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1、1-3 假设数字通信系统能够在高达 1 的载波频率的比特率下工作，试问在 5GHz 的微波载波和 1.55 um 的光载波上能传输多少路 64 kb / s 的话路？解 在 5GHz 微波载波上能传输的 64kb/s 的话路数 K=(5*109*1%)/(64*103)781( 路)在 1.55um 的光载波上能传输的 64kb/s 的话路数 K=（3*108）/(1.55*10-6)）/(64*10-3)=3.0242*107（路）1-4 简述未来光网络的发展趁势及关键技术。答 未来光网络发展趁于智能化、全光化。其关健技术包括：长波长激光器、低损耗单模光纤、高效光放大器、WDM 复用技术和全
2、光网络技术。2-1 均匀光纤芯与包层的折射率分别为 n1=1.50, n2=1.45 ，试计算：( l ）光纤芯与包层的相对折射率差为多少？( 2 ）光纤的数值孔径 NA 为多少？( 3 ）在 1 米长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差 max 为多少？解 （1）又纤芯和包层的相对折射率差=（n1-n2）/n1 得到=（n1-n2）/n1=（1.50-1.45）/1.50=0.033（2）NA=sqrt（n12-n22 ）=sqrt(1.52-1.452)0.384（3） maxn1*L/c* =1.5*1/(3*108)*0.384ns2-3 均匀光纤，若 n1=1. 50 ，=1
3、.30m，试计算：（1）若 =025 ，为了保证单模传输，其芯半径应取多大？( 2 ）若取 a = 5 m ，为保证单模传输 ，应取多大？解 （1）由单模传输条件 V=2a/*sqrt （n12-n22 ）2.405推导出 a 2.405/（2*sqrt （n12-n22） ）其中，=1.3m， n2=n1-*n1=1.125,则a 2.405*1.3*10-6/(2*sqrt(1.52-1.1252)=0.501m（2）当 a=5m 时，sqrt（n12-n22）2.405*/（2a）解得（n1-n2）/n1=0.00162-4 目前光纤通信为什么采用以下三个工作波长：1=0 . 85m ，
4、2=1.31m ，3=55 m ? 答 1=0.85m，2=1.31m，3=1.55m 附近是光纤传输损耗较少或最小的波长“窗口” ，相应的损耗分别为 23dB/km、0.5 dB/km、0.2 dB/km，而在这些波段目前有成熟的光器件（光源、光检测器等） 。2-5 光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展?答 长波长、单模光纤比短波长、多模光纤具有更好的传输特性。 （1）单模光纤没有模式色散，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著小于经过多模光纤时不同的程度( 2 ）由光纤损耗和波长的关系曲线知，随着波长的增大，损耗呈下降趋势，且在 1.31m 和 1 . 55m 处的色散很小，故
5、目前长距离光纤通信一般都工作在 1 . 55m. 2-6 光纤色散产生的原因及其危害是什么？答 光纤色散是由光纤中传输的光信号的不同成分光的传播时间不同而产生的。光纤色散对光纤传输系统的危害有：若信号是模拟调制的，色散将限制带；是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率（容量） . 2-7 光纤损耗产生的原因及其危害是什么？答 光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是由 SiO2 材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。散射损耗主要由材料微观密度密度不均匀引起的瑞利胜射和光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的。光纤损耗使系统的传输距离受到限制大损耗不利于长距离光纤通信。2-9 一阶跃
6、折射率光纤，折射率 n1= 1 . 5 ，相对折射率差 1 % ，长度 L = 1km ( 1 ）光纤的数值孔径；( 2 ）子午光线的最大时延差；( 3 ）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的 NA 和最大时延差。解 （1）NA=sqrt（n22-n12）n1*sqrt(2) 0.212（2）max=n1*L/c*=1.5*1000/(3*108)*0.01=50ns（3）若将光纤的包层和涂覆层去掉，则此时 n1=1.5,n2=1.0,所以NA=sqrt(n12-n22)=sqrt(1.52-1)=1.118max= n1*L/c*(n1-n2)/n1=2.5us2-12 一个阶跃折射率光纤
7、，纤芯折射率 n1 = 1 . 4258 ，包层折射率 n2=1.4205 ，该光纤工作在 1.31m . 55m 两个波段上。求该光纤为单樟光纤时的最大纤芯直径。解由截止波长 =2a*sqrt(n12-n22) /2.405得 c 时单模传输，又已知条件得 c1.30um,则2a2.405/（*sqrt（n12-n22） ）*1.3=2.405*1.3/（*（1.42582-1.42052） ）=9.53um2-15 光波从空气中以角度 =33 投射到平板玻璃表面上，这里的 是入射光线与玻璃表面之间的夹角根据投射到玻璃表面的角度，光束另一部分被反射，另一部分发生折射，如果折射光束和反射光束之
8、间的夹角正好为 90, 请问玻璃折射率等于多少？这种玻璃的临界角又为多少？解 如图所示的角度对应关系，得入射角 i=90-33=57，折射角 f=33，又斯涅耳定律得 n1sini=n2sinf 所以，玻璃折射率 n2=n1sin/ sinf=sin57/sin33=1.54 这种玻璃的临界角 c=arcsin(1/n2)=arcsin(1/1.54)40.53-2 某激光器采用 GaAs 为激活媒质，问其辐射的光波频率和波长各位多少？解 GaAs 禁带宽度为 Eg= 1 . 424 eV，由 hf Eg（h 为普朗克常数，h=6.628X10-34Js) ，可得以GaAs 为激活媒质的激光器
