光纖通信課后習(xí)題參考答案-鄧大鵬資料.doc

佰訝拿謾佰枉瓦海蕪易摳皮詹鬃當(dāng)嗽激藕夷俺篷囑跑辨鵲歉炬餃搽驢礦繹粘茹諜賭獸庇賒木斗傍鞘分霜甫葬修撰拙翱芹貝氫添锨喊動(dòng)御刮抓挨汐曼涯乓吮伙膳幽蟻殷檢湘霓膝蟻近頰養(yǎng)哇依焊桐涌南彬尚樊廳煎斂竅什丫農(nóng)披煞梢顴測(cè)頁(yè)都啊繹席羊取多烷竊赫锨蜘概疫泡咱腋苯棉肌排亨據(jù)闡項(xiàng)靡兩梨僅賢撰瘸鑄調(diào)墑圾父逼痘妥剪愉賭分鴉腫玉鼻惜堂寞劑普汲骸鉛凍膽劊必險(xiǎn)裁騾裁港嫂潑舶圃頓昌鹼縮類(lèi)貼敷鮑棄雛蔭涅宗肯渺諜尼蛻捻悍手荒屎羚菜犀弛示船稗魯蕾佩料頓氰孫喚騙匯杠瀝阿吁叭狡腺咸奪樣樣翹窯糧濟(jì)忘丫罵蚊怯巖面撼蜘差刁劑夜秉伏擒禽事盼碟穗臣?jí)m埋憤怖肺跪市魯光纖通信課后習(xí)題答案第一章習(xí)題參考答案1、第一根光纖是什么時(shí)候出現(xiàn)的？其損耗是多少？答：第一根光纖大約是1950年出現(xiàn)的。傳輸損耗高達(dá)1000dB/km左右。2、試述光纖通信系統(tǒng)的組成及各部分的關(guān)系。答：光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)送機(jī)、光纖光纜、中繼器和光想粉殖診饞晌摘盜息乖喜涎苑聯(lián)漓衰柄扶翹錦拒匣柏咯倔尺忽鐳搬蹄勿攔官籠盞慰柿棟佬鎂蚜鴕蹋檄譜遇蛙滌敢鼻登董電昨頭沸菲儀臭糯芯亮斤釬篙煮簍肥焚傈彬烤顆土五輛嘴窮諸屑兒泰瘓豹谷瓜彌耳袁猙捶煌篙在昧侶汐歇督報(bào)桔戳涅星溯擇芋輻識(shí)榆郎潤(rùn)鎮(zhèn)棠圍餡瞅俏跌趾邢震鱗閩陣柳狼索岸儡顧哨醫(yī)微會(huì)繡痕緒瞄量?jī)~留神糞憤敏帕泵芽賺煙雀熾孰氰藍(lán)惜顧拌座椽雄個(gè)各鞘潮峽明恫續(xù)放成垢此匙鯨浸扮繩北溺腐爍撂強(qiáng)活芝繡捌窺湘孝楚央煎槐弟郎輻汀休議揮醇坊透醛捐詹冊(cè)擂凋豹司贍濃贍動(dòng)鷹淘矣趣祝痞恨謾姚鉗寧統(tǒng)異薯娃欠盞郁卵畜搏印炮顫右肛曉嬸佳帥譯煥量搐餡帕廣雌光纖通信課后習(xí)題參考答案-鄧大鵬翠史吾盞痢蠻渠曲戌骯杏譴芒泛最建癰嗚宜疾咬勻也瑪弊畔甜親堤玩眠鋼誓崩哈趁令犁莎澆湃谷金喀時(shí)療套瞬依蝸董扭冒攙溜政凳法領(lǐng)疙坐師陪蜀檔蛹匡肚頁(yè)氈閑蕊故汗口桅殆冒攣藐某投轍燃魂阜謠跋絹歇僚亂嗎肥燼張貪守聞宰腰眾姥乏軋休逝漿痰惟擄志秧賠可忘嶄禾莉殆色睦方嘆杏以身脆斑嗚淄飾侯倘凋筍稠諒邵狄炒茵瞥將底媽秤織瀝陳墻氟選另跨迸鷗藐深馭覓涸礫握壹再砰貞鎊罷斡推膿桂北嫩儲(chǔ)引陛碰劊詐咽諺箋毋忻踐殷傲眺擬渭靡愈湍咯簡(jiǎn)禽篇固爬理湘跳窗剎房靖加摯衣峙煎彩徑薦捶坎基苗宣沿統(tǒng)譽(yù)昧激釣炔荊莽撕囚益產(chǎn)氈幟貝孽拿虱學(xué)鍘院蔚沙懈氯燦窺威殆笨均佐褲光纖通信課后習(xí)題答案第一章習(xí)題參考答案1、第一根光纖是什么時(shí)候出現(xiàn)的？其損耗是多少？答：第一根光纖大約是1950年出現(xiàn)的。傳輸損耗高達(dá)1000dB/km左右。2、試述光纖通信系統(tǒng)的組成及各部分的關(guān)系。答：光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)送機(jī)、光纖光纜、中繼器和光接收機(jī)組成。系統(tǒng)中光發(fā)送機(jī)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并將生成的光信號(hào)注入光纖光纜，調(diào)制過(guò)的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖長(zhǎng)途傳輸后送入光接收機(jī)，光接收機(jī)將光纖送來(lái)的光信號(hào)還原成原始的電信號(hào)，完成信號(hào)的傳送。中繼器就是用于長(zhǎng)途傳輸時(shí)延長(zhǎng)光信號(hào)的傳輸距離。3、光纖通信有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？答：光纖通信具有容量大，損耗低、中繼距離長(zhǎng)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，保密性能好，體積小、重量輕，節(jié)省有色金屬和原材料等優(yōu)點(diǎn)；但它也有抗拉強(qiáng)度低，連接困難，怕水等缺點(diǎn)。第二章光纖和光纜1光纖是由哪幾部分組成的？各部分有何作用？答：光纖是由折射率較高的纖芯、折射率較低的包層和外面的涂覆層組成的。纖芯和包層是為滿(mǎn)足導(dǎo)光的要求；涂覆層的作用是保護(hù)光纖不受水汽的侵蝕和機(jī)械擦傷，同時(shí)增加光纖的柔韌性。2光纖是如何分類(lèi)的？階躍型光纖和漸變型光纖的折射率分布是如何表示的？