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1、第一章作业1、光纤通信与电通信有什么不同？在光纤通信中起主导作用的部件是什么？光纤通信， 就是用光作为信息的载体、以光纤作为传输介质的一种通信方式。起主导作用的是激光器和光纤。2、常规的光纤的三个的低损耗窗口是在哪个波段？其损耗值各为多少？850nm 3db/km ；1310nm 0.4db/km；1550nm 0.2db/km 3、光纤通信有哪些优点？（1）频带宽，通信容量大（2）损耗低，中继距离长（3）抗电磁干扰（4）无窜音干扰，保密性好 （5）光纤线径细， 重量轻， 柔软（6）光纤原材料丰富，用光纤可节约金属材料（7）耐腐蚀，抗辐射，能源消耗小4、PDH 和 SDH 各表示什么？其速率等
2、级标准是什么？PDH 表示准同步数字序列，即在低端基群采用同步，高次群复用采用异步，SDH 表示同步数字序列PDH 速率标准SDH 速率等级标准： STM-1 ： 155.520Mbit/sSTM-4 ： 622.080 Mbit/sSTM-16 ： 2.5 Gbit/sSTM-64 ：10 Gbit/s 5、图示光纤通信系统，解释系统基本结构。输入输出光纤通信系统由光发送机、光纤光缆与光接收机等基本单元组成。系统中包含一些互连与光信号处理部件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器等。在长距离系统中还设置有中继器(混合或全光 )。第 2 章 1 节布置的作业1、光纤的主要材料是
3、什么？光纤由哪几部分构成？各起什么作用？SiO2；芯区、包层、图层；芯区：提高折射率， 光传输通道； 包层：降低折射率， 将光信号封闭在纤芯内，并保护纤芯；图层：提高机械强度和柔软性光发送机通信信道光接收机2、光纤中的纤芯折射率与包层折射率的关系？单模光纤和多模光纤中两者的纤芯直径一般分别为多少？纤芯折射率较高，包层折射率较小单模光纤纤芯直径：2a=8m12m，包层直径： 2b=125 m；多模光纤纤芯直径：2a=50m，包层直径：2b=125m。3、根据芯、包折射率分布及模式传播情况，指出有哪些典型形式光纤？折射率在纤芯与包层介面突变的光纤称为阶跃光纤；折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤
4、称为渐变光纤；根据模式传播情况不同分为多模光纤和单模光纤4、什么是全反射？它的条件是什么？指光从光密介质入射到光疏介质是，全部被反射会原介质的现象条件：光从光密介质入射至光疏介质；入射角大于或等于临界角（ =arcsin（n2/n1） ）在光纤端面：要求入射角 C 芯包界面全反射5、数值孔径NA 的物理意义？表达式是什么？反映光纤对光信号的集光能力，定义入射临界角max的正弦为数值孔径NA，NA越大，对光信号的接受能力越强NA=sinmax=n12- n226、什么是光纤的自聚焦？产生在何种类型光纤里？如果折射率分部合适， 就用可能使以不同角度入射的全部光线以同样的轴向速度在光纤中传播，同时到
5、达光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期L，这种现象称为自聚焦。出现在渐变光纤里。当折射率分布按平方率分布（即双曲正割变化），可形成自聚焦特性。7、阶跃光纤的纤芯和包层折射率分别为n11.46 和 n21.45，试计算：(a)相对芯包折射率差；(b)若该光纤的端面外为空气，计算允许的最大入射角0 及数值孔径NA ；(c)若该光纤浸于水中，n0=1.33，计算0 及 NA 的大小。解： （a）?=n12- n222n12= 6.8x10- 3（b）由 n0sin0= n1sin1=n12-n22得0=9.8NA=sin0=0.17 （c）同上8、 有一 SI 型多模光纤的芯径 （纤芯直径）
