2007-2008年度教学质量综合评估测验试卷《光纤通信》试题注：1、开课学院：通信与信息工程学院。

命题组：通信工程教研组·张延锋2、考试时间：90分钟。

试卷满分：100分。

3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。

4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题一、 选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）1、表示光纤色散程度的物理量是A.时延B.相位差C.时延差D.速度差2、随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会A.逐渐减少B.保持不变C.逐渐增大D.先逐渐增大,后逐渐减少3、当平面波的入射角变化时，在薄膜波导中可产生的三种不同的波型是A.TEM 波、TE 波和TMB.导波、TE 波和TM 波C.导波、衬底辐射模和敷层辐射模D.TEM 波、导波和TM 波4、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于A. 121n n n -B. ∆21nC. 22VD. 42V 5、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为A. 均衡器B. 判决器和时钟恢复电路C. 放大器D. 光电检测器6、在光纤通信系统中，EDFA 以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度A.作前置放大器使用B.作后置放大器使用C.作功率放大器使用D.作光中继器使用7、EDFA 中用于降低放大器噪声的器件是A.光耦合器B.波分复用器C.光滤波器D.光衰减器8、关于PIN 和APD 的偏置电压表述，正确的是A.均为正向偏置B.均为反向偏置C.前者正偏,后者反偏D.前者反偏,后者正偏9、下列哪项技术是提高每个信道上传输信息容量的一个有效的途径？A.光纤孤子(Soliton)通信B. DWDMC. OTDMD. OFDM10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是A.光源不能产生负信号光B.将出现长连“1”或长连“0”C.编码器太复杂D.码率冗余度太大二、 填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）11、以色散为基，对于单模光纤来说，主要是材料色散和，而对于多模光纤来说，占主要地位。

12、渐变型光纤中,不同的射线具有相同轴向速度的现象称为现象。

13、EDFA中的关键器件是和。

14、SDH的帧结构除行、列、字节、帧长等外，还包括信息净负荷区域、支路单元指针区域和区域。

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）15、某种光纤的纤芯和包层的折射率分别是 1.48和 1.46，则其临界传播角为。

16、设PIN光电二极管的量子效率为75％，渡越时间为10ps，则该检测器的3dB带宽为。

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）17、光纤色散：。

18、插入码：。

19、啁啾：。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）20、简述半导体激光器由哪三个部分构成？试分别加以说明。

21、简述光电检测器的响应度和量子效率描述的是什么？二者有什么联系？22、解释光纤通信为何越来越多地采用WDM+EDFA方式。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）23、SDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。

试画出SDH帧结构。

（7分）24、阅读下图同学的，按要求完成各题。

（8分）增益增益G G0w 0w图（a）图（b）（1）SOA表示，它分为法布里-珀罗放大器FPA和行波放大器TWA两大类。

（2）图（a）中放大器的增益频谱是一条振荡的曲线，其R=0.3；同样放大器的增益频谱就为型曲线，其R=0。

且R代表的内容是。

（3）图（b）中，∆1是放大器的带宽，通常该值不超过GHz，同样∆2是放大器的带宽。

（4）SOA的增益依赖于输入信号的偏振状态的原因是所致。

（5）一般减少SOA的偏振增益差可采用：①是有源区的横截面成；②通过（选填“串联”或“并联”或“串联或并联”）两个SOA来补偿增益差。

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）25、（本小题10分）一阶跃折射率光纤，纤芯折射率n1=1.5，相对折射率差%=∆，工作波长为11310nm，试计算：(1) 为了保证单模传输，其芯径应取多大？(2) 若取芯径m=，求其数值孔径及其模式数。

aμ526、（本小题10分）若一个565Mbit/s单模光缆传输系统，其系统总体要求如下：光纤通信系统光纤损耗为0.4dB/km，光纤接头损耗为0.1dB/km，光源的入纤功率为-2.5dbm，接收机灵敏度为-37dbm，线路码型5B6B，传输速率为677990kbit/s,光源采用MLM－LD，光源谱宽为2nm，光纤的色散系数为2.5ps/(km nm)，ε光通道功率参数取0.115。

设计中取光功率代价为1db,光连接器衰减为1db，光纤富余度为0.1db/km,设备富余度为5.5db。

试求：系统的最大中继距离。

五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）27、（本小题12分）已知某光纤参数如下：a=4.0μm,∆=0.003,纤芯折射率为n1=1.48。