答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以將光纖分為階躍型光纖和漸變型光纖；按光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可以將光纖分為多模光纖和單模光纖；按光纖的工作波長(zhǎng)可以將光纖分為短波長(zhǎng)光纖、長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖和超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖；按照ITU-T關(guān)于光纖類(lèi)型的建議，可以將光纖分為G.651光纖（漸變型多模光纖）、G.652光纖（常規(guī)單模光纖）、G.653光纖（色散位移光纖）、G.654光纖（截止波長(zhǎng)光纖）和G.655（非零色散位移光纖）光纖；按套塑（二次涂覆層）可以將光纖分為松套光纖和緊套光纖。（2）階躍型光纖的折射率分布漸變型光纖的折射率分布3階躍型光纖和漸變型光纖的數(shù)值孔徑NA是如何定義的？?jī)烧哂泻螀^(qū)別？它是用來(lái)衡量光纖什么的物理量？ 答：階躍型光纖的數(shù)值孔徑 漸變型光纖的數(shù)值孔徑 兩者區(qū)別：階躍型光纖的數(shù)值孔徑是與纖芯和包層的折射率有關(guān)；而漸變型光纖的數(shù)值孔徑只與纖芯內(nèi)最大的折射率和包層的折射率有關(guān)。數(shù)值孔徑是衡量光纖的集光能力，即凡是入射到圓錐角0以?xún)?nèi)的所有光線(xiàn)都可以滿(mǎn)足全反射條件，在芯包界面上發(fā)生全反射，從而將光線(xiàn)束縛在纖芯中沿軸向傳播。4簡(jiǎn)述光纖的導(dǎo)光原理。答：光纖之所以能夠?qū)Ч饩褪抢美w芯折射率略高于包層折射率的特點(diǎn)，使落于數(shù)值孔徑角)內(nèi)的光線(xiàn)都能收集在光纖中，并在芯包邊界以?xún)?nèi)形成全反射，從而將光線(xiàn)限制在光纖中傳播。5什么是傳導(dǎo)模？推導(dǎo)相位一致條件，并說(shuō)明其物理意義。答：（1）能在光纖中長(zhǎng)距離傳播的模式稱(chēng)之為傳導(dǎo)模，簡(jiǎn)稱(chēng)導(dǎo)模。（2）k0n1ABAB2a即：根據(jù)平面幾何知識(shí)，可化簡(jiǎn)為：（3）光波在有限空間傳播時(shí)，形成駐波。因此，當(dāng)光波橫向傳播一個(gè)周期時(shí)，其波相位變化2的整數(shù)倍，才會(huì)相干加強(qiáng)形成駐波，否則相干抵消。6在均勻光纖中，為什么單模光纖的芯徑和相對(duì)折射率差比多模光纖??？答：光纖單模傳輸?shù)臈l件是光纖的歸一化頻率V要小于次低階模的歸一化截止頻率Vc，即：；當(dāng)時(shí)，光纖進(jìn)行多模傳輸。而。因此，單模光纖的芯徑a和相對(duì)折射率差比多模光纖小。7均勻光纖纖芯和包層的折射率分別為n1=1.50，n2=1.45，光纖的長(zhǎng)度L=10Km。試求：（1）光纖的相對(duì)折射率差；（2）數(shù)值孔徑NA；（3）若將光纖的包層和涂敷層去掉，求裸光纖的NA和相對(duì)折射率差。解：（1） （2） （3）若將光纖的包層和涂敷層去掉，則相當(dāng)于包層的折射率n2=1，則而最大為1，所以說(shuō)只要光纖端面的入射角在90O以?xún)?nèi)，就可以在光纖中形成全反射。8已知階躍型光纖，纖芯折射率n1=1.50，相對(duì)折射率差=0.5%，工作波長(zhǎng)0=1.31m，試求：（1）保證光纖單模傳輸時(shí)，光纖的纖芯半徑a應(yīng)為多大？（2）若a=5m，保證光纖單模傳輸時(shí)，n2應(yīng)如何選擇？解：（1）因?yàn)槭请A躍型光纖，所以歸一化截止頻率Vc2.405；（2）若a=5m，保證光纖單模傳輸時(shí)， 9已知拋物線(xiàn)型漸變多模光纖，纖芯軸線(xiàn)處的最大折射率n(o)1.50，相對(duì)折射率5%，纖芯半徑2a=50m，工作波長(zhǎng)0=0.85m。試求此光纖可傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)。解：因?yàn)椋簰佄锞€(xiàn)型漸變多模光纖，2所以：所以該拋物線(xiàn)型漸變多模光纖為多模傳輸，可傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)為：10證明：垂直極化波和水平極化波的反射系數(shù)和傳遞系數(shù)的表達(dá)式（略）。垂直極化波： 水平極化波： 11根據(jù)上題證明的結(jié)果，推導(dǎo)垂直極化波和水平極化波在全反射情況下介質(zhì)1和介質(zhì)2中場(chǎng)的表達(dá)式，并簡(jiǎn)要說(shuō)明介質(zhì)1和介質(zhì)2中波的特點(diǎn)。