光纤通信原理练习题

奋斗上

光纤通信复习参考题

一. 填空

1. 光纤通信的通信窗口波长范围为（ ）。

2. 光纤通信是以（ ）为载频，以（ ）为传输介质的通信方式。

3. 光纤通信的最低损耗波长是（ ），零色散波长是（ ）。

二. 选择题（有一个或者多个答案）

1. 目前光纤通信常用的窗口有（）。

A、 0.85 μm　　 B、 2 μm　　 C、1.31 μm　　 D、1.55 μm

2. 目前纤光通信常用的光源有（）。

A、 LED　　 B、　LD　　 C、PCM　　 D、PDH

3. 光纤通信是以光波为载波，以（）为传播介质的通信方式。

A、电缆　　 B、无线电磁波　　 C、光纤　　 D、红外线

三. 简答题

1. 光纤通信主要有哪些优点？

2. 为什么说光纤通信比电缆通信的容量大？

3.光纤通信有什么缺点？

一、1、0.7～1.7μm　　 2、光波　光纤　　 3、1.55μm　　 1.31μm

二、1、ACD　　 2、AB　　 3、C

三、

1、通信容量大，中继距离长，保密性能好，抗电磁干扰，体积小、重量轻、便于施工和维护，价格低

廉。

2、光纤通信的载波是光波，电缆通信的载波是电波。虽然光波和电波都是电磁波，但频率差别很大。

光纤通信用的近红外光（波长约1μm）的频率（约300THz）比电波（波长为0.1m～1mm）的频率（3～

300GHz）高三个数量级以上。载波频率越高，频带宽度越宽，因此信息传输容量越大

。

第二章 光纤与光缆

一、填空 1.单模光纤中不存在（模间）色散，仅存在（材料）色散和 (波导 )色散。 2。光纤纤芯中的光要成为导模必须满足（全反射）和（相位一致）条件。 3、光纤大体上都是由（纤芯）、（包层）和（涂覆层）三部分组成的。 4、散射损耗分为（瑞利散射损耗）及（结构不完善引起的散射损耗），其中（瑞离散射）的散射损耗与波长的四次方呈反比。 5、光纤利用（纤芯）的折射率高于（包层）的折射率的特点，使小于（数值孔径）角度的光能收集到光纤中，并在光纤的纤芯与包层之间发生全反射， 从而将光约束在光纤中传播。（数值孔径）的值反映了光纤对光的聚集能力， 它与光纤纤芯的（中心折射率）和（包层折射率）有关。 6、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）。 7、光纤制备的四个流程是（提纯）、（熔炼）、（拉丝） 和 （套朔）。 8、常用的光纤中（G.651）光纤工作窗口在850nm，是早期的光纤，主要用在局域网；G.652光纤工作窗口在（1310nm），是第一代单模光纤；G.653光纤在（1550nm）波长处同时具有最低损耗和零色散；（G.654）光纤在G.652光纤的基础上将1550nm处的损耗进一步降低，主要用在海底光纤通信；G.655光纤又称为（非零色散位移）光纤，在1550nm的窗口色散不为零，主要是避免（四波混频）的非线性效应。 二、简答 1. 光孤子通信的原理是什么？ 答：一方面光脉冲在光纤中将发生色散，使得脉宽变宽。另一方面光纤的非线性效应将使光脉冲变窄。两者相互抵消，使光脉冲可以无畸变的长距离传输。 2. 什么是光纤的色散？分析多模光纤和单模光纤的色散机理。 答：色散是指在光纤中传输的光由不同的成分组成，到达光纤另一端时延不同，从而引起信号的畸变。       多模光纤主要是由模间色散、材料色散、波导色散影响，其中模间色散为主要影响因素；单模光纤主要是由材料色散、波导色散组成，一种材料色散的影响占主导。 三、计算 1、均匀光纤，若n１＝1.5，λ０＝1.3μm，试计算： （1）若Δ＝0.25，为了保证单模传输，其纤芯半径应取多大？ （2）若取a＝5μm，为了保证单模传输，Δ应取多大？ 答： 四、选择 1、 光纤通信中能有效的抑制四波混频的方法有：（B D） A、降低光功率 B、加大通光面积 C、增大信道间隔 D、保持一定的色散 2、大有效面积光纤（LEAF）主要是为了解决如下问题：（A） A、非线性问题 B、损耗问题 C、色散问题 D、数值孔径问题 3、下面几种光纤中，其色散依次加大的顺序是：（C）<  （B） < （A） A、 阶跃多模光纤 B、 渐变多模光纤 C、 单模光纤 4、 光纤通信有三个常用窗口是：（A）、（D）、（C）；其中长波长窗口为（C）和（D）；最低损耗窗口是（C）；零色散窗口是（D）。 A 850nm B、1650nm C、 1550nm D、 13310nm 5、 光纤的色散中高频成分的光的速度大于低频成分的光的速度称为（A），反之为（B） A 、 正色散 B 、 负色散

