光纤通信的习题

1北京邮电大学高等函授教育、远程教育《光纤通信技术》综合练习题及答案适用于高等函授教育：光纤通信、移动通信、计算机通信专业（专科）四年级通信工程专业（高起本）五年级适用于远程教育：通信工程专业（专科）四年级通信工程专业（高起本）五年级2第一部分习题注:带*的为《光纤通信原理》的阶段作业题一、填空题：1.矢量是指即有又有的量。2．所谓场是指在空间或一部分空间中的分布。3．梯度既有大小又有方向，是一。4．积分形式的麦克斯韦方程为。5．变化电场和变化磁场的相互激发，从而形成了的传播。6．相位常数是。7.光的全反射是指的全反射，此时折射波是。8.导波是指。波导是指/9.光纤是。10.所谓光纤通信是的一种通信方式。11.光纤通信是以作为传输信号，是以作为传输线路。12.在光纤通信中起主导作用的是和。*13.光纤通信的主要优点是、、、、、。14.在光纤中，纤芯是由稍高的构成，它的作用是。15.目前实用的光纤通信系统普遍采用的是的光纤通信系统。16.强度调制直接检波光纤数字通信系统是由、、、、、构成的。*17.目前在光纤通信系统中采用的调制方式是。*18.目前，实用光纤的三个低损耗窗口在、、附近,色散位移单模光纤是在处，实现和.*19.光波在均匀介质里，沿传播，当光射线遇到两种介质交界面时，将产生或。20.均匀光纤的导光原理为，它的数值孔径表示了，定义式为，也可表示为。21.均匀光纤的光路长度的表示式为，对于长度和折射率确定的光纤来说，光路长度随着的变化而变化，从而不同光线经过光纤的不同，从而引起。22.采用非均匀光纤的目的是为了，这样会在光纤中近似产生现象，这需要纤芯折射率服从分布。23.在非均匀光纤中，处的折射率最大，因而此处的达到最大值，即表示该点捕捉光线的能力最。324.光纤中产生衰减的主要原因是和。25.色散系数的定义式为。26.所谓模场是指，模场直径是描述。27.松套光纤的优点是耐好，防强，成缆时，光纤。28.紧套光纤的缓冲层是为了而设置的，但是它的抗差。*29.单模光纤的色散包括色散和色散，此外，系统所使用的光源与光纤色散相互作用，给系统引进了的干扰和噪声主要有三种，即、和。30.一般光纤分为单模光纤和多模光纤，单模光纤的芯径为，存在色散和色散，传输的基模是。31.在单模光纤中所存在的基模是，它的归一化截止频率为，单模传输条件是。32.多模光纤的芯径为，存在色散、色散和色散。*33．按照纤芯折射率分布的不同，光纤可分为、，按照传输模式的多少来分，可分为、。*34．阶跃型光纤的相对折射指数差的表达式为。35．光纤的数值孔径是的物理量。36.在非均匀光纤中，其集光能力是用数值孔径表示，定义式为。37.频域中以半功率点来确定光纤的带宽，即为光纤。*38．所谓线极化波是指，以表示。39．在弱波导光纤中，光射线几乎与平行，因此，弱波导光纤中的E和H分布是一种。*40．导波的径向归一化相位常数U是表明，而波导的径向归一化衰减常数W是表明。41．渐变型光纤中，纤芯折射率是，包层折射率是。*42.渐变型光纤的本地数值孔径的定义为.43.渐变型光纤子午线的轨迹方程是.*44.平方律型折射指数分布光纤的折射指数表示式为.45.单模光纤是.在阶跃型单模光纤中,只传输模.*46.单模光纤的双折射是指.47.光纤色散的概念是.448.多纵模激光器在高速调制下的输出谱线呈谱线，各谱线功率总合，但每根谱线的功率，即各谱线的。49.在采用多纵模激光器的光纤通信系统中，激光器的谱线特性和相互作用，产生了一种叫的现象，它限制了和。50.一条光缆，一般由、和构成。常用的光缆结构有结构、结构、结构和结构。51.在研究光和物质相互作用时,爱因斯坦指出存在三种不同的基本过程:、、。52．在热平衡条件下，一个电子占据一个能级的几率为53．激活物质是指。54．叫纵模。55．谐振腔的谐振条件是。56．光纤通信中半导体光源的主要作用是，常用的种类有和。57．发光二极管与激光器在结构上的根本区别是，它所发的光是。