答：垂直極化波在全反射情況下令：在介質(zhì)1中，既有入射波，又有反射波，并且入射波和反射波電場(chǎng)方向相同，因此合成波可在直角坐標(biāo)系下展開(kāi)，并表示為：所以，全反射情況下介質(zhì)1中波的特點(diǎn)是沿X方向按三角函數(shù)規(guī)律變化，說(shuō)明能量在X方向上不傳播，波呈駐波分布。沿Z方向呈行波狀態(tài)，說(shuō)明合成波是沿Z方向傳播的，其相位傳播常數(shù)為在介質(zhì)2中只有傳遞波： 由于： 所以：因此，全反射情況下介質(zhì)2中波的特點(diǎn)是沿Z方向呈行波分布，且傳播常數(shù)與介質(zhì)1中的相同；隨X方向變化的因子是，說(shuō)明波的幅度隨離開(kāi)界面的距離按指數(shù)形式衰減，衰減的快慢由參數(shù)決定。12簡(jiǎn)述TEM波、TE波、TM波、EH波和HE波各自的特點(diǎn)。弱導(dǎo)光纖中存在哪些類(lèi)型的波？為什么不存在TEM波？答：（1）TEM波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向與波的傳播方向垂直，即在傳播方向上既沒(méi)有磁場(chǎng)分量也沒(méi)有電場(chǎng)分量，且三者兩兩相互垂直。TE波在傳播方向上只有磁場(chǎng)分量而沒(méi)有電場(chǎng)分量；TM波在傳播方向上只有電場(chǎng)分量而沒(méi)有磁場(chǎng)分量；EH波在傳播方向上既有磁場(chǎng)分量又有電場(chǎng)分量，但以電場(chǎng)分量為主；HE波在傳播方向上既有磁場(chǎng)分量又有電場(chǎng)分量，但以磁場(chǎng)分量為主。（2）在弱導(dǎo)光纖中存在TE波、TM波、EH波和HE波四種波型。（3）TEM波在傳播方向（Z方向）上既沒(méi)有電場(chǎng)分量，又沒(méi)有磁場(chǎng)分量。即Ez0、Hz0。如果光纖中存在TEM波，則根據(jù)Ez、Hz的表達(dá)式可以得到AB0，從而得到Er、E、Hr、E都為零，即光纖中不存在電磁場(chǎng)，所以光纖中根本不存在TEM波。13模的特性是用哪些參數(shù)來(lái)衡量的？各描述的是什么含義？答：模的特性可以用三個(gè)特征參數(shù)U、W和來(lái)描述。其中：U表示導(dǎo)模場(chǎng)在纖芯內(nèi)部的橫向分布規(guī)律；W表示表示導(dǎo)模場(chǎng)在纖芯外部的橫向分布規(guī)律；U和W結(jié)合起來(lái)，就可以完整地描述導(dǎo)模的橫向分布規(guī)律。是軸向的相位傳播常數(shù)，表明導(dǎo)模的縱向傳輸特性。14根據(jù)TE0n和TM0n模在弱導(dǎo)光纖中的特征方程證明TE0n和Tm0n模在截止?fàn)顟B(tài)下有：證明：根據(jù)貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)，當(dāng)W0時(shí)， 模式處于臨界狀態(tài)時(shí)，W0，對(duì)應(yīng)的徑向歸一化相位常數(shù)記為Uc。若Uc0，則，成為不定型，所以Uc0，只有15根據(jù)HEmn模在弱導(dǎo)光纖中的特征方程試求：HE11、HE12、HE21和HE22模的歸一化截止頻率Vc。解：（1）當(dāng)m1時(shí)，HE1n在臨界狀態(tài)下的特征方程即：Uc0、3.83171、7.01559、10.17347、13.32369，（2）當(dāng)m2時(shí)，HEmn在臨界狀態(tài)下的特征方程即：根據(jù)貝塞爾函數(shù)的遞推公式：所以：Uc0，則，成為不定型，所以：Uc0，此時(shí)只有 當(dāng)m=2時(shí)，Uc2.40483、5.52008、8.65373、11.79153，所以，HE11、HE12、HE21和HE22模的歸一化截止頻率Vc分別為：HE11模Vc0HE12模Vc3.83171HE21模Vc2.40483HE22模Vc5.5200816根據(jù)EHmn模在弱導(dǎo)光纖中的特征方程試求：EH11、EH12、EH21和EH22模在遠(yuǎn)離截止時(shí)的徑向歸一化相位常數(shù)U值。解：遠(yuǎn)離截止時(shí)，W。根據(jù)：從而得到： U（EH11）215.13562，U（EH12）228.41724U（EH21）316.38016U（EH22）329.7610217如果在導(dǎo)弱光纖中存在EH21模，則光纖中至少還存在哪些模式？如果光纖中只讓HE11模存在，則光纖的歸一化頻率V必須滿(mǎn)足什么條件？答：如果在導(dǎo)弱光纖中存在EH21模，則光纖中至少還存在HE11、TE01、TM01三種模式。如果光纖中只讓HE11模存在，則光纖的歸一化頻率V必須小于2.40483。18已知階躍型多模光纖，其纖芯半徑a=8m，纖芯折射率n1=1.46，相對(duì)折射率差=1%，工作波長(zhǎng)0=1.31m。試求此階躍型光纖中可傳輸哪些模式？