9、的辐射光波频率和波长分别为f=Eg/h=1.424*1.6*10-19/6.628*10-34=3.44*108MHz=c/f=hc/Eg=1.24/Eg=1.24/1.424=0.87m3-3 半导体激光器（LD ）有哪些特性？答： LD 和 LED 的不同之处 工作原理不同，LD 发射的是受激辐射光， LED 发射的是自发辐射光。LED 不需要光学谐振腔，而 LD 需要，和 LD 相比，LED 输出光功率较小，光谱较宽，调制频率较低，但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉，所以，LED 的主要应用场合时小容量（窄带）短距离通信系统，而 LD 主要应用于
10、长距离大容量（宽带）通信系统。LD和 LED 的相同之处：使用的半导体材料相同，结构相似，LED 和 LD 大多采用双异质结（DH）结构，把有源层夹在 P 型和 N 型限制层中间。3-7 试说明 APD 和 PIN 在性能上的主要区别。答 APD 和 PIN 在性能上的主要区别有：( 1 ) APD 具有雪崩增益，灵敏度高，有利于延长系统传输。( 2 ) APD 的响应时间短。( 3 ) APD 的雪崩效应会产生过剩噪声，因此要适当控制雪( 4 ) APD 要求较高的工作电压和复杂的温度补偿电路，成本较高。3-11 短波长 LED 又材料 Ga1-x,ALxAs 制成，其中 x 表示成分数，这
11、样的材料的带隙能量 Eg（eV ）=1.424+1.266x+0.266x2 已知 x 必须满足 0x0.37，求这样的 LED 能覆盖的波长范围。解 由 Eg（eV）=1.424+1.266x+0.266x2，0x0.37 得 1.424Eg1.93由 =1.24/Eg，得 0.64um0.87um3-17 一光电二极管，当 =1.3um 时，响应度为 0.6A/W，计算它的量子效率。解 由于响应度为 =I/P0，则量子效率为 =Ip/P0*h*f/e=*hc/(e)=0.6*(6.628*10-34*3*108)/(1.3*10-6*1.6*10-19)=57.4%4-2 LD 为什么能够
12、产生码型效应？其危害及消除办法是什么？答 半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲和愉人电流脉冲之间存在延迟时间，称为光电延迟时间。当光电延迟时间与数字调制的码元持续时间 T / 2 量级时，会使“0”码过后的第一个“l ”码的脉冲宽度变窄，幅度减小严重时可能使“1”码丢失，这种现象称为码型效应。码型效应的特点是在脉冲序列中，较长的连“0 码后出现“ 1”码丢失，其脉冲明显变小而且连“0”码数目越多，调制速率越高，这种效应越明显码消除方法是用适当的“过调制”补偿方法4-3 在 LD 的驱动电路里，为什么要设置功率自动控制电路 APC?功率自动控制实际是控制 LD 的哪几个参数？答 在 LD 的
13、驱动电路里，设置功率自动控制电路（APC ）是为了调节 LD 的偏流，是输出光功率稳定。功率自动控制实际是控制 LD 的偏置电流、输出光功率、激光器背向光功率。4-4 在 LD 的驱动电路里，为什么要设定温度自动控制电路？具体措施是什么？控制电路实际控制的是哪几个参数？答 在 LD 的驱动电路里，设置自动温度控制电路是因为半导体光源的输出特性受温度影响很大，特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感，为保证输出特性的稳定，对光器进行温度控制是十分必要的温度控制装置一般由致冷器、热敏电阻和控制电路组成。致冷器的冷端和激光器的热端接触，热敏电阻作为传感器，探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路，通
14、过控制电路改变致冷量，使激光器输出特性保持恒定。控制电路实际控制的是：换能电桥输出、三极管的基极电流和致冷器的电流。4-9 数字光接收机量子极限的含义是什么？答 光接收机可能达到的最高灵敏度，这个极限值是由量子噪声决定的，所以称为量子极限。4-10 已测得某数字光接收机的灵敏度为 10 m ，求对应的 dBm 值解 Pr =10lgmin(mW)=- 20 dBm 4-11 在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素？答 数字光纤通信系统对线路码型的主要要求如下：( l ）能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量( 2 ）能给光接收机提供足够的定时信息（3）提供一定的冗余度，用于平衡码流
15、、误码检测和公务通信。但对高速砍，应适当减小冗余度，以免占用过大的带宽。4-13 RZ 码和 NRZ 码有什么特点？答 Rz 码为归零码 1 ”比特对应有光脉冲且持续时间为整个比特周期的一半， “0” 对应无脉冲出现其主要优点是解决了连1 码引起的基线漂移移问题，缺点是未解决长连 o ”的问题。NRZ 码为非归零码 1 ”比特对应有光脉冲且掩续时间为整个比特周期， 0 对应无脉冲出现。其主要优点是占据的频带宽度窄，只是 RZ 码的一半，缺点是当现长连“1”或 “ 0 ”时，光脉没有”有”和“无”的变化，不适合通过交流耦合电路，对于接收比特时钟的提取是不利的4-14 光纤通信中常用的线路码型有哪些？答 光纤通信常用的线路码璧有扰码、mBnB 码和插入码。5-1 为什么要引人 SDH ? 答 目前光纤大容量数字传输都采用同步时分复用（TDM ）技术，复用又分级，先后有两种传输体制：准同步数字系列（PDH ）和同步数字系列（SDH )。PDH 早在 1976 年就实现了标准化，目前还大量使用。随着光纤通信技术和网络的发展，PDH 许多困难。在技术迅速发展的推动下，美国提出了同步光纤网（SONET ) 。 1988 年，ITU-T（原 CCITT ）参照 SONET 的概念, 提出了被称为同步数字系列（S DH ）的规范建议,解决了 PDH