6、 为 50 m， 芯包折射率分别为nl=1.465 和 n2=1.46。计算与光纤轴线夹角最大的那条子午射线，在1m 的传输距离上共要反射多少次?解：= arcsinn2n1=85.3反射一次的轴向距离L=2*a/2*tan =2*50/2*tan85.3 =604m 反射次数 =（1*106） /604=1656 第 2 章 2 节布置的作业1、导模的传播常数应满足什么条件？k2k1或 k0n2 k0n12、归一化频率V 与什么参量有关？其值与导模数的关系？V=k0a n12-n22（ 2/ ）a*n1*2?归一化常量与波长、芯径、芯包折射率等有关多模阶跃光纤导模数M=V2/2 多模渐变光纤
7、导模数M=V2/4 3、什么是单模光纤？实现单模传输的条件是什么？在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤阶跃光纤的归一化常量（频率）V2.405 4、有一阶跃型单模光纤，其截止波长为1.4 m ，芯包折射率分别为nl=1.465 ，n2=1.46，计算它的纤芯半径及在波长分别为0.85 及 1.3 m 的模式数。解： ?=n12- n222n12= 3.4x10- 3由 V=（2/ ）an12?得a=Vc2n12=c2.6n12=4.43m 当 =0.85m 时V= （2 / ）a*n1*2?=3.96 m=V2/2=8 当 =1.3mm 时V= （2/ ）a*n1*2?=2.3 m=V2/2
8、=3 （四舍五入）5、有一阶跃光纤，NA=0.2，当=850 nm 时可支持1000 个左右的模式，计算：(a)纤芯直径；(b)在 =1310 nm 波长时的传输模式数；(c)在 =1550 nm 波长时的传输模式数。解： （a）M=V2/2 =V= （k0a）2（n12- n22）=22a22NA2 代入数据可得a=30.25m，则纤芯直径2a=60.5m （b）当=1310nm 时， M=22a22NA2=421 （c）当=1550nm 时， M=22a22NA2=301 第 2 章 4 节布置的作业1、什么是光纤色散？光纤色散包括哪些？这些色散分别由什么引起？零色散点所处的波长在哪儿，由
9、哪些因素决定？光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随传输距离增加， 由于不同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。材料色散（模内） 、波导色散（模内） 、模式（模间）色散、偏振色散。材料色散 - 这是由于光纤材料的折射率随光频率呈非线性变化引起的色散，而光源有一定谱宽，于是不同的波长引起不同的群速度。波导色散 -这是某个导模在不同波长(光源有一定的谱宽)下的群速度不同引起的色散，它与光纤结构的波导效应有关，因此又称结构色散。模间色散 - 多模光纤中由于各个导模之间群速度不同造成模间色散。在发送端多个导模同时激励时，各个导模具有不同的群速，到达接收端的时刻不同。偏振模色散 - 普通单模光纤
10、实际上传输两个相互正交的模式，若光纤中结构完全轴对称，则这两个正交偏振模有完全相同的群时延，不产生色散。 实际单模光纤存在少量的不对称性，造成两个偏振模的群时延不同，导致偏振模色散。在 1310nm 处，决定因素是材料色散和波导色散。全色散为两种色散的近似相加，即DDmat + DWps/(nm.km) 全色散为零的波长约在1.31 m。2、光纤有那些类型？G.652、G.653、G.654、G.655 光纤各表示什么？G.652 光纤 （SSF） ： 常规单模光纤， 色散在零的波长约在1310nm， 1550nm 具有更低的损耗；G.653 光纤（ DSF） ：色散位移光纤，将零色散波长从1
11、.3m 移到 1.55mm，这种低损耗、低色散的光纤，有益于长距离大容量光纤通信；G.654 光纤（ CSF） ：截止波长位移光纤，进一步降低1550nm 处的衰弱，零色散波长仍为1310nm；G.655 光纤（ NZ-DSF ） ：非零色散位移光纤，将零色散波长移至1550nm 附近，目的是应用DWDM ，克服非线性产物四波分频（FWM ）3、已知一弱导波阶跃型光纤，纤芯和包层的折射率分别为n11.5，n21.45，纤芯半径a4 m， 1.31 m，L1km。计算：（a）光纤的数值孔径；（b）光纤的归一化频率；（c）光纤中传输的模数量；（d）光纤的最大时延差。解（ a）NA=n12- n22