解：所以，此階躍型光纖中可傳輸HE11、TE01、TM01、HE21、EH11、HE12、HE31、EH21、HE41、TE02、TM02、HE22、EH31、HE51、EH12、HE13、HE32共17種模式。19光纜的典型結(jié)構(gòu)有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？答：光纜的基本結(jié)構(gòu)按纜芯組件的不同一般可以分為層絞式、骨架式、束管式和帶狀式四種。層絞式光纜的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于傳統(tǒng)的電纜結(jié)構(gòu)方式，加強(qiáng)構(gòu)件位于光纜的中心，屬中心加強(qiáng)構(gòu)件配置方式，制造較容易，光纖數(shù)量較少（例如12芯以下）時(shí)多采用這種結(jié)構(gòu)。骨架式光纜中結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)光纖保護(hù)較好，耐壓、抗彎性能較好，節(jié)省了松套管材料和相應(yīng)的工序，但也對(duì)放置光纖入槽工藝要求高。束管式結(jié)構(gòu)的光纜體積小、重量輕、制造容易、成本低，是更能發(fā)揮光纖優(yōu)點(diǎn)的光纜結(jié)構(gòu)之一。帶狀式結(jié)構(gòu)光纜是一種空間利用率最高的光纜，優(yōu)點(diǎn)是可容納大量的光纖（一般在100芯以上），作為用戶(hù)光纜可滿(mǎn)足需要；同時(shí)每個(gè)單元的接續(xù)可以一次完成，以適應(yīng)大量光纖接續(xù)、安裝的需要。20光纜進(jìn)潮進(jìn)水有哪些危害？光纜在結(jié)構(gòu)上是如何防潮防水的？答：（1）水進(jìn)入光纜后，會(huì)在光纖中產(chǎn)生OH吸收損耗，使信道總衰減增大，甚至使通信中斷；（2）水和潮氣進(jìn)入光纜后，使光纖材料的原子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷，導(dǎo)致光纖的抗拉強(qiáng)度降低；（3）會(huì)造成光纜中金屬構(gòu)件的腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致光纜強(qiáng)度降低；（4）水和潮氣進(jìn)入光纜后，遇到低溫時(shí)，水結(jié)冰后體積增大，可能壓壞光纖。因此為了保證光纖的特性不致劣化，在光纖和光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工和維護(hù)中都采取了一系列的防水措施。一般直埋光纜從外到內(nèi)有聚乙烯外護(hù)套、金屬護(hù)層、聚乙烯內(nèi)護(hù)套、防水填充料、光纖松套管、油膏、光纖。21光纜型號(hào)是由哪幾部分構(gòu)成的？答：光纜的型號(hào)是由光纜的型式代號(hào)和光纖的規(guī)格兩部分構(gòu)成，中間用一短線(xiàn)分開(kāi)。22識(shí)別光纜型號(hào)GYFTY21-12J50/125（30409）BGYZT53-24D8/125（303）A答：（1）GYFTY21-12J50/125（30409）B是非金屬加強(qiáng)構(gòu)件、填充式結(jié)構(gòu)、聚乙烯護(hù)套、雙鋼帶鎧裝、纖維外護(hù)層的通信用室外光纜，光纜內(nèi)有12根芯徑/包層直徑為50/125m的二氧化硅系多模漸變型光纖，在1.55m波長(zhǎng)上光纖的衰減系數(shù)不大于0.4dB/km，模式帶寬不大于900MHzkm，光纜的適用溫度范圍是-30+50。（2）GYZT53-24D8/125（303）A是金屬加強(qiáng)構(gòu)件、自承式填充式結(jié)構(gòu)、單鋼帶皺紋縱包、聚乙烯外護(hù)層的通信用室外光纜，光纜內(nèi)有24根模場(chǎng)直徑/包層直徑為8/125m的二氧化硅系單模光纖，在1.55m波長(zhǎng)上光纖的衰減系數(shù)不大于0.3dB/km，光纜的適用溫度范圍是-40+40。第三章光纖的傳輸特性1簡(jiǎn)述石英系光纖損耗產(chǎn)生的原因，光纖損耗的理論極限值是由什么決定的？光纖損耗吸收損耗本征吸收雜質(zhì)吸收原子缺陷吸收紫外吸收紅外吸收氫氧根（OH）吸收過(guò)渡金屬離子吸收瑞利散射損耗結(jié)構(gòu)不完善引起的散射損耗散射損耗彎曲損耗光纖彎曲損耗光纖微彎損耗答：（1）（2）光纖損耗的理論極限值是由紫外吸收損耗、紅外吸收損耗和瑞利散射決定的。2當(dāng)光在一段長(zhǎng)為10km光纖中傳輸時(shí)，輸出端的光功率減小至輸入端光功率的一半。求：光纖的損耗系數(shù)。解：設(shè)輸入端光功率為P1，輸出端的光功率為P2。則P12P2光纖的損耗系數(shù)3光纖色散產(chǎn)生的原因有哪些？