第三章 光无源器件

一、填空
1、根据光器件工作时候是否有光电转化的参与，把光器件/光电器件分为（光有源器件）和（光无源器件）。

2、平面对接型光纤连接器由于存在（菲涅尔反射）现象，形成损耗和引入噪声，于是采用PC型光纤连接器，它的接头采用（凸面球）形状，以使得被连接的光纤的端面可以直接接触，实现物理结构的直接连接。

3、光方向耦合器和光波分复用器的区别在于光方向耦合器实现对光的（光功率）的分配，而波分复用器实现对光的（光波长）的分和合。              

4、在光纤通讯链路中实现控制光的能量的衰减的无源器件是（光衰减器），可以连续的进行衰减控制的称为（渐变式衰减器），只能有一些固定的衰减值的叫做（步进式衰减器）。

5、光调制技术分为（内调制技术 ）和（外调制技术  ），直接将电信号驱动光源产生调制信号的调制方法称为（内调制技术），它由于容易产生（啁啾）现象故不能应用在高速数字通信的调制中；采用专门的调制器将恒定的光信号和数字电信号调制在一起的方法称为（外调制技术），它利于高速数字通信。

二、选择

1、光纤衰减器工作时引起的损耗的原理包括连接光纤时产生的（AB）。

A、光被吸收  B、光被遮住
C、光被全反射 D、光被转化为电能

2、光纤的连接有如下几种方式即（ABC）。

A、熔接器连接            B、V型槽连接

C、活动连接器连接        D、旋转连接

3、光方向耦合器的基本结构有（ ABC）。

A、熔融拉锥光纤型       B、波导型

C、微光器件型          D、球形光纤光栅

4、光开关中，仅仅由于改变光的传播方向而进行光路转换的有：（ABC ）

A、微光机电型光开关                     B、移动光纤型光开关

C、移动棱镜型光开关                     D、热光开关

5、 光隔离器由（AB）部分组成

A、偏振器                    B、法拉第旋转器

C、光纤光栅                  D、光开关

三、简答

1、光纤通信中使用的光无源器件有哪些？分别是什么作用？按其功用对应的电子器件分别是什么？（至少五种）

答：光纤通信系统中经常用到很多光无源器件，常见的有光纤活动连接器、光方向耦合器、光波分复用器、光开关、光衰减器、光隔离器、光调制器。

光纤活动连接器主要用于光纤与光纤，光纤与其他无源器件，光纤与系统或仪器与仪表活动连接的光无源器件；对应于电通信的插头；

光方向耦合器是将光信号按照功率进行分路，合路，插入，分配的一种器件；对应于电通信的三通；

光波分复用器件是对光波波长进行分离和合成的器件，对应于电通信的混频器；

光开关是一种光路控制器，起转换光路的作用；对应于电通信中的电开关；

光衰减器是用于光路损耗控制的器件，对应于电阻；

光隔离器是用于光的单向传输的期间，对应于二极管；

光调制器用于对光源进行间接调制的期间，对应于电的调制器。

2、光隔离器的主要物理学原理是什么?它由哪几部分组成，工作原理是什么？

光隔离器是一种防止光沿传输光程返回的无源器件；

主要组成部分：偏振器（起偏器） 法拉第旋转器  偏振器（验偏器）；

它的工作原理基于法拉第效应，即在偏振光的传播方向外加电磁场时，其偏振方向会旋转一定的角度。无论光的传播方向如何，顺着外加磁场的传播方向观察，偏振光按顺时针的方向旋转。

     

3、下面是个光环形器，环路方向顺时针，画出它的一光口和二光口进来的光将如何传播？

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-19852.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-25534.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-9034.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-30190.png

答：1光口进来的光将从2 光口出去，2光口进来的光将从3光口出去。

4、画出内调制和外调制的框图，并说明应用场合。

答：内调制是直接将电信号作为驱动电流，驱动激光器产生调制信号。如图：

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-17173.png

它适用于低速数字信号，因为存在啁啾，故不能用在高速传输中；

外调制是利用独立的光调制器将要传输的电信号调制在直流光信号上的方式，他克服啁啾现像，故应用在高速数字通信系统中，如图：

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-24982.png

5、利用光开关设计一个简单的光交换阵列，完成下列交换.