12、=0.384 （ b）V= （2/ ）aNA=7.37 （ c）M=V2/2=27 （d）?=n12- n222n12= 0.0328max= (n1? L)C = (1.5 0.0328 1km)3 105km/s =16.4ns 4、有一个波长为1310nm LED ，其谱宽 45 nm。则光纤材料色散造成的单位长度脉冲展宽是多少 ?若是谱宽为2 nm 的 LD ，则脉冲展宽又是多少? DM=1.22（ 1c）=1.22（11.2731.31）=3.4x10-2 ps/nmkm LED=D*L* = 3.4 （ps/nmkm）x1（km）x45（nm） =1.55ps LD=D*L* =
13、3.4 （ps/nmkm ）x1（km） x2（nm）=0.068ps 第 2 章 5 节作业1、写出损耗的表达式。光纤损耗有哪几种？造成光纤损耗的原因是什么？当光在光纤中传输时， 随着传输距离的增加， 光功率逐渐减小， 这种现象即称为光纤的损耗。损耗一般用损耗系数表示。（ db/km） =（ 10/L）lg（Pout/Pin） ；吸收损耗、散射损耗、辐射损耗；光纤材料本身吸收、散射作用和光纤受外力而产生的曲率半径弯曲2、为什么光纤通信向长波长、单模传输方向发展？因为从损耗和色散与波长的关系中反映出在长波长区损耗（瑞利散射的大小与光波长4次方成反比）和色散特性均比短波长区小，而单模光纤中没有模
14、式色散，总色散小于多模光纤，且单模光纤在长波长区可以实现零色散，所以光纤通信向长波长、单模方向发展可以获得更大传输容量和传输距离。3、有一个13001550 nm 的 WDM 系统，在1300nm 和 1550 nm 波长上的入纤信号光功率分别为 150 w 和 100 w。若这两个波长上的光纤损耗分别为O.5 dB km 和 0.25dB km，试计算当光纤长度为50 km 时它们的输出光功率。解： P（100w）=10lg100w1mw=10dbm P（150w）=10lg150w1mw=8.24dbm 则在 50km 长光纤的出端功率为：Pout（1300nm）=8.24dbm（ 0.5
15、db/km ）x50（km）=33.24dbm=0.47 w Pout（1550nm）=10dbm（ 0.25db/km） x50（km）=22.5dbm=5.6w 4、设一长度L = 1km 的光纤， 其损耗常数2.310 5cm，光纤输入端的功率为l mw 。计算光纤输出端的功率。解： Pout=Pinexp（ L）=1（mw）exp【 2.3x10-5/cm x105km】=0.1mw= 10dbm 第 2 章 7 节作业1、按照成缆结构方式不同可分为哪几种光缆？层绞式、骨架式、带状式、束管式2、光纤光缆制造的主要流程是什么？制棒拉丝涂敷成缆第 3 章 1 节作业1、原子的基本跃迁有那些
16、过程？受激吸收、受激发射、自发发射2、为什么双异质结材料构成的发光器件能很好地将光场限制在有源区里？图示说明。由图可见，中间nGaAs 为有源层，它与右边的nGaAlAs 构成一个异质结，其势垒阻止空穴进入nGaAlAs 区。有源层左边与pGaAlAs 也构成一个异质结，其势垒阻止电子进入 p 区，这样就把载流子的复合很好地限定在了有源层内。同时， 有源层两边的折射率比有源层低，它的光波导作用对光场具有很好的约束，大大提高了发光强度。3、设激光器的高能级和低能级的能量各为E1 和 E2 ，频率为，相应能级上的粒子密度各为 N1 和 N2 。试计算：（a）当频率= 300MHz T=300K 时，N2 N1 为多少？（b）当波长 =1 m ，T=300K 时， N2 N1 为多少？（c） 当波长 =1 m ， 若 N2 N1 = 0.1 ， 环境温度T 为多少？（按玻尔兹曼分布规律计算）解： （a）N2/N1=exp(-hv/kT)=exp(-6.63x10-34x300 x106/1.38x10-23x300)=1 （b）= cT/ v = c N2/N1=exp(-hv/kT)=ex
