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1、第1章1. 光通信的优缺点各是什么？答：优点有：通信容量大；传输距离长；抗电磁干扰；抗噪声干扰；适应环境；重量轻、安全、易敷设；保密；寿命长。缺点：接口昂贵；强度差；不能传送电力；需要专用的工具、设备以及培训；未经受长时间的检验。2. 光通信系统由哪几部分组成，各部分功能是什么？答：通信链路中最基本的三个组成部分是光发射机、光接收机和光纤链路。各部分的功能参见1.3节。3. 假设数字通信系统能够在载波频率1%的比特率下工作,试问在5GHz的微波载波和1.55um的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？答：5GHzXl%/64k=781路(3x108/1.55x10-6)X1%/64k=3
2、x107路4. SDH体制有什么优点？答：主要为字节间插同步复用、安排有开销字节用于性能监控与网络管理,因此更加适合高速光纤线路传输。5. 简述未来光网络的发展趋势及关键技术。答：未来光网络的发展趋势为全光网,关键技术为多波长传输和波长交换技术。6. 简述WDM的概念。答：WDM的基本思想是将工作波长略微不同，各自携带了不同信息的多个光源发出的光信号,一起注入同一根光纤,进行传输。这样就充分利用光纤的巨大带宽资源,可以同时传输多种不同类型的信号,节约线路投资,降低器件的超高速要求。7. 解释光纤通信为何越来越多的采用WDM+EDFA方式。答：WDM波分复用技术是光纤扩容的首选方案，由于每一路系
3、统的工作速率为原来的1/N,因而对光和电器件的工作速度要求降低了，WDM合波器和分波器的技术与价格相比其他复用方式如OTDM等,有很大优势；另一方面，光纤放大器EDFA的使用使得中继器的价格和数量下降，采用一个光放大器可以同时放大多个波长信号，使波分复用(WDM)的实现成为可能，因而WDM+EDFA方式是目前光纤通信系统的主流方案。8. WDM光传送网络(OTN)的优点是什么？答：(1)可以极大地提高光纤的传输容量和节点的吞吐量，适应未来高速宽带通信网的要求。(2) OXC和OADM对信号的速率和格式透明，可以建立一个支持多种电通信格式的、透明的光传送平台。(3) 以波长路由为基础，可实现网络
4、的动态重构和故障的自动恢复，构成具有高度灵活性和生存性的光传送网。第二章1. 光波从空气中以角度e1=330投射到平板玻璃表面上，这里的e1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间的夹角正好为900，请问玻璃的折射率等于多少？这种玻璃的临界角又为多少？解：入射光束与玻璃表面的法线角度(即入射角)0=90-33=57度。则反射角0r=0，折射角02=180-90-57=33度，假设空气的折射率为n1=1,由折射定理n1sin0=n2sin02得到玻璃的折射率为n2=n1sin0/sin02=1.54全反射发生在从玻璃射
5、向空气的时候，此时e=sin-i(n/n)=40.49度。c122. 计算n1=1.48及n2=1.46的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果光纤端面外介质折射率n=1.00，贝9允许的最大入射角0为多少？max解:NA=2-n2=0.2425最大入射角0=arcsin(Jn2一n2)=14.03度maxx123. 弱导波阶跃光纤纤芯和包层折射率指数分别为n1=1.5,n2=1.45，试计算：(1) 纤芯和包层的相对折射指数差A。(2) 光纤的数值孔径NA。n2一n2解：(1),=厶=0.03282n21(2)NA=fn;-n2=0.38414. 已知阶跃光纤纤芯的折射率为n1=1.5，相对折射指数
6、差A=0.01,纤芯半径a=25ym，若州=lym，计算光纤的归一化频率V及其中传播的模数量M。2兀a2兀a解：V=(n2一n2)1/2=(2n2,)1/2=2兀x25um/1umx(2x1.52x0.01)0.5=33.3216121V2模数量M沁下=5555. 一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在850nm波长上可以支持1000个左右的传播模式。试问：(a) 其纤芯直径为多少？(b) 在1310nm波长上可以支持多少个模式？(c) 在1550nm波长上可以支持多少个模式？2a2aV2解：(a)V，-(n2-加)1/2，NA,而M沁*九12九2从而得到纤芯半径：a=V九/(2NA)=
7、30.25ym，则直径为60.5ym(b)M，(NA)2，与波长的平方成反比2九因此在1310nm上的模式数为M=(850/1310)2x1000=421(c)在1550nm上的模式数为M=(850/1550)2x1000=3006. 纤芯折射指数为n1=1.5，长度未知的弱导波光纤传输脉冲重复频率f0=8MHz的光脉冲,经过该光纤后，信号延迟半个脉冲周期，试估算光纤的长度L。解：脉冲周期T=1/f0=1.25x10-4s。L路径最短的光通过光纤的时间为=T/2=0.625x10-4sc/n1从而解得：L=12.5km7.阶跃型光纤，若n1=1.5，九0=1.31ym,(1) A=0.25，为
