考试题型1. 填空题:10小题,每小题3分,共30分2. 简答题:4小题,每小题10分,共40分3.计算题:3小题,每小题10分,共30分1. 1966年7月，英籍华人 高锟 博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性。

2. 光放大器是基于 受激辐射 或 受激散射 原理，实现入射光信号放大的一种器件，其机制与激光器完全相同。

3. 光纤通信的最低损耗波长是1.55m μ，零色散波长是1.31m μ。

4. 光纤耦合器是实现 光信号的合路/分路 功能的器件。

5. 在单模光纤中，由于光纤的双折射率特性使两个正交偏振分量以不同的群速度传输，也将导致光脉冲展宽，这种现象称为 偏振模色散 。

6. 在一根光纤中同时传输多个不同波长的光载波信号称为 光波分复用 。

7. 光缆大体上都是由 缆芯 、 加强元件 和护层三部分组成的。

8. 光纤通信是以 光波 为载频率，以 光纤 为传输媒质的一种通信方式。

9. 允许单模传输的最小波长称为 截至波长 。

10. 光纤的 色散 和 损耗 是限制光纤通信线路中继距离的主要因素。

11. 激光器工作必须离开热平衡状态，因此必须使用外部能源泵浦，以实现__ 粒子数反转_，这是激光器工作的先决条件。

1.什么是光纤的色散？光纤的色散分为哪几种？在单模光纤中有哪些色散？2.简述光纤的损耗机理。

3.光纤通信系统由哪几部分组成？简述光纤通信系统的工作过程。

4.简述LD和LED的工作原理？5.简述LD与LED的差别。

6.说明APD与PIN的工作原理及主要区别。

7.简述掺铒光纤放大器的基本构成及各部分的功能。

8.简述数字光纤通信系统码型选择应满足的主要条件及扰码的作用。

9.光端机主要由哪几部分构成？各部分的作用分别是什么？10.光发送电路的基本组成及主要性能指标是什么？11.光接收电路的基本组成及主要性能指标是什么？12.简述如何测量光端机的平均发送光功率？13.简述如何测量光纤数字通信系统的误码率？14.简述如何测量光接收机灵敏度及动态范围？15.简述为什么光纤令牌环局域网是一种自愈网？16.简述全光通信网的关键技术。

1. 假设阶跃折射率光纤1 1.48n =，2 1.478n =，工作波长为1320nm ，试求单模传输时光纤的纤芯半径、数值孔径以及光纤端面光线容许的最大入射角。

解：12222aV n n πλ=-单模光纤要求： 2.405V < ，故 6.565a m μ=12220.077NA n n =-=22221200 1.48 1.478sin 0.5581n n n φ--==≈，即0 4.416θ=2. 假设有一光纤的折射率1 1.45n =，相对折射率差0.002∆=，试问：纤芯半径3a m μ=或5m μ时，此光纤在820nm 波长上是单模光纤还是多模光纤？解：（1）3a m μ=时:12232 1.4520.002 2.1081 2.40480.82aV n ππλ⨯=∆=⨯⨯⨯=< 故此光纤在820nm 波长上是单模光纤。

（2）5a m μ=时：12252 1.4520.002 3.5135 2.40480.82aV n ππλ⨯=∆=⨯⨯⨯=> 故此光纤在820nm 波长上是多模光纤。

3. 若要制造一石英纤芯的阶跃多模光纤，其归一化频率75V =，数值孔径0.30NA =，工作波长0.85m λμ=，如果1 1.45n =，问包层折射率2n 为多少？纤芯半径应为多大？解： 因为2212NA n n =-， 所以222221() 1.450.30 1.42n n NA =-=-≈750.8534220.30V a m NA λμππ⨯==≈⨯⨯。

4. 均匀光纤芯与包层的折射率分别为1 1.50n =，2 1.40n =，试计算：（1）光纤芯与包层的相对折射率差∆。

（2）光纤的数值孔径NA 。

（3）在1m 长的光纤上，由子午线的光程差引起的最大时延差max τ∆。

解：（1）121 1.50 1.400.0671.50n n n --∆=== （2）2222121.50 1.400.539NA n n =-=-= （3）2max 1()0.3232L NA ns n cτ∆== 5. 假设有一均匀多模光纤1 1.50n =，相对折射率差0.01∆=，工作波长为1m μ，纤芯直径260a m μ=，试求：（1）光纤的数值孔径NA 是多少？(2)归一化频率(3)模式数量N(4)光纤传输100m ，最大时延是多少， 其最大传输容量多大？ 解：NA ＝n 1(2 ∆)1/2=0.212V ＝k 0aNA=40∆T ＝(100/3⨯108) n 1∆=50ns)B ＝1/∆T=20MHz6. 某光纤在1.55m μ的材料色散系数是8()ps nm km ∙，若使用谱宽2nm λ∆=的光源，试问：10km 长时该光纤的材料色散时延差是多少？材料色散带宽是多少？解：材料色散时延差33()()10()8210100.16n L n D L ns ns ns τλλ--=∆=⨯⨯⨯= 。