58．光发送机的消光比是，它将使光纤系统产生，使接收灵敏度。59．光电检测器在光纤通信系统中的作用是，常采用的半导体光电检测器为、。60．光接收灵敏度的定义是。61.比特率即，定义为。62．暗电流是指。63．光电检测器引入的噪声有、、。64．响应度R0和η之间的关系式为。65．APD管是在二极管P-N结上加。66．判决器和时钟恢复电路和起来构成。67．监控系统是指、、的总称。68．光纤数字传输系统的误码性能用来描述，定义为。69．光纤数字传输系统的抖动定义是，抖动的程度目前大多用来表示，其符号为。70．抖动容限的定义是。71.并联系统的可靠度每个元件的可靠度，而且并联的元件越多，系统的可靠性越。72.掺饵光纤放大器的工作波长范围在，与光纤的窗口一致。5二、画图题：1.画出光纤通信系统组成方框图。2.画出松套光纤结构示意图。3.画出紧套光纤结构示意图。4.画出层绞式光缆结构示意图。5.画出骨架式光缆结构示意图。6.画出带状式光缆结构示意图。*7．画出数字光纤通信光发射端机的方框图，并简述各部分主要作用。*8．画出数字光纤通信光接收端机的方框图，并简述各部分主要作用。*9.画出数字光纤通信光中继器的方框图，并简述各部分主要作用。10.画出光接收机中脉冲再生电路原理方框图，并简述各部分主要作用。11．试画出PIN光电二极管的结构示意图。12．试画出APD雪崩光电二极管的结构示意图13．请画出外加正偏压后P-N结形成的能带分布。14．请画出激光器输出特性曲线，并标明激光区。15．请画出用LED管进行模拟信号内调制原理图。16．请画出用LD管进行数字信号内调制原理图。三、问答题：*1．什么是弱导波光纤？为什么标量近似解法只适用于弱导波光纤？2.请简述阶跃型折射率分布光纤和梯度型折射率分布光纤的不同导光原理。*3．试证明：阶跃型光纤的数值孔径为什么等于最大射入角的正弦？4.数值孔径的定义是什么？请用公式推导出其计算式：21nNA5.光纤色散有哪几种？它们分别与哪些因素有关？*6.为什么说采用渐变型光纤可以减少光纤中的模式色散？*7.如何解释光纤中的模式色散、材料色散及波导色散？*8.光与物质间的作用有哪三种基本过程？说明各具有什么特点？9．什么是激光器的阈值条件？10.简述半导体的光电效应？11.光纤通信系统都有哪些噪声？12．请写出费米分布函数的表达式，并说明式中各符号的含义。13．什么是量子噪声？形成这一噪声的物理原因是什么？14.什么是模分配噪声？它是如何产生的？15．请写出误码率的三种性能分类及定义。16.什么是接收灵敏度和动态范围，它们之间的表示式是什么？17．什么是码间干扰？其产生的原因是什么？18．什么是可靠性？什么是可靠度？它们之间的区别是什么？19．请用公式推导出串联系统总的故障率等于各部件故障率之和。620.抖动容限的指标有几种？并说明其含义？21．光波分复用通信技术的特点有哪些？四、计算题1.在空气中行进的光入射到一个玻璃板上，入射光线与玻璃表面之间的夹角为35°角，此时发生折射，且折射光线与反射光线彼此成90°角，问这种玻璃的折射率是多大？对这种玻璃来说，临界角是多大？*2．弱导波阶跃型光纤芯子和包层的折射指数分别为n1=1.5,n2=1.48,试计算：光纤的数值孔径。3．上题中，若纤芯半径a=6μm,λ0=1μm,试计算光纤中传输的模数量。4．阶跃型光纤，若n1=1.5,λ0=1μm,若Δ=0.018，当保证单模传输时，光纤芯径取多大？5.已知阶跃光纤的n1=1.62，n2=1.52,试计算：（1）相对折射率Δ（2）数值孔径6.已知阶跃型光纤的n1=1.5，Δ=0.01，芯子半径a=10μm，波长λ0=1.5μm,试计算：（1）数值孔径NA（2）归一化频率（3）入射光线的激励角范围7.已知均匀光纤的n1=1.51，Δ=0.01，工作波长λ0=0.85μm,当纤芯半径a=25μm，此光纤中传输的导模数是多少？