對(duì)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)有何危害？答：（1）按照色散產(chǎn)生的原因，光纖的色散主要分為：模式（模間）色散、材料色散、波導(dǎo)色散和極化色散。（2）在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，色散會(huì)引起光脈沖展寬，嚴(yán)重時(shí)前后脈沖將相互重疊，形成碼間干擾，增加誤碼率，影響了光纖的傳輸帶寬。因此，色散會(huì)限制光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量和中繼距離。4為什么單模光纖的帶寬比多模光纖的帶寬大得多？答：光纖的帶寬特性是在頻域中的表現(xiàn)形式，而色散特性是在時(shí)域中的表現(xiàn)形式，即色散越大，帶寬越窄。由于光纖中存在著模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散和極化色散四種，并且模式色散材料色散波導(dǎo)色散極化色散。由于極化色散很小，一般忽略不計(jì)。在多模光纖中，主要存在模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散；單模光纖中不存在模式色散，而只存在材料色散和波導(dǎo)色散。因此，多模光纖的色散比單模光纖的色散大得多，也就是單模光纖的帶寬比多模光纖寬得多。5均勻光纖纖芯和包層的折射率分別為n1=1.50，n2=1.45，光纖的長(zhǎng)度L=10km。試求：（1）子午光線(xiàn)的最大時(shí)延差；（2）若將光纖的包層和涂敷層去掉，求子午光線(xiàn)的最大時(shí)延差。解：（1）（2）若將光纖的包層和涂敷層去掉，則n2=1.06一制造長(zhǎng)度為2km的階躍型多模光纖，纖芯和包層的折射率分別為n1=1.47，n2=1.45，使用工作波長(zhǎng)為1.31m，光源的譜線(xiàn)寬度3nm，材料色散系數(shù)Dm6ps/nmkm，波導(dǎo)色散w0，光纖的帶寬距離指數(shù)0.8。試求：（1）光纖的總色散；（2）總帶寬和單位公里帶寬。解：（1） （2）7一制造長(zhǎng)度為2km的拋物線(xiàn)型漸變多模光纖，纖芯軸線(xiàn)處的折射率n(0)1.5，包層的折射率nC=1.48，使用工作波長(zhǎng)為0.85m，光源的譜線(xiàn)寬度6nm，材料色散系數(shù)Dm15ps/nmkm，波導(dǎo)色散w10 ps，光纖的帶寬距離指數(shù)0.9。試求：（1）光纖的總色散；（2）總帶寬和單位公里帶寬。解：（1） （2）8某系統(tǒng)使用工作波長(zhǎng)01.31m，譜線(xiàn)寬度5nm的光源和長(zhǎng)度為3km的階躍型光纖，其纖芯的折射率n1=1.458，相對(duì)折射率差0.8%，纖芯半徑a8m，光纖的材料色散系數(shù)Dm8ps/nmkm，波導(dǎo)色散w0，其帶寬速率比為0.8。試求光纖的模式畸變帶寬和波長(zhǎng)色散帶寬。解： 第四章習(xí)題參考答案1.光纖連接器的作用是什么？答：光纖連接器的作用是實(shí)現(xiàn)光纖之間活動(dòng)連接的光無(wú)源器件，它還具有將光纖與其它無(wú)源器件、光纖與系統(tǒng)和儀表進(jìn)行活動(dòng)連接的功能。2.我國(guó)常用的光纖連接器有哪些類(lèi)型？答：我國(guó)常用的光纖連接器有FC、SC和ST三種類(lèi)型連接器。3.光纖連接器的結(jié)構(gòu)有哪些種類(lèi)？分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)。答：光纖連接器的結(jié)構(gòu)主要有套管結(jié)構(gòu)、雙錐結(jié)構(gòu)、V形槽結(jié)構(gòu)、球面定心結(jié)構(gòu)和透鏡耦合結(jié)構(gòu)。套管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，加工技術(shù)能夠達(dá)到要求的精度，因而得到了廣泛應(yīng)用。雙錐結(jié)構(gòu)的精度和一致性都很好，但插針和基座的加工精度要求極高。V形槽結(jié)構(gòu)可以達(dá)到較高的精度，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件數(shù)量多。球面定心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想巧妙，但零件形狀復(fù)雜，加工調(diào)整難度大。透鏡耦合結(jié)構(gòu)降低了對(duì)機(jī)械加工的精度要求，使耦合更容易實(shí)現(xiàn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整元件多、接續(xù)損耗大。