徐州大学生家教西昌学院光纤通信

2020年11月27日发(作者：罗国杰)

练习题

光纤通信练习题

一、填空题

1.

单模光纤中不存在

模间

色散，仅存在

模内

色散，具体来讲，可分为

波

导色散

和

材料色散

。

2.

光纤中的最低阶非线性效应起源于

三

阶电极化率，它是引起

三次谐波

、

四

波混频

、

自相位调制

和

非线性折射

等现象的原因。

3

．光纤通信中常用的 三个低损耗窗口的中心波长

为

850nm

，

1310nm

，

1550nm

；最低损耗窗口的中心波长是在

1550nm

。

4.

数值孔径

（

NA

）越大，光纤接收光线的能力就越

强

，

光纤与光源之间的耦合效率就越

高

。

5< /p>

．

光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是

自发辐射

，

受激辐射

，

受

激吸收

；产生激光的最主要过程是

受激辐射

。

6

．光纤单模传输条件，归一化频率

V

应满足

< p>

V<2.40483

。

7

、

光源的作用是将

电信号电流

变换为

光信号功率

；

光检测器的作用是将

光信

号功率

转换为

电信号电流

。

8.

散射损耗与

光纤自身缺陷

及

材料分布不均匀

有关。

9.

单模光纤只能传输一个模式，即

HE

11

模

，称为光纤的基模。

10.

光缆的种类很多，但是不论它的具体结构如何，都是由

缆芯

、

加强元件

和

护套

组成。

11.

限制光纤传输容量（

BL

积）的两个基本因素是

光纤色散

和

光纤损耗

。

12.

LD

是一种

阈值

器件，它通过

受激

发射发光，具有输出功率

高

、输出光发散

角

窄

、与单模光纤耦合效率

高

、辐射光谱线

窄

等优点。

13. PIN

二极管的特点包括

耗尽层很宽

、

偏置电压小

和

附加噪声小

。

14.

LED

的主要特性参数为

输出功率与效率

、

输出光谱特性

和

响应速率与带

宽

。

15.

光纤和光纤连接的方法有两大类

活动连接

和

固定连接

。

16.

影响光纤耦合性能的主要因素有

插入损耗

、

附加损耗

、

分光比

和

隔离

度

。

17.

在光波系统中得到广泛应用的两种光检测器是

PIN

光电二极管

和

APD

光电二极

管

。

18.

光发送机主要由

光源

、

驱动电路

和

辅助电路

组成。

19.

接收机中存在的噪声源可分为

光电检测器的噪声

和

光接收机电路的噪声

组

成。

20.

构成

SDH

网络的基本单元称为

网元

。

该设备有

终端复用器

、

分插复用器

、

再生复用器

和

数字交叉连接设备

四种。

21.

段开销可以实现

不间断误码监测

、

自动倒换

、

公务通信

和

数据通信

等功能。

22.

对于码速率不同的信号，如果进行复接，则会出现

重叠

和

错位

现象。

23.

数字复接中的码速调整有

正码速调整

、

负码速调整

和

正负零码速调整

三种方式。

24.

光传输设备包括

光发射机

、

光中继器

和

光接收机

等。

25. 1.7Gb/s

的单个比特间隔是

0.588 ns

。

26.

光纤衰减为

< p>0.00435dB/m

，则

10km

长光纤的总衰减为

43.5dB

。

27. SDH

线路码型一律采用

NRZ

码加扰码

。

二、简答

1.

光接收机前端的作用是什么？有哪三种不同的前端设计方案？各有何特点？

2.