材料色散带宽()3()441441441()2756()100.16n L n L n B MHz MHz D L τλλ-====∆ 。

7. 硅PIN 光电二极管具有直径为0.4mm 光接受面积，当波长700nm的红光以强度20.1mW/cm 入射时，产生56.6nA 的光电流。

计算它的响应度和量子效率。

（346.6310h J s -=⨯⋅，191.6010e C -=⨯）解：入射功率：2270.1/(0.02) 1.2610in P mW cm W π-=⨯⨯=⨯响应度：/0.45/ph in R I P A W ==量子效率：(/)/(/)0.880%ph in I e P hv η===8. 一个GaAs PIN 光电二极管平均每三个人入射光子产生一个电子空穴对。

假设所有的电子都被收集。

（1）计算该器件的量子效率。

（2）在0.8m μ波段接收功率是710W -，计算平均输出光电流。

解：（1） 10.3333η==（2） P P in in I q I hc P h P q ηυλ==⋅ 82.21022p in q I P A nA hc ηλ-==⨯=9. 一个GaAs-PIN 光电二极管（已知GaAs 材料 1.43g E eV =），平均每三个入射光子产生一个电子-空穴对。

假设所有的电子都被收集，那么（346.6310h J s -=⨯⋅，191.610e C -=⨯）：（1）试计算该器件的量子效率；（2）当在0.8m μ波段，接收功率是710W -时，计算平均输出光电流及响应度；（3）计算这个光电二极管的长波长截至点c λ（超过此波长时光电二极管将不工作）。

解： (1) 0.33η-==产生的光生电子空穴对数入射的光子数(2) 7619348P 100.810 1.610I 0.33216.6310310e nA hf η----⨯⨯⨯⨯=⋅=⨯=⨯⨯⨯/0.21/R I P A W == (3) 1.240.867()c g m E eV λμ==10. 一个二进制光纤传输系统采用LD 发射机，工作波长为1.55μm ，耦合入光纤的光功率为0dBm 。

单模光纤在该波长处的衰减系数α=0.2dB/km 。

假设光接收机灵敏度NR=1000个光子/比特。

若忽略色散的影响，当系统传输速率为2.5Gbit/s 时，确定系统能提供的最长传输距离。

(h=6.626×10-34J ·S)解：根据光纤衰减系数的定义α=10L P P TR lg式(1)中L 为光纤长度，P T 和P R 分别为系统发射和接收到的平均功率。

∵ P R =N R R b h υ式中R b 表示系统传输速率，υ表示光波频率。

将式(2)代入式(1)，经变换后得 L=hcR N P h R N P b R T b R T λαναlg 10lg 10= 将题中已知参量代入式(3)，得到 L=1002101015510100025106626103101750369348.lg ...⨯⋅⨯⋅⨯⋅⨯⋅⨯≈---km 即系统能提供的最长传输距离约为175公里。

11. 一长距离单模光纤通信系统，工作波长在1.55m μ，光发射机发射功率为2T P dBm =-，光纤损耗为0.3/dB km ，熔解损耗为0.2/dB km ，发射机和接收机端的连接损耗都为1dB 。

当传输比特率为800/Mbit s 时，APD 接收机所需的平均功率为60dBm -。

假定功率余量为6dB ，求此系统无需中继器所能传输的最长距离。

（不考虑色散代价） 解：最大允许链路损耗=-2-(-60)=58dB光纤损耗（光纤＋熔接）=(0.3dB+0.2dB)×L 最大传输距离：max (58126)/0.5100L km =-⨯-=12. 一段30km 长的光纤线路，其损耗为0.5dB km 。

（1）如果在接收端保持0.3W μ的接收功率，则发送端的功率至少为多少？（2）如果光纤的损耗变为0.25dB km ，则所需的输入光功率又为多少？解：（1）由题意得：min 10lg0.5300.3P dB km W μ=⨯ 解得min 9.49P W μ=（2）由题意得：min 10lg0.25300.3P dB km W μ=⨯ 解得min 1.69P W μ=。