放大器。将半导体激光器 两端的反射腔去除，就成为没有反馈的半导体行波放大器。它能适合不同 波长的光放大，缺点是耦合损耗大，增益受偏振影响大，噪声及串扰大。 2）光纤放大器 （1）非线性光纤放大器 强光信号在光纤中传输，会与光纤介质作用产生非线性效应，非线性 光纤放大器就是利用这些非线性效应制作而成。包括受激拉曼放大器（sra） 和受激布里渊放大器（sba）两种。 （2）掺杂光纤放大器（常见的有掺铒和掺镨光纤放大器） 在泵浦光作用下，掺杂光纤中出现粒子数反转分布，产生受激辐射， 从而使光信号得到放大。 edfa优点：高增益、宽带宽、低噪声及放大波长正好是在光纤

1 1．光纤通信的优缺点各是什么？ 答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无 串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原 材料来源丰富，潜在价格低廉等。 缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备 以及培训，未经受长时间的检验等。 2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？ 答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。 光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。 光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组 成。 模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入 信号的振幅）作用。光源是led或ld，这两种二极管的光功率与驱动电 流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输 入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器

1 1．光波从空气中以角度133°投射到平板玻璃表面上，这里的1是入射 光与玻璃表面之间的夹角。根据投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反 射，另一部分发生折射，如果折射光束和反射光束之间的夹角正好为90°， 请问玻璃的折射率等于多少？这种玻璃的临界角又是多少？ 解：入射光与玻璃表面之间的夹角133°，则入射角57i°，反射 角57r°。由于折射光束和反射光束之间的夹角正好为90°，所以折射 角33y°。 由折射定律sinsiniiyynn，10nni得到 33sin/67sinsin/sin1yiynn 69.1 其中利用了空气折射率1in。这种玻璃的临界角为 59.0 1.69 11arcsin yn 2．计算11.48n及21.46n的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果光纤端面外介 质折射率1.00n，则允许的最大入射角

1 1．计算一个波长为1m的光子能量，分别对1mhz和100mhz的无线电做 同样的计算。 解：波长为1m的光子能量为 8 3420 6 310/ /6.63101.9910 10 c ms ehfhcjsj m 对1mhz和100mhz的无线电的光子能量分别为 34628 6.63101106.6310cehfjshzj 346266.6310100106.6310cehfjshzj 2．太阳向地球辐射光波，设其平均波长0.7m，射到地球外面大气层的 光强大约为20.14/iwcm。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算 每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。 解：光子数为 348 44416 6 0.146.6310310 1010103.9810

工程光学答案 第1页共21页 第一章习题 1、已知真空中的光速c＝3m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、 金刚石（n=2.417）等介质中的光速。 解： 则当光在水中，n=1.333时，v=2.25m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99m/s, 当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82m/s， 当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97m/s， 当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24m/s。 2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距 离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方

光纤通信课后习题答案 第一章习题参考答案 1、第一根光纤是什么时候出现的？其损耗是多少？ 答：第一根光纤大约是1950年出现的。传输损耗高达1000db/km左右。 2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。 答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。 系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光 信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信 号，完成信号的传送。 中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。 3、光纤通信有哪些优缺点？ 答：光纤通信具有容量大，损耗低、中继距离长，抗电磁干扰能力强，保密性能好，体积小、 重量轻，节省有色金属和原材料等优点；但它也有抗拉强度低，连接困难，怕水等缺点。 第二章光纤和光缆 1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？ 答：光纤是由折射

1 习题一 1．光纤通信的优缺点各是什么？ 答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体 积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。 缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。 2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？ 答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。 光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源—光纤耦合 器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。 模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。光源是led或ld， 这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入 信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器的作

1 第一章 1．光纤通信的优缺点各是什么？ 答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无 串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原 材料来源丰富，潜在价格低廉等。 缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备 以及培训，未经受长时间的检验等。 2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？ 答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。 光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。 光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组 成。 模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入 信号的振幅）作用。光源是led或ld，这两种二极管的光功率与驱动电 流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输 入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光

王辉光纤通信（第3版）第1章习题 1.已知语音信道的带宽为3.4khz,问： （1）接收机信噪比s/n=30db时的信道容量。 （2）设光载波波长为1.31μm，且系统带宽是载波频率的1%，该系统可容纳语 音信道的数量是多少？ 2.光纤的传输窗口有哪些？ 3.分别计算波长为820nm,1550nm的光子能量。设某个激光器工作波长等于650nm， 光功率为0.5mw，求该激光器每秒发射的光子数。 4.已知某光源具有的能级为1.8ev，请判断其辐射光的颜色。（500nm绿，700nm 红，1ev=1.602×10 -19j。） 5.光纤通信的优缺点是什么？ 6.光发射机的主要部件是什么，试述其作用。 7.阶跃光纤纤芯折射率为1.467，相对折射率为0.3%，计算包层折射率及临界入射 角。 8.光接收机的灵敏度是怎样定义的？ 9

光纤通信-光源及光发射机

第5章光纤通信

第一章光纤光学基础 1．详述单模光纤和多模光纤的区别（从物理结构，传播模式等方面） a：单模光纤只能传输一种模式，多模光纤能同时传输多种模式。单模光纤的折射 率沿截面径向分布一般为阶跃型，多模光纤可呈多种形状。纤芯尺寸及纤芯和包层的折 射率差：单模纤芯直径在10um左右，多模一般在50um以上；单模光纤的相对折射率 差在0.01以下，多模一般在0.01—0.02之间。 2．解释数值孔径的物理意义，并给出推导过程。 a:：na的大小表征了光纤接收光功率能力的大小，即只有落入以m为半锥角的锥 形区域之内的光线，才能够为光纤所接收。 3．比较阶跃型光纤和渐变型光纤数值孔径的定义，可以得出什么结论？ a：阶跃型光纤的na与光纤的几何尺寸无关，渐变型光纤的na是入射点径向坐 标r的函数，在纤壁处为0，在光纤轴上为最大。 4．相对折射率差的定义和物理意义。 a： 2

第一章光纤光学基础 1．详述单模光纤和多模光纤的区别（从物理结构，传播模式等方面） a：单模光纤只能传输一种模式，多模光纤能同时传输多种模式。单模光纤的折射 率沿截面径向分布一般为阶跃型，多模光纤可呈多种形状。纤芯尺寸及纤芯和包层的折 射率差：单模纤芯直径在10um左右，多模一般在50um以上；单模光纤的相对折射率 差在0.01以下，多模一般在0.01—0.02之间。 2．解释数值孔径的物理意义，并给出推导过程。 a:：na的大小表征了光纤接收光功率能力的大小，即只有落入以m为半锥角的锥 形区域之内的光线，才能够为光纤所接收。 3．比较阶跃型光纤和渐变型光纤数值孔径的定义，可以得出什么结论？ a：阶跃型光纤的na与光纤的几何尺寸无关，渐变型光纤的na是入射点径向坐 标r的函数，在纤壁处为0，在光纤轴上为最大。 4．相对折射率差的定义和物理意义。 a： 2