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-13476.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-11898.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-11238.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-26373.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-32499.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-28924.png

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-27736.png

答：如图，利用2个1*2型的光开关，和一个2T的光纤延迟线和一个4T的光纤延迟线，及一个光方向耦合器组成该光交换阵列。                                                  file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-18702.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-15610.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-8120.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-26089.png

6、为什么平移式衰减器中的可变衰减片以倾斜放置？

答：主要是为了使得反射的光信号方向略微偏移，不至于使反射信号沿着原来的光程传回到系统中， 影响系统的稳定性。

第四章 光源

一、填空

1、常用光纤通信光源有：（半导体激光器）和（  发光二级管 ）；其中（  半导体激光器）适合长距离高速光纤通信使用；而（ 发光二级管 ）适合短距离小容量通信使用，其价格相对便宜。

2、半导体是由大量原子周期有序的排列构成的共价晶体，相邻原子和原子之间的相互作用使得电子在整个半导体中进行共有化运动，所处的离散能级扩展成连续分布的能带。能量低的叫（价带），能量高的叫（导带），能带之间不允许电子的存在，称为（ 禁带）。

3、粒子数反转分布是产生激光的必要条件，但要产生激光需要另一种叫做光学谐振腔的部件，它的作用是（光方向选择），（频率选择），（能量反馈放大）。

4、用衍射光栅代替光学谐振腔使得激光器发出窄的线形好的光脉冲的激光器是（分布式反馈激光器）激光器。

二、选择

1、光源是一种（A）器件，可以进行（D）转换，激光器发出的是一种（ E），而发光二极管象自然光一样发出（ F）。

A 有源        B 无源

C 光电        D 电光

E 相干光      F 非相干光

2、下面不是光纤通信对光源的基本要求的是：（ EF ）

A 光源发光的峰值波长应当与光纤的低损耗窗口一致

B 光源的输出功率应当足够大

C 光源的谱线不能太宽

D 光源应利于调制

E 光源应该在低于室温下工作

F 光源应该具有所有通信窗口的工作波长

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-2631.png3、LD的P-I曲线图如示，当驱动电流I<Ith时激光器发出（A）， 当

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-12749.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-20744.pngI>Ith时，激光器发出（ B ）。

A、 自发辐射光      C、受激吸收光

B、 受激辐射光

4、设激光器组件的热敏电阻为负系数的热敏电阻，当激光器的工作温度升高时，ATC电路热敏电阻的RT值（ B）。

        A、变大        B、变小       C、不变

三．问答

1、什么叫自发辐射、受激辐射、受激吸收？他们分别对应于光电子器件中的哪中有源器件的工作原理？

答：自发辐射：处于高能级的电子是不稳定的， 它将自发的向低能级跃迁，发射出一定能量的光子。对应发光二级管。

受激吸收：在外来光子的激励条件下，电子吸收光子的能量从低能级跃迁到高能级。对应光电检测器。

受激辐射：在外来光子的激励下，电子从高能级跃迁到低能级，同时发出一个能量为hν=E2-E1的光子。对应半导体激光器。

2、半导体激光器的基本组成包括工作物质、激励物质、光学谐振腔，

三个部件，它们分别是什么作用？

答：工作物质：有源层。提供确定的能级系统，在需要的频率内辐射光子。

激励物质：泵浦源。激活工作物质，使其能级中的电子形成粒子数反转分布，受激辐射大于受激吸收。

光学谐振腔：完成光子频率的选择，方向选择及能

第五章 习题

一、填空

1、光电检测器是完成（光/电转换）功能的有源器件，常用的光电检测器主要有（PIN光电二极管）和（APD雪崩光电二极管），为了使光电检测器还具有放大微弱信号功能以提高检测灵敏度一般将其与（场效应管-FET）配合使用。

2、光电检测器进行光电转换使基于（光电）效应，它的原理是：由于光的（受激吸收）（受激吸收/受激辐射/自发辐射）将（价带）（价带/导带/禁带）的电子激发到（导带）（导带/价带/禁带），产生光生载流子，受内建电场的作用，光生载流子两边漂移在载PN结两边形成电动势。

3、APD主要应用物理学中的（雪崩倍增）效应来提高光电的转换放大倍数的。它的基本原理是：光子照射产生的（光生载流子）经过高压区的电场被加速，与晶体中的（原子）相碰撞，激发出新的（光生载流子），并且继续发生这样的碰撞电离，使得（载流子数目）迅速加大。