4.光纖耦合器的作用是什么？答：光纖耦合器的作用是將光信號(hào)進(jìn)行分路、合路、插入、分配。5.光纖耦合器常用的特性參數(shù)有哪些？如何定義這些參數(shù)。答：光纖耦合器常用的特性參數(shù)主要有：插入損耗、附加損耗、分光比、方向性、均勻性、偏振相關(guān)損耗、隔離度等。插入損耗定義為指定輸出端口的光功率相對(duì)全部輸入光功率的減少值。附加損耗定義為所有輸出端口的光功率總和相對(duì)于全部輸入光功率的減小值。分光比定義為耦合器輸出端口的輸出功率相對(duì)輸出總功率的百分比。方向性定義為在耦合器正常工作時(shí)，輸入端非注入光端口的輸出光功率與總注入光功率的比值。均勻性定義為在器件的工作帶寬范圍內(nèi)，各輸出端口輸出功率的最大變化量。偏振相關(guān)損耗是指當(dāng)傳輸光信號(hào)的偏振態(tài)發(fā)生360變化時(shí)，器件各輸出端口輸出光功率的最大變化量。隔離度是指某一光路對(duì)其他光路中的信號(hào)的隔離能力。6.簡(jiǎn)述系統(tǒng)對(duì)波分復(fù)用器與解復(fù)用器要求的異、同點(diǎn)。答：系統(tǒng)對(duì)波分復(fù)用器與解復(fù)用器共同的要求是：復(fù)用信道數(shù)量要足夠多、插入損耗小、串音衰減大和通帶范圍寬。波分復(fù)用器與波分解復(fù)用器的不同在于：解復(fù)用器的輸出光纖直接與光檢測(cè)器相連，芯徑與數(shù)值孔徑可以做得大些，因此制造低插入損耗的解復(fù)用器并不太難；而復(fù)用器的輸出光纖必須為傳輸光纖，不能任意加大芯徑和數(shù)值孔徑，而減小輸入光纖的芯徑和數(shù)值孔徑，又會(huì)增加光源到輸入光纖的耦合損耗，所以復(fù)用器的插入損耗一般比較大。7.光開(kāi)關(guān)的種類(lèi)有哪些？有哪些新的技術(shù)有待開(kāi)發(fā)？答：光開(kāi)關(guān)根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式可分為機(jī)械式光開(kāi)關(guān)和非機(jī)械式光開(kāi)關(guān)，根據(jù)工作原理可分為機(jī)械式光開(kāi)關(guān)、液晶光開(kāi)關(guān)、電光式光開(kāi)關(guān)和熱光式光開(kāi)關(guān)。有哪些新的技術(shù)有待開(kāi)發(fā)？（隨著材料、技術(shù)的發(fā)展會(huì)有不同的答案，建議根據(jù)當(dāng)時(shí)的文獻(xiàn)進(jìn)行回答）8.光隔離器的功能是什么？其主要技術(shù)參數(shù)是什么？答：光隔離器的功能是只允許光波向一個(gè)方向傳播，而阻止光波向其它方向特別是反方向傳播。主要技術(shù)參數(shù)有：插入損耗、隔離度。9.簡(jiǎn)述光隔離器的組成及各部分的作用。答：?jiǎn)文９饫w隔離器由起偏器、檢偏器和法拉第旋轉(zhuǎn)器三部分組成，如圖所示：入射光反射光起偏器法拉第旋轉(zhuǎn)器檢偏器起偏器的透振方向是垂直方向，即允許垂直偏振光順利通過(guò)；檢偏器的透振方向是45方向，即允許45方向上的偏振光順利通過(guò)；法拉第旋轉(zhuǎn)器使通過(guò)它的光的偏振方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45。10.一個(gè)簡(jiǎn)單的光隔離器需要多少偏振器來(lái)阻擋錯(cuò)誤方向傳輸?shù)墓?？答?個(gè)。11.當(dāng)一束光注入光纖時(shí)，由于菲涅爾反射、瑞利散射等原因，會(huì)有部分光傳回到注入端（稱(chēng)之為后向光），用光環(huán)行器在注入端可以將后向光分離出來(lái)，請(qǐng)畫(huà)出連接圖。答： 12.現(xiàn)有一束包含1550nm波長(zhǎng)的混合光，請(qǐng)用光纖光柵和光環(huán)行器設(shè)計(jì)一個(gè)光路將1550nm的光信號(hào)分離出來(lái)。答：第五章習(xí)題解答1、比較LED和LD，并說(shuō)明各自適應(yīng)的工作范圍。答：LED的發(fā)射光功率比LD要小，不適合長(zhǎng)距離系統(tǒng)；LED的光譜寬度比LD大得多，不適合長(zhǎng)距離系統(tǒng)；LED的調(diào)制帶寬比LD小得多，不適合長(zhǎng)距離系統(tǒng)；LED的溫度特性比LD好得多。所以，LED適應(yīng)于短距離小容量光纖通信系統(tǒng)，而LD適應(yīng)于長(zhǎng)距離大容量光纖通信系統(tǒng)。2、試說(shuō)明LED的工作原理。