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练习题
光纤通信练习题 一、填空题
1.单模光纤中不存在 模式 色散，仅存在 波长 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 受激拉曼色散 、 受激布里渊散射 、 和 回波混频 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 1.31um ， 0.85um ， 1.55um ；最低损耗窗口的中心波长是在 1.55um 。
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．光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是 受激辐射 ， 受激吸收 ， 自发辐射 ；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应满足小于2.4048 。 7、光源的作用是将 电信号 变换为 光信号 ；光检测器的作用是将 光信号 转换为 电信号 。
8. 散射损耗与 材料均匀性 及 波长 有关。
9. 单模光纤只能传输一个模式，即 HE11 ，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 、 护套 和 加强组件 组成。
11. 限制光纤传输容量（BL积）的两个基本因素是 带宽 和 长度 。 12. LD是一种 光源 器件，它通过 受激 发射发光，具有输出功率 大 、输出光发散角 窄 、与单模光纤耦合效率 与 、辐射光谱线 窄 等优点。
13. PIN二极管的特点包括 响应速度快 、 转换效率高 和 量子效率高 。 14. LED的主要特性参数为 频谱特性 、 温度特性 和 调制特性 。 15. 光纤和光纤连接的方法有两大类 永久性连接 和 可拆卸连接 。
16. 影响光纤耦合性能的主要因素有 插入损耗 、 功率耦合系数 、 隔离度 和 分光比 。
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 、 驱动器 和 调制器 组成。
19. 接收机中存在的噪声源可分为 光电检测器 和 光电接收电路 组成。 20. 构成SDH网络的基本单元称为 网元 。该设备有 TM 、 ADM 、 REG 和DXC 四种。
21. 段开销可以实现 再生断层监控 、 复用段层监控 、 低阶通道段层监控 和 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 正马速调节 、 正负马速调节 和 正负零马速调节 三种方式。
24.光传输设备包括 光发送机 、 光中继 和 光接收 等。 25. 1.7Gb/s的单个比特间隔是 0.0685 ns。
26. 光纤衰减为0.00435dB/m，则10km长光纤的总衰减为 43.5b 。 27. SDH线路码型一律采用 NRZ 。
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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？ 答：前端的作用：实现光/电转换，并实现低噪声的前置放大。三种前置放大器： 1双极性晶体管，码间干扰小，适用于高速传输系统。
2场效应管型，噪音小，高频特性较差，适用于低速率传输系统 3跨阻型，改善了带宽特性和动态范围，并具有良好的噪音特性。
2. 论述光纤损耗和色散对系统设计的限制。 答：1.光线的损耗特性是一个非常重要的对光信号的传播产生制约作用的特性光线的损耗限制了光信号的传播距离。
2.光线色散是光纤通信的另一个重要特性，光线的色散会使输入脉冲在传输过程中展宽产生码间干扰，增加误码率，这样就限制了通信容量。
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系统是按光波分复用技术标准进行分类，它们之间的划分是按通道间隔来区别。可以分为波分复用(WDM)，密集波分复用(DWDM)和粗波分复用(CWDM)。
WDM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EDFA工作在1550nm窗口，无法实现1310nm光放大；
DWDM的光载波复用数大于8波，信道间隔小于3.2nm；
CWDM的光载波复用数小于8波，信道间隔大于3.2nm，且CWDM传输距离小于DWDM。
4、光接收机中存在哪些噪声？
答：光接收机的噪声有两部分：一部分是外部电磁干扰产生的；另一部分是光接收机内部产生的随机噪声。光接收机噪声的主要来源是光检测器的噪声和前置放大器的噪声。 光接收机内部的噪声分为两类：散弹噪声(又称散粒噪声)和热噪声。散弹噪声包括量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD倍增噪声。热噪声包括光检测器偏置电阻的热噪声和放大器的噪声
5. 光放大器的作用？它在哪些方面得到应用？ 答：光放大器的作用是在长距离传输中补偿光信号在光纤中传输时的损耗。即对信号进行放大和再生。其主要应用有：1.功率放大器：配置在发送端激光管输出之后，其主要作用是提高光功率的。2.前置放大器：配置在接收端检测器输入之前，作为接收端的预放大。3.线路放大器：配置在远离局站处进行在线远端放大。
6. 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：在半导体材料的PN结中，由于有内建电场的作用，光电子和光空穴的运动速度加快，
从而使光电流能快速地跟着光信号变化，即响应速度快。而在耗尽层以外产生的光电子和光空穴，由于没有内建电场的加速作用，运动速度慢，因而响应速度低，而且容易发生复合，使光电转换效率差。
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：最大中继距离受光纤本身的损耗和色散限制。
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在实际的系统中，功率预算和色散预算都需要进行计算，取其中较小者为最大中继距离。
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n1 =1.46, n2 =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10ns/km，n2的取值。 答： (1)Δ=(n1?n2)/n1=1.46-1.45/1.46=0.007 (2)NA= n1*(2?)=0.171 n1LLn12?L)?*?=0.00000333*1.47*0.007=0.000000034s (3)ΔT=(csin?ccn2L*n12*?(4) n2==4.97
c*?T
2、 已知阶跃光纤纤层的折射率n1=1.465，相对折射率差△=0.01，纤芯半径a=25um.。试
求：（1）LP01, LP02, LP11, LP12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。 解 1）LP11?TE01?TM01?HE21 LP12?TE02?TM02?HE22 LP01?HE11 LP02?HE12
查表得到Vc的值。
Vc?2?n1a2? Vc?LP01LP02LP11LP12的截止波长分别为：0，8.493 , 4.511 , 1.965
2?n1a2??25.02 2）v??0??02?n1a2? ?0 3
v2N??313
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3、 多模光纤芯径为100um,在?=0.85 um，折射率n1=1.457，n2=1.455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；（5）若方均根色散?=0.29??，??是全宽，计算模式色散??以及比特速率和距离的成绩BL。 解：（1）v?n1k0a2??2??n1a2? ??n1?n2?0.0014 n1?v=28.48
v2N??406个
22?（2）实现单模传输的条件是0 ?n1a2?<2.405 ??2?n1a2?=10.1um 2.405(3) NA?sin?max?n12?n22?n12??0.077 n2?0.999??c?87.44 n1最大可接受角2?max=174.88 (5) ??0.29?? ???3.448? (4) sin?c???dn1LN1?,N1?n1?? d?23cn1?dn1v??1.713 d?2?a2?2?a2?,?v?N1?n1??dn1?1.457?0.85?1.713?0.00095 d?设距离为1000m 有：??LN1??1.28?10?12 23c???3.448??4.41?10?12 BL? 4、 如果一个光纤的零色散波长在1312nm处，零色散斜率为0.090ps/(nm.km),长度为 2 1?5.67?107 4L?? 4