二、选择

1. PIN用于灵敏度要求（B）的地方，其价格（B）；APD 用于灵敏度要求（A）的地方，其价格（A）。

A 高    B 不高   

2、对光检测器的基本要求是高的（A），低的（B）和快的（C）。

A 响应度   B 附加噪声   C 响应速度

第六章 光端机

一、问答

1、画出一般的光纤通信系统框图，并说明其个部分功能。

答：光纤通信系统框图如下：

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-30433.png

信源：将用户原始信息转换为基带电信号。

电发射机：将基带信号转换为适合信道传输的信号。包括数模转换、多路复用。

光发射机：将电信号转换为适合光纤传输的光信号。

光接收机：将光信号转化为电信号。

电接收机：对电信号进行解复用，数模变换等。

信宿：基带信号还原为原始信号。

2、什么是内调制和外调制？

答：内调制也叫直接调制，是直接用电信号作为激励源去驱动光源。外调制是利用外调制器对激光器输出的直流光信号进行调制，也叫间接调制。

二、填空

1、在发射端采用光的幅度、频率、相位调制，在接收端采用相干检测的光调制解调的方式叫（相干光通信）。

2、光纤通信系统要进行重新编码是由于普通电码是（双极性码）（双极性码/单极型码），不能进行光纤传输。简单二进制码的缺点：（1）码流中的0、1个数随机变化，使得直流分量也发生随机的起伏，从而影响了（判决电平）；（2）随机码流容易出现长串连0和连1，使得（时钟信号）的提取困难；（3）没有冗余码，不利于（误码监测）。量反馈。

第七章 光缆设计施工

一、计算题

1、设140Mbps的系统的发射机的光功率为-3dbm,接收机的灵敏度为-38dBm,系统富余为4dB ,连接器的损耗为0.5dB,平均接头损耗为0.05dB/km ,光纤的衰减系数为0.4dB/km,光纤的损耗富余为0.05dB/km, 计算中继距离。   

2、一个发送34Mbps数字信号的光纤通信系统，线路编码为3B4B码，发送端是多纵模激光器，功率为-2.5dBm,光谱的脉冲宽度为2nm, 接收机的灵敏度是-37dBm，两个光连接器的插入损耗各为1dB,熔接点的平均损耗为0.1dB/km,光纤的固有损耗系数0.3dB/km ,色散系数D=2.5ps/km·nm，建议设备富余5.5dB,线路富余0.2dB/km.计算最大中继距离， 并说明是何种受限中继系统。 （多纵模激光器ε取0.115）   

二、填空

1、光纤的切割一般采取的是（刻痕-断裂）法。

2、ITU-T建议的标准建议单模光纤损耗测试方法是（剪断法），其中滤膜器的作用是（去除高阶模），它是基于（光纤的弯曲损耗）的原理；包层模消除器的作用是（去除包层模），它基于（光的折射）原理，如果不加这些，那么测量的损耗值将（偏大）（偏大/偏小）。

三、看图题file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-27624.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-17809.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-2314.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-7477.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-5410.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-24451.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-15254.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-16555.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-17586.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-8508.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-10867.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-26687.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-16565.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-26419.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-29642.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-24261.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-30910.png

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-12931.png

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-25818.png

A                   B

以上是采用光时域反射仪进行光纤损耗测量的曲线图， 已知该光纤有一个熔接点，一处破裂点，试判断这两点的大体位子，并说明背向散射法测出这两点所基于的物理学原理。

答：由图判断A点为熔接点， 因为曲线有个突降，表明该点的损耗有个明显的增大，判断为熔接引起的损耗系数的突然加大。B点为破裂点，因为该点的曲线有个突然的尖峰，表明此处有光信号的较大的反射，可能是由于破裂点引入了空气模，使得此处产生较大的菲涅尔反射。

背向散射法的物理学原理是基于光的背向散射和菲涅耳反射。

第八章 光放大器

一、填空

1、全光网络（AON）的发展趋势：（光复用）、（光交换）、（光路由）。 光放大器克服了传统放大技术必须要经过（光）（光/电）到（电）（光/电）再到（光）（光/电）的转化过程直接在光域进行放大。

2、常用的光放大器有（掺铒光纤放大器），（掺镨光纤放大器），（半导体放大器），（拉曼放大器）；其中属于光纤型的放大器的有（掺铒光纤放大器），（掺镨光纤放大器），（拉曼放大器）；放大工作在1550nm附近波段的是（掺铒光纤放大器），在1310nm波段的是（掺镨光纤放大器）；其中（半导体光放大器）的工作原理是基于半导体材料的受激辐射，（拉曼放大器）是基于光纤的非线性效应，（掺铒光纤放大器）和（掺镨光纤放大器）是在光纤中加入了稀土元素。