试问：（1）此光纤能否传输波长λ=1.31μm的TE01和TM01模？说明理由。

（2）如要使TE01和TM01模能够传输，光波长应做怎样的调整？评卷答案：一、 选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）1、C2、C3、C4、C5、B6、 D7、C8、B9、C 10、A二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）11、波导色散，模式色散12、光纤的自聚焦13、高功率泵浦源，掺铒光纤14、管理单元指针（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）15、9.4°16、G Hz 42MHz 10241010420420f 412d c =⨯=⨯==-...τ （三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）17、光信号通过光纤传播期间,波形在时间上发生展宽的现象称为光纤色散。

18、插入比特码是将信码流中每m 比特划为一组,然后在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出。

19、啁啾是指产生光脉冲时引入的附加线性调频，即光脉冲的载频随时间变化。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）20、 ①产生激光的工作物质，能够产生激光的工作物质,也就是处于粒子数反转分布状态的工作物质,它是产生激光的必要条件；②能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源，使工作物质产生粒子数反转分布的外界激励源。

物质在泵浦源的作用下,使粒子数从低能级跃迁到高能级,使得在这种情况下受激辐射大于受激吸收,从而有光的放大作用。

这时的工作物质已被激活,成为激活物质或增益物质；③有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。

激活物质只能使光放大,只有把激活物置于光学谐振腔中,以提供必要的反馈及对光的频率和方向进行选择,才能获得连续的光放大和激光振荡输出。

21、响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的物理量。

响应度R0 定义为:R0=IP ·A/W ·P0式中： IP ：光电检测器的平均输出电流；P0：光电检测器的平均输入功率。

量子效率n 定义为：n=（光生电子-空穴对数）/入射光字数。

二者关系：R0=en/hf 。

这即是说，光电二极管的响应度和量子效率与入射光波频率有关。

22、采用WDM 技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点：（1）充分利用了光纤的巨大带宽资源；（2）同时传输多种不同类型的信号；（3）实现单根光纤双向传输；（4）多种应用形式；（5）节约线路投资；（6）降低器件的超高速要求。

采用EDFA 技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点：（1）中继器的价格下降了；（2）对传送的数据速率和调制格式透明，这样系统只需改变链路的终端设备就很容易升级到高的速率；（3）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；（4）提供了系统扩容的新途径， 无需增加光纤和工作的速率， 只需通过增加波长就可提高系统的容量；（5）最关键的是系统的成本下降了。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）23、24、（1）半导体放大器（2）法布里-珀罗，行波，高斯，反射面的反射系数（3）法布里-珀罗，10，行波（4）有源区的矩形性质和晶体结构（5）正方形，串联或并联四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）25、（本小题10分）解：由单模传输条件405.22an 2n n a 2V 12221≤∆λπ=-λπ= （3分） 得 m 36.22n 2405.2a 1μ=∆πλ≤（2分） 由数值孔径的定义式有21.02n n n NA 12221=∆=-= （2分） 03.52an 2n n a 2V 12221=∆λπ=-λπ= （1分） 则模式数为65.122V m 2==， （1分） 所以光纤中存在13个模式。

（1分）26、（本小题10分）解：衰减的影响L a=(P T-P R-2A c-P p-Me)/(A f+As+Mc)=(-2.5+37-2-1-5.5)/(0.4+0.1+0.1)=43.3(km) 色散的影响L D=(ε×106)/(B×Δλ×D)=(0.115×106)/(677.99×2×2.5)=33.9km由上述计算可以看出,中继段距离只能小于33.9km,对于大于33.9km的线段,可采取加接转站的方法解决。

五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）27、（本小题12分）解：（1）由方程V=k0n1a√2∆可得：V=2πλn1a√2∆=2π1.31×10−6×1.48×4.0×10−6√2×0.003=2.2，而TE01和TM01模的归一化截止频率V c=2.045，显然V<2.045，故不能传输波长为1.31μm的TE01和TM01模。

（2）对于TE01和TM01模，其截止波长为λc=2πV cn1a√2∆=2π2.045×1.48×4.0×10−6√2×0.003=1.20μm即入射光波长应小于1.20μm时，才能传播。