论述光纤损耗和色散对系统设计的限制。

< p>
3

、

WDM

系统是按什么标准进行分类的？各自的特 点是什么？

答：

WDM

系统按照通道间 隙分类，可分为波分复用、密集波分复用和粗波分复用。

波分复用是原 始的波分复用，由于容量有限

(

容量较单通道系统提高—倍

)

和光放

大不

能有效解决

ED FA

工作在

1550nm

窗口，无法实现

1310 nm

光放大而应用受限。

粗波分复用（

CWDM

）的特点：由于

CWDM

系统采用的

D FB

激光器不需要冷却，在

成本、功耗要求和设备尺寸方面，

< p>CWDM

系统比

DWDM

系统更有优势。

< /p>

密集波分复用（

DWDM

）的特点：主要应用于长距离传输 系统，

DWDM

能够在同一根

光纤中把不同的波长同时进 行组合和传输，传输容量大。

4

、光接收机中存在哪些噪声？

答：光接收机中存在的基本噪声是散粒噪声和热噪声，另外还有激光器引起的强度噪声。

5.

光放大器的作用？它在哪些方面得到应用？

答：

是对复用后的光信号进行放大，

以解决

WDM

系统的超长 距离传输和系统中波分复用器件

的插损问题，具体应用在下述几个方面：

（

1

）在

WDM

系统中应用；< /p>

（

2

）在光纤通信网中；

（

3

）在光孤子通信中的应用。

6.

< /p>

试比较

PN

结光电二极管、

PIN

光 电二极管以及

APD

雪崩光电二极管的优缺点。

答：

PN

型

优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。

PIN

型

缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应。

ADP

型

响应速度非常快，因具有倍速作用，故可检测微弱光，缺点是电流噪声大。

7

、在设计一个光纤通信系统时，路由、系统传输速率及光纤的类型如何选择 ？

答：在路由选择时，需要确定路由、计算中继距离、选择中继站地址等。

在选择系统传输速率时，考虑通信容量和成本合理选择传输速率和设备。

在选择光纤类型时，根据传输距离、色散系数、传输容量和传输频率合理选择光纤。

8

、简要描述自愈环两类结构的工作特点。

答：

根据自愈环业务保护的范围的不同，

自愈环结构可分 为两大类：

通道倒换环和复用段倒

换环。

通道倒换环属于子网连接保护，

其业务量的保护是以通道为基础，

是否 倒换以离开环的每一

个通道信号质量的优劣而定，通常利用通道

AIS< /p>

信号来决定是否应进行倒换。

复用段倒换环属于路径保护 ，

其业务量的保护以复用段为基础，

以每对结点的复用段信号质

< br>量的优劣来决定是否倒换。

三、计算

1

、

阶跃光纤的纤层和包层的折射率指数分别为

n

1

=1.46, n

2

=1.45,

试计算：

（

1

）

光纤

纤层和包层的相对折射指数差△；

（

2

）光纤的数值孔径

NA

；

（

3

）在

1km< /p>

光纤

上，

由于子午光线的光程差所引起的最大时延△

?

max

；

(4)

若将 △

?

max

减小为

10 ns/km

，

n

2

的取值。

（

1

）答：△

= (n1-n2)/n1 = 0.00685

；

（

2

）答：

NA=n1*sqrt

（

2< /p>

△）

= 0.171

；

（

3

）答：

sinx=n2/n1

(L/sinx-L)*n1/c=33.5ns

(4)

答：

=1.457

2

、

已知阶跃光纤纤层的折射率

n

1

=1.465

，

相 对折射率差△

=0.01

，

纤芯半径

a=25um .

。

试求：

（

1

）

LP

01

, LP

02

, LP

11

, LP

12

模的截止波长；

（

2

）

若

?

0

=1.3um,

计算光纤的归

一化频率

V

及光纤中传输的模的数量。

注：下图类型一样，但是参数不同，请自己改正；

3

、

多模光纤芯径为

1 00um,

在

?

=0.85 um

，折射率

n

1

=1.457

< br>，

n

2

=1.455

< p>情况下，求：

（

1

）光纤

V

参数，估计允许传输的模式数量；

（

2

）单模工作的波长；

（

3

）数值

孔径；

（

4

）最大可接受角；