3、EDFA 在光纤通信中的应用：放在接一. 填空

1. 光纤通信的通信窗口波长范围为（ ）。

2. 光纤通信是以（ ）为载频，以（ ）为传输介质的通信方式。

3. 光纤通信的最低损耗波长是（ ），零色散波长是（ ）。

二. 选择题（有一个或者多个答案）

1. 目前光纤通信常用的窗口有（）。

A、 0.85 μm　　 B、 2 μm　　 C、1.31 μm　　 D、1.55 μm

2. 目前纤光通信常用的光源有（）。

A、 LED　　 B、　LD　　 C、PCM　　 D、PDH

3. 光纤通信是以光波为载波，以（）为传播介质的通信方式。

A、电缆　　 B、无线电磁波　　 C、光纤　　 D、红外线

三. 简答题

1. 光纤通信主要有哪些优点？

2. 为什么说光纤通信比电缆通信的容量大？

4.光纤通信有什么缺点？

一、1、0.7～1.7μm　　 2、光波　光纤　　 3、1.55μm　　 1.31μm

二、1、ACD　　 2、AB　　 3、C

三、

1、通信容量大，中继距离长，保密性能好，抗电磁干扰，体积小、重量轻、便于施工和维护，价格低

廉。

2、光纤通信的载波是光波，电缆通信的载波是电波。虽然光波和电波都是电磁波，但频率差别很大。

光纤通信用的近红外光（波长约1μm）的频率（约300THz）比电波（波长为0.1m～1mm）的频率（3～

300GHz）高三个数量级以上。载波频率越高，频带宽度越宽，因此信息传输容量越大

。

第二章 光纤与光缆

一、填空 1.单模光纤中不存在（模间）色散，仅存在（材料）色散和 (波导 )色散。 2。光纤纤芯中的光要成为导模必须满足（全反射）和（相位一致）条件。 3、光纤大体上都是由（纤芯）、（包层）和（涂覆层）三部分组成的。 4、散射损耗分为（瑞利散射损耗）及（结构不完善引起的散射损耗），其中（瑞离散射）的散射损耗与波长的四次方呈反比。 5、光纤利用（纤芯）的折射率高于（包层）的折射率的特点，使小于（数值孔径）角度的光能收集到光纤中，并在光纤的纤芯与包层之间发生全反射， 从而将光约束在光纤中传播。（数值孔径）的值反映了光纤对光的聚集能力， 它与光纤纤芯的（中心折射率）和（包层折射率）有关。 6、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）。 7、光纤制备的四个流程是（提纯）、（熔炼）、（拉丝） 和 （套朔）。 8、常用的光纤中（G.651）光纤工作窗口在850nm，是早期的光纤，主要用在局域网；G.652光纤工作窗口在（1310nm），是第一代单模光纤；G.653光纤在（1550nm）波长处同时具有最低损耗和零色散；（G.654）光纤在G.652光纤的基础上将1550nm处的损耗进一步降低，主要用在海底光纤通信；G.655光纤又称为（非零色散位移）光纤，在1550nm的窗口色散不为零，主要是避免（四波混频）的非线性效应。 二、简答 3. 光孤子通信的原理是什么？ 答：一方面光脉冲在光纤中将发生色散，使得脉宽变宽。另一方面光纤的非线性效应将使光脉冲变窄。两者相互抵消，使光脉冲可以无畸变的长距离传输。 4. 什么是光纤的色散？分析多模光纤和单模光纤的色散机理。 答：色散是指在光纤中传输的光由不同的成分组成，到达光纤另一端时延不同，从而引起信号的畸变。       多模光纤主要是由模间色散、材料色散、波导色散影响，其中模间色散为主要影响因素；单模光纤主要是由材料色散、波导色散组成，一种材料色散的影响占主导。 三、计算 1、均匀光纤，若n１＝1.5，λ０＝1.3μm，试计算： （1）若Δ＝0.25，为了保证单模传输，其纤芯半径应取多大？ （2）若取a＝5μm，为了保证单模传输，Δ应取多大？ 答： 四、选择 1、 光纤通信中能有效的抑制四波混频的方法有：（B D） A、降低光功率 B、加大通光面积 C、增大信道间隔 D、保持一定的色散 2、大有效面积光纤（LEAF）主要是为了解决如下问题：（A） A、非线性问题 B、损耗问题 C、色散问题 D、数值孔径问题 3、下面几种光纤中，其色散依次加大的顺序是：（C）<  （B） < （A） A、 阶跃多模光纤 B、 渐变多模光纤 C、 单模光纤 4、 光纤通信有三个常用窗口是：（A）、（D）、（C）；其中长波长窗口为（C）和（D）；最低损耗窗口是（C）；零色散窗口是（D）。 A 850nm B、1650nm C、 1550nm D、 13310nm 6、 光纤的色散中高频成分的光的速度大于低频成分的光的速度称为（A），反之为（B） A 、 正色散 B 、 负色散