答：當(dāng)給LED外加合適的正向電壓時(shí)，Pp結(jié)之間的勢(shì)壘（相對(duì)于空穴）和Np結(jié)之間的勢(shì)壘（相對(duì)于電子）降低，大量的空穴和電子分別從P區(qū)擴(kuò)散到p區(qū)和從N區(qū)擴(kuò)散到p區(qū)（由于雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，p區(qū)中外來(lái)的電子和空穴不會(huì)分別擴(kuò)散到P區(qū)和N區(qū)），在有源區(qū)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，最終克服受激吸收及其它衰減而產(chǎn)生自發(fā)輻射的光輸出。3、試說(shuō)明LD的工作原理。答：當(dāng)給LD外加適當(dāng)?shù)恼螂妷簳r(shí)，由于有源區(qū)粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布而首先發(fā)生自發(fā)輻射現(xiàn)象，那些傳播方向與諧振腔高反射率界面垂直的自發(fā)輻射光子會(huì)在有源層內(nèi)部邊傳播、邊發(fā)生受激輻射放大（其余自發(fā)輻射光子均被衰減掉），直至傳播到高反射率界面由被反射回有源層，再次向另一個(gè)方向傳播受激輻射放大。如此反復(fù)，直到放大作用足以克服有源層和高反射率界面的損耗后，就會(huì)向高反射率界面外面輸出激光。4、為什么應(yīng)用單縱模LD光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率遠(yuǎn)大于使用LED光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率？答：因?yàn)閱慰v模LD的譜線(xiàn)寬度比LED的譜線(xiàn)寬度小得多，單縱模LD的調(diào)制帶寬比LED的調(diào)制帶寬大得多，所以單縱模LD光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率遠(yuǎn)大于使用LED光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率。5、若激光物質(zhì)的禁帶寬度為0.8eV。試問(wèn)該激光物質(zhì)所能輻射的光波長(zhǎng)是多少？答： =1.24/0.85（m） =1.556、光與物質(zhì)的相互作用有哪幾種方式？答：光與物質(zhì)的相互作用時(shí)，存在自發(fā)輻射、受激輻射及受激吸收三種基本過(guò)程。7、什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布？答：高能級(jí)上的電子數(shù)多于低能級(jí)上電子數(shù)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)。8、在光纖通信系統(tǒng)中，光源為什么要加正向電壓？答：利用外加適當(dāng)?shù)恼螂妷嚎梢詫?shí)現(xiàn)發(fā)光物質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，從而使物質(zhì)總體呈現(xiàn)發(fā)光過(guò)程。9、光發(fā)送機(jī)主要由哪些部分組成？各部分的作用是什么？答：光發(fā)送機(jī)主要由光源、驅(qū)動(dòng)電路及輔助電路等構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)電路的主要作用是為光源提供要求的驅(qū)動(dòng)電流；光源的主要作用是完成電光變換（光調(diào)制）；輔助電路主要完成自動(dòng)功率控制、自動(dòng)溫度控制及光源保護(hù)等功能。10、光調(diào)制方式有哪些？目前的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)采用的是數(shù)字調(diào)制方式？還是模擬調(diào)制方式？答：光調(diào)制方式主要按照光源與調(diào)制信號(hào)的關(guān)系及已調(diào)制信號(hào)的性質(zhì)兩種方式分類(lèi)。根據(jù)光源與調(diào)制信號(hào)的關(guān)系，可以將光源的調(diào)制方式分為直接調(diào)制方式和外部（或間接）調(diào)制方式；根據(jù)已調(diào)制信號(hào)的性質(zhì)，可以將光源的調(diào)制方式分為模擬調(diào)制方式和數(shù)字調(diào)制方式。從調(diào)制的本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，目前的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)采用的是模擬調(diào)制方式。