若要实现单模传输，纤芯半径应为多少？8.已知阶跃型光纤的n1=1.5，Δ=0.5%，λ0=1.3μm,若光纤中的导模数量N=2，试问至少纤芯半径为多大？9．已知光功率为2.4mw，光波频率为1015Hz,求单位时间传播的光子数。10．某光纤通信系统，其发送光功率为-4dBm，光接收机灵敏度为-40dBm，设备富余度为6dB，光缆富余度为0.1dB/km，光纤接头损耗为0.2dB/km，且不考虑色散的影响，求当无光缆配线架时，如果希望最长中继距离为60km，此时的光缆的衰减系数为多大？11．有一五次群单模光缆传输系统，线路码型为3B4B码，应用InGaAs-LD，其It50mA，标称波长为1310nm，光谱宽度为2nm，发送光功率为-2.3dBm,接收灵敏度为-38dBm,动态范围≥20dB。采用的光缆其固有损耗为0.4dB/km,接头损耗为0.1dB/km，光连接器衰减为1dB，光纤色散系数≤2.0ps/nm·km,光纤富余度为0.1dB/km。若考虑1dB色散代价（ε取0.115），5dB设备富余度，试计算在系统设计时，最大中继距离为多少？12．一无备用系统的光缆通信系统，在420km内共设10个中继器，各种设备的故障率如下：设备种类故障率（fit）140Mb/s光端机20000（一端）140Mb/s中继器7000（一线）光缆200（一公里）供电7500（一端）求：①系统总故障率。②平均无故障时间。13.若上题中平均故障率修复时间为4小时，求系统的失效率。14．若在题7所示的系统中采用1∶1的主备比，在系统发送和接收端各存在一个转换7设备，转换设备的故障率为200fit（一端），平均故障修复时间为4小时。求：①此系统的失效率。②若系统的设计寿命为20年，则在此间系统的中断通信时间。15．如果在无备用系统情况下，容许5000km光纤通信系统双向全程每年4次全程故障，那么280km的数字段双向全程每年允许出现的全程故障是多少次？16．某激光器的输出光功率为500mw,问此功率可折合为多少dBm?第二部分答案一、填空题：1．大小、方向2．物理量3．矢量4．dStDJdlHsl)(dStBdlEsl0dSBsqdSDs5.电磁波6.均匀平面波在无限大介质中传播单位距离所产生的相位变化7.能量，表面波8.能量被局限在某个系统内部或系统周围并沿该系统导引的方向传输的电磁波。凡是能引导和限制电磁波传输的系统。9.一种具有把光封闭在其中进行传输的介质光导波。10．以光波作为载频，以光导纤维作为传光媒质11.光、光缆。12.激光器，光纤13.直径细、重量轻、不受电磁干扰、损耗低、传输频带宽、抗化学腐蚀14.折射率，石英玻璃，引入电磁波15.数字编码强度调制直接检波16.电、光发射端机，光中继器，光、电接收端机，光纤，监控系统，备用系统17．内调制18．0.85μm、1.31μm、1.55μm、1.55μm、最低损耗、最低色散19．直线、全反射、部分反射820.全反射原理，光纤收集光线的能力。NA=noSinφMax,NA=n12。21.S=φ221)(1SinnnL，光线在光纤端面上的入射角φ，时间，模式色散。22.减少光纤的模式色散，自聚焦，平方律型折射指数分布。23.r=0,本地数值孔径，强24.吸收损耗，散射损耗25.色散系数λλτddD)(（时延)(λτ）26.光纤中基模场的电场强度随空间的分布，单模光纤中光能集中的程度。27.侧压性能，水性能，不受力，28.减少外界侧压力的影响，侧压性能29.材料、波导、码间干扰、模分配噪声、啁啾声30.4～10μm，材料，波导，LP01，31.LP01，0，0VC2.4048.32.50μm,模式，材料，波导33.阶跃型光纤（均匀光纤）、渐变型光纤（非均匀光纤）、单模光纤、多摸光纤34.1212122212nnnnnn35.光纤捕捉光射线能力36.本地，222)(θsinnrnNANA37.3dB光带宽38.波的电场矢量空间取向