第三章 光无源器件

一、填空
1、根据光器件工作时候是否有光电转化的参与，把光器件/光电器件分为（光有源器件）和（光无源器件）。

2、平面对接型光纤连接器由于存在（菲涅尔反射）现象，形成损耗和引入噪声，于是采用PC型光纤连接器，它的接头采用（凸面球）形状，以使得被连接的光纤的端面可以直接接触，实现物理结构的直接连接。

3、光方向耦合器和光波分复用器的区别在于光方向耦合器实现对光的（光功率）的分配，而波分复用器实现对光的（光波长）的分和合。              

4、在光纤通讯链路中实现控制光的能量的衰减的无源器件是（光衰减器），可以连续的进行衰减控制的称为（渐变式衰减器），只能有一些固定的衰减值的叫做（步进式衰减器）。

5、光调制技术分为（内调制技术 ）和（外调制技术  ），直接将电信号驱动光源产生调制信号的调制方法称为（内调制技术），它由于容易产生（啁啾）现象故不能应用在高速数字通信的调制中；采用专门的调制器将恒定的光信号和数字电信号调制在一起的方法称为（外调制技术），它利于高速数字通信。

二、选择

1、光纤衰减器工作时引起的损耗的原理包括连接光纤时产生的（AB）。

A、光被吸收  B、光被遮住
C、光被全反射 D、光被转化为电能

2、光纤的连接有如下几种方式即（ABC）。

A、熔接器连接            B、V型槽连接

C、活动连接器连接        D、旋转连接

3、光方向耦合器的基本结构有（ ABC）。

A、熔融拉锥光纤型       B、波导型

C、微光器件型          D、球形光纤光栅

4、光开关中，仅仅由于改变光的传播方向而进行光路转换的有：（ABC ）

A、微光机电型光开关                     B、移动光纤型光开关

C、移动棱镜型光开关                     D、热光开关

5、 光隔离器由（AB）部分组成

A、偏振器                    B、法拉第旋转器

C、光纤光栅                  D、光开关

三、简答

1、光纤通信中使用的光无源器件有哪些？分别是什么作用？按其功用对应的电子器件分别是什么？（至少五种）

答：光纤通信系统中经常用到很多光无源器件，常见的有光纤活动连接器、光方向耦合器、光波分复用器、光开关、光衰减器、光隔离器、光调制器。

光纤活动连接器主要用于光纤与光纤，光纤与其他无源器件，光纤与系统或仪器与仪表活动连接的光无源器件；对应于电通信的插头；

光方向耦合器是将光信号按照功率进行分路，合路，插入，分配的一种器件；对应于电通信的三通；

光波分复用器件是对光波波长进行分离和合成的器件，对应于电通信的混频器；

光开关是一种光路控制器，起转换光路的作用；对应于电通信中的电开关；

光衰减器是用于光路损耗控制的器件，对应于电阻；

光隔离器是用于光的单向传输的期间，对应于二极管；

光调制器用于对光源进行间接调制的期间，对应于电的调制器。

2、光隔离器的主要物理学原理是什么?它由哪几部分组成，工作原理是什么？

光隔离器是一种防止光沿传输光程返回的无源器件；

主要组成部分：偏振器（起偏器） 法拉第旋转器  偏振器（验偏器）；

它的工作原理基于法拉第效应，即在偏振光的传播方向外加电磁场时，其偏振方向会旋转一定的角度。无论光的传播方向如何，顺着外加磁场的传播方向观察，偏振光按顺时针的方向旋转。

     

3、下面是个光环形器，环路方向顺时针，画出它的一光口和二光口进来的光将如何传播？

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-2769.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-3622.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-19855.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-3514.png

答：1光口进来的光将从2 光口出去，2光口进来的光将从3光口出去。

4、画出内调制和外调制的框图，并说明应用场合。

答：内调制是直接将电信号作为驱动电流，驱动激光器产生调制信号。如图：

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-26898.png

它适用于低速数字信号，因为存在啁啾，故不能用在高速传输中；

外调制是利用独立的光调制器将要传输的电信号调制在直流光信号上的方式，他克服啁啾现像，故应用在高速数字通信系统中，如图：

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-21486.png

5、利用光开关设计一个简单的光交换阵列，完成下列交换.