8、保证单模传输，光纤纤芯半径a应取多大？(2) 若取芯径a=5ym，保证单模传输时，A应怎样选择？2-2-解：(1)单模传输要求V，(n2-n2)1/2，(2n2A)1/22.405九12九1解得到-0.4727ym2-(3) 同样用-(2n2A)1/22.405九1得到A0.00228.渐变型光纤的折射指数分布为八“卩2n(r)，n(0)1-2A-丿求光纤的本地数值孔径。解:n2=n(0)1-2A1/2n-=n2()-n2()”2ANAr)=n2(0)一n2，n(0)2A29.某光纤在1300nm处的损耗为0.6dB/km,在1550nm波长处的损耗为0.3dB/km。假设下面两种光信号同时进
9、入光纤：1300nm波长的150UW的光信号和1550nm波长的100卩W的光信号，试问这两种光信号在8km和20km处的功率各是多少？以卩W为单位。解：“(入)，10logpz_0)(dB/km)Lp(z，L)/(入)L、因此p(z=L)=p(z=0)10(，10)将数值代入可得到：对1310nm、150uW的光信号，在8km和20km处的功率分别为49.67uW和9.46uW；对1550nm波长的100uW的光信号，在8km和20km处的功率分别为57.54uW和25.12uW。10.一段12km长的光纤线路，其损耗为1.5dB/km；(a) 如果在接收端保持0.3uW的接收光功率，则发送
10、端的功率至少为多少？(b) 如果光纤的损耗变为2.5dB/km，则所需的输入光功率为多少？/(入)L、解：(a)利用p(z=0)=p(z=L)10(10)，得到p(z=0)=18.93uW(b)p(z=0)=p(z=L)10(10)，得到p(z=0)=30018.93uW11. 考虑一段由阶跃折射率光纤构成的5km长的光纤链路，纤芯折射率n1=1.49，相对折射率差A=0.01：(a) 求接收端最快和最慢的模式之间的时间差；(b) 求由模式色散导致的均方根脉冲展宽；(c) 假设最大比特率就等于带宽，则此光纤的带宽距离积是多少？n解：(a)=L=5*1.49*0.01/3*105=2.48x10
11、-7sc(b)均方根脉冲展宽就是最快和最慢的模式之间的时延差，即2.48x10-7sc(c)带宽距离积为=10(Mb/s)*km2n112. 考虑10km长，NA=0.30的多模阶跃折射率光纤。如果纤芯折射率为1.45，计算光纤带宽。解：最大带宽距离积为BL=C，而NA=n，将以上数据带入可得到B=483.3kHz。2n1113. 考虑10km长，NA=0.30的多模阶跃折射率光纤。如果纤芯折射率为1.45，计算光纤带宽。解：最大带宽距离积为BL=C，而NA=n2A，将以上数据带入可得到B=483.3kHz。2n1114. 某工程师想测量一根1895m长的光纤在波长1310nm上的损耗，唯一可
12、用的仪器是光检测器，它的输出读数的单位是伏特。利用这个仪器，使用截断法测量损耗，该工程师测量得到光纤远端的光电二极管的输出电压是3.31V，在离光源2m处截断光纤后测量得到光检测器的输出电压是3.78V，试求光纤的损耗是多少dB/km?解：光检测器输出电压与光功率成正比。因此10V=lgNLVF101.893lg3.783.31=0.3046dB/km。221CSCOIWW1500解:(1)根据光纤的损耗P(L)=P(0)e-L可知=lnp2、IP1丿pl、p2的值由图给出如下:14. 根据光纤损耗测量中截断法所依据的公式，要测量的功率正比于光检测器的输出电压。如果两次功率测量时电压读数相差土
13、0.1%，则损耗精度的偏差有多大？若要获得优于0.05dB/km的灵敏度，光纤至少应有多长？解:10X(0.1%)=1%(dB/km)光纤至少5Km。15. 现已测得光纤的色散系数为120ps/(nmkm),当光源谱宽是2.5nm时，此时单位长度光纤的3dB带宽有多宽？厂0.441解：根据公式B=,.DA,将数据代入得到B=1.47GHz。16. 将3根500m长的光纤有序地连接在一起，然后使用OTDR测量这段光纤的损耗，得到的数据如图所示。这三段光纤的损耗分别是多少dB/km?接头损耗是多少dB?第二段和第三段光纤接头处接头损耗较大的原因是什么？100第一段P1(L=0)和P2(L=2X0.
14、5km)读数分别是70和30；第二段P1(L=1km)和P2(L=2km)读数分别是30和10；第三段P1(L=2km)和P2(L=3km)读数分别是7和1.9；第一个接头损耗：4.1第二个接头损耗：5.1(2)第二段和第三段光纤的模场直径MFD不一样。17. 如果使用OTDR将光纤故障定位在真实位置0.5m范围内，试证明光脉冲的宽度应不大于5ns。解:22nL2x1.5x0.5得到T，5x10-9=5nsc3x10818.H(f)的高斯近似表达式为：H(f)=p(f)p(f)=exp2/2outin至少对幅度为峰值75%的频域内的点是精确的。利用这个关系式，分别画出光纤脉冲响应的rms脉冲全
15、宽2。等于2.0,1.0和0.5ns时的P(f)/P(0)与频率的关系曲线，频率范围是01000MHz。这些光纤的3dB带宽分别是多少？解：从图中可以得到，这些光纤的3dB带宽分别是182.6MHz，371.54MHz，749.89MHz第3章光源和光检测原来书上第3章的题目1.计算一个波长为X=1gm的光子能量，分别对1MHz和100MHz的无线电波做同样的计解:光子的能量e=hv=hc=6.6310-34fX=19.89x10-20焦耳。对1MHz的无线电波E=hf=6.63x10-34x105=6.63x10-28焦耳。100MHz，E=hf=6.63x12. 太阳向地球辐射的光波，设其平均波长X=0.7gm,射到地球外面大气层的光强大约为I=0.14W/cm2。如果恰好在大气层外放一个太阳能电