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-27488.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-28909.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-16588.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-8971.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-27750.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-20225.png

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-32351.png

答：如图，利用2个1*2型的光开关，和一个2T的光纤延迟线和一个4T的光纤延迟线，及一个光方向耦合器组成该光交换阵列。                                                  file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-28968.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-17107.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-2481.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-5034.png

6、为什么平移式衰减器中的可变衰减片以倾斜放置？

答：主要是为了使得反射的光信号方向略微偏移，不至于使反射信号沿着原来的光程传回到系统中， 影响系统的稳定性。

第四章 光源

一、填空

1、常用光纤通信光源有：（半导体激光器）和（  发光二级管 ）；其中（  半导体激光器）适合长距离高速光纤通信使用；而（ 发光二级管 ）适合短距离小容量通信使用，其价格相对便宜。

2、半导体是由大量原子周期有序的排列构成的共价晶体，相邻原子和原子之间的相互作用使得电子在整个半导体中进行共有化运动，所处的离散能级扩展成连续分布的能带。能量低的叫（价带），能量高的叫（导带），能带之间不允许电子的存在，称为（ 禁带）。

3、粒子数反转分布是产生激光的必要条件，但要产生激光需要另一种叫做光学谐振腔的部件，它的作用是（光方向选择），（频率选择），（能量反馈放大）。

4、用衍射光栅代替光学谐振腔使得激光器发出窄的线形好的光脉冲的激光器是（分布式反馈激光器）激光器。

二、选择

1、光源是一种（A）器件，可以进行（D）转换，激光器发出的是一种（ E），而发光二极管象自然光一样发出（ F）。

A 有源        B 无源

C 光电        D 电光

E 相干光      F 非相干光

2、下面不是光纤通信对光源的基本要求的是：（ EF ）

A 光源发光的峰值波长应当与光纤的低损耗窗口一致

B 光源的输出功率应当足够大

C 光源的谱线不能太宽

D 光源应利于调制

E 光源应该在低于室温下工作

F 光源应该具有所有通信窗口的工作波长

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-25458.png3、LD的P-I曲线图如示，当驱动电流I<Ith时激光器发出（A）， 当

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-20139.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-21056.pngI>Ith时，激光器发出（ B ）。

C、 自发辐射光      C、受激吸收光

D、 受激辐射光

4、设激光器组件的热敏电阻为负系数的热敏电阻，当激光器的工作温度升高时，ATC电路热敏电阻的RT值（ B）。

        A、变大        B、变小       C、不变

三．问答

1、什么叫自发辐射、受激辐射、受激吸收？他们分别对应于光电子器件中的哪中有源器件的工作原理？

答：自发辐射：处于高能级的电子是不稳定的， 它将自发的向低能级跃迁，发射出一定能量的光子。对应发光二级管。

受激吸收：在外来光子的激励条件下，电子吸收光子的能量从低能级跃迁到高能级。对应光电检测器。

受激辐射：在外来光子的激励下，电子从高能级跃迁到低能级，同时发出一个能量为hν=E2-E1的光子。对应半导体激光器。

2、半导体激光器的基本组成包括工作物质、激励物质、光学谐振腔，

三个部件，它们分别是什么作用？

答：工作物质：有源层。提供确定的能级系统，在需要的频率内辐射光子。

激励物质：泵浦源。激活工作物质，使其能级中的电子形成粒子数反转分布，受激辐射大于受激吸收。

光学谐振腔：完成光子频率的选择，方向选择及能

第五章 习题

一、填空

1、光电检测器是完成（光/电转换）功能的有源器件，常用的光电检测器主要有（PIN光电二极管）和（APD雪崩光电二极管），为了使光电检测器还具有放大微弱信号功能以提高检测灵敏度一般将其与（场效应管-FET）配合使用。

2、光电检测器进行光电转换使基于（光电）效应，它的原理是：由于光的（受激吸收）（受激吸收/受激辐射/自发辐射）将（价带）（价带/导带/禁带）的电子激发到（导带）（导带/价带/禁带），产生光生载流子，受内建电场的作用，光生载流子两边漂移在载PN结两边形成电动势。

3、APD主要应用物理学中的（雪崩倍增）效应来提高光电的转换放大倍数的。它的基本原理是：光子照射产生的（光生载流子）经过高压区的电场被加速，与晶体中的（原子）相碰撞，激发出新的（光生载流子），并且继续发生这样的碰撞电离，使得（载流子数目）迅速加大。

二、选择

1. PIN用于灵敏度要求（B）的地方，其价格（B）；APD 用于灵敏度要求（A）的地方，其价格（A）。

A 高    B 不高   

2、对光检测器的基本要求是高的（A），低的（B）和快的（C）。

A 响应度   B 附加噪声   C 响应速度

第六章 光端机

一、问答

1、画出一般的光纤通信系统框图，并说明其个部分功能。

答：光纤通信系统框图如下：

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-14580.png

信源：将用户原始信息转换为基带电信号。

电发射机：将基带信号转换为适合信道传输的信号。包括数模转换、多路复用。

光发射机：将电信号转换为适合光纤传输的光信号。

光接收机：将光信号转化为电信号。

电接收机：对电信号进行解复用，数模变换等。

信宿：基带信号还原为原始信号。

2、什么是内调制和外调制？

答：内调制也叫直接调制，是直接用电信号作为激励源去驱动光源。外调制是利用外调制器对激光器输出的直流光信号进行调制，也叫间接调制。

二、填空

1、在发射端采用光的幅度、频率、相位调制，在接收端采用相干检测的光调制解调的方式叫（相干光通信）。

2、光纤通信系统要进行重新编码是由于普通电码是（双极性码）（双极性码/单极型码），不能进行光纤传输。简单二进制码的缺点：（1）码流中的0、1个数随机变化，使得直流分量也发生随机的起伏，从而影响了（判决电平）；（2）随机码流容易出现长串连0和连1，使得（时钟信号）的提取困难；（3）没有冗余码，不利于（误码监测）。量反馈。

第七章 光缆设计施工

一、计算题

1、设140Mbps的系统的发射机的光功率为-3dbm,接收机的灵敏度为-38dBm,系统富余为4dB ,连接器的损耗为0.5dB,平均接头损耗为0.05dB/km ,光纤的衰减系数为0.4dB/km,光纤的损耗富余为0.05dB/km, 计算中继距离。   

2、一个发送34Mbps数字信号的光纤通信系统，线路编码为3B4B码，发送端是多纵模激光器，功率为-2.5dBm,光谱的脉冲宽度为2nm, 接收机的灵敏度是-37dBm，两个光连接器的插入损耗各为1dB,熔接点的平均损耗为0.1dB/km,光纤的固有损耗系数0.3dB/km ,色散系数D=2.5ps/km·nm，建议设备富余5.5dB,线路富余0.2dB/km.计算最大中继距离， 并说明是何种受限中继系统。 （多纵模激光器ε取0.115）   

二、填空

1、光纤的切割一般采取的是（刻痕-断裂）法。

2、ITU-T建议的标准建议单模光纤损耗测试方法是（剪断法），其中滤膜器的作用是（去除高阶模），它是基于（光纤的弯曲损耗）的原理；包层模消除器的作用是（去除包层模），它基于（光的折射）原理，如果不加这些，那么测量的损耗值将（偏大）（偏大/偏小）。

三、看图题file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-11501.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-9080.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-10337.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-56.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-9329.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-22080.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-16469.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-12991.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-31730.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-26548.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-5203.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-11508.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-32004.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-7850.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-9516.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-11381.pngfile:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-28317.png

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-26317.png

file:///C:\Users\CHENYI~1\AppData\Local\temp\ksohtml\wps_clip_image-11823.png

A                   B

以上是采用光时域反射仪进行光纤损耗测量的曲线图， 已知该光纤有一个熔接点，一处破裂点，试判断这两点的大体位子，并说明背向散射法测出这两点所基于的物理学原理。

答：由图判断A点为熔接点， 因为曲线有个突降，表明该点的损耗有个明显的增大，判断为熔接引起的损耗系数的突然加大。B点为破裂点，因为该点的曲线有个突然的尖峰，表明此处有光信号的较大的反射，可能是由于破裂点引入了空气模，使得此处产生较大的菲涅尔反射。

背向散射法的物理学原理是基于光的背向散射和菲涅耳反射。

第八章 光放大器

一、填空

1、全光网络（AON）的发展趋势：（光复用）、（光交换）、（光路由）。 光放大器克服了传统放大技术必须要经过（光）（光/电）到（电）（光/电）再到（光）（光/电）的转化过程直接在光域进行放大。

2、常用的光放大器有（掺铒光纤放大器），（掺镨光纤放大器），（半导体放大器），（拉曼放大器）；其中属于光纤型的放大器的有（掺铒光纤放大器），（掺镨光纤放大器），（拉曼放大器）；放大工作在1550nm附近波段的是（掺铒光纤放大器），在1310nm波段的是（掺镨光纤放大器）；其中（半导体光放大器）的工作原理是基于半导体材料的受激辐射，（拉曼放大器）是基于光纤的非线性效应，（掺铒光纤放大器）和（掺镨光纤放大器）是在光纤中加入了稀土元素。

3、EDFA 在光纤通信中的应用：放在接收机前以放大微弱接受信号的叫（前置放大器），放在发射器前以预放大光信号的叫（功率放大器），在光纤线路中以进行中继放大的叫（中继放大器）。

4、EDFA根据其泵浦源的加入方向可以分为（同向泵浦）、（反向泵浦）和（双向泵浦）。

收机前以放大微弱接受信号的叫（前置放大器），放在发射器前以预放大光信号的叫（功率放大器），在光纤线路中以进行中继放大的叫（中继放大器）。

4、EDFA根据其泵浦源的加入方向可以分为（同向泵浦）、（反向泵浦）和（双向泵浦）。