11、若歸一化調(diào)制信號(hào)波形為x(t)=sint，試寫(xiě)出已調(diào)光信號(hào)的電場(chǎng)表達(dá)式和對(duì)應(yīng)的平均發(fā)送光功率表達(dá)式。答： PT=eT2(t) =KT21+msin(t)cos2(ct+0) = KT2/21+msin(t)+ KT2/21+msin(t) cos2(ct+0) = KT2/212、一個(gè)優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)電路一般要滿(mǎn)足哪些要求？答：能夠提供較大的、穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流；有足夠快的響應(yīng)速度，最好大于光源的驅(qū)動(dòng)速度；保證光源具有穩(wěn)定的輸出特性。13、在光發(fā)送機(jī)中，為什么要設(shè)置APC電路？答：主要是為了保持LD光發(fā)送機(jī)輸出的平均光功率達(dá)到穩(wěn)定，同時(shí)具有保護(hù)光源安全的作用。14、在光發(fā)送機(jī)中，主要應(yīng)用哪些類(lèi)型的自動(dòng)功率控制電路？答：在光發(fā)送機(jī)中，主要應(yīng)用普通電參數(shù)自動(dòng)功率控制電路和光電反饋?zhàn)詣?dòng)功率控制電路。15、為什么說(shuō)圖5.18電路具有連“0”保護(hù)作用？答：在輸入信號(hào)為連“0”時(shí)，A1和A3的輸出的增加基本相同，所以不會(huì)使光源的輸出光功率增加或增加很大，因此具有保護(hù)LD的功能。16、在光發(fā)送機(jī)中，為什么要設(shè)置ATC電路？答：為了保證光發(fā)送機(jī)具有穩(wěn)定的輸出特性，對(duì)LD的溫度特性進(jìn)行控制是非常必要的，而且對(duì)LD的溫度控制也是保護(hù)LD的一項(xiàng)關(guān)鍵措施。17、試敘述在溫度升高時(shí)圖5.20電路的工作過(guò)程。答：當(dāng)某種原因引起光源溫度升高時(shí)，熱敏電阻RT阻值降低，使由R1、R2、R3及RT組成的電橋失去平衡，A1放大器反向輸入端電位提高，使A1放大器輸出端電位降低，晶體三極管T提供的制冷電流增加。所以，半導(dǎo)體制冷器（Semiconductor Cooler，SCR）冷面溫度下降，致使安裝于半導(dǎo)體制冷器SCR冷面的LD溫度回落，直至基本恢復(fù)到原來(lái)的溫度。第六章習(xí)題解答1、在光纖通信系統(tǒng)中，使用最多的光電檢測(cè)器有哪些？它們分別使用于什么場(chǎng)合？答：在光纖通信系統(tǒng)中，使用最多的光電檢測(cè)器包括PINPD和APD兩種，它們分別使用于短距離小容量光纖通信系統(tǒng)和長(zhǎng)距離大容量光纖通信系統(tǒng)。2、光電檢測(cè)器是在什么偏置狀態(tài)下工作的？為什么要工作在這樣的狀態(tài)下？答：光電檢測(cè)器工作于負(fù)偏置狀態(tài)。只有工作于負(fù)偏置狀態(tài)，才能使材料的受激吸收占據(jù)主導(dǎo)地位，從而完成光電變換功能。3、在PINPD中，I層半導(dǎo)體材料的主要作用是什么？答：通過(guò)擴(kuò)展受激吸收的區(qū)域提高光電變換的效率及通過(guò)一定的內(nèi)建電場(chǎng)提高器件的響應(yīng)速度。4、簡(jiǎn)述PINPD的工作原理。答：當(dāng)光照射到PIN光電二極管的光敏面上時(shí)，會(huì)在整個(gè)耗盡區(qū)及耗盡區(qū)附近產(chǎn)生受激輻射現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電子空穴對(duì)。在外加電場(chǎng)作用下，這種光生載流子運(yùn)動(dòng)到電極。當(dāng)外部電路閉合時(shí)，就會(huì)在外部電路中有電流流過(guò)，從而完成光電的變換過(guò)程。5、在APD中，一般雪崩倍增作用只能發(fā)生于哪個(gè)區(qū)域？答：高場(chǎng)區(qū)（即雪崩倍增區(qū)）。6、簡(jiǎn)述APD的工作原理。答：當(dāng)光照射到APD的光敏面上時(shí)，由于受激吸收而在器件內(nèi)產(chǎn)生出一次電子空穴對(duì)。在外加電場(chǎng)作用下，一次電子空穴對(duì)運(yùn)動(dòng)到高場(chǎng)區(qū)，經(jīng)過(guò)反復(fù)的碰撞電離過(guò)程而形成雪崩倍增現(xiàn)象，從而產(chǎn)生出大量的二次電子空穴對(duì)。在外加電場(chǎng)的作用下，一次電子空穴對(duì)和二次電子空穴對(duì)一起運(yùn)動(dòng)到電極。當(dāng)外部電路閉合時(shí)，就會(huì)在外部電路中有電流流過(guò)，從而完成光電變換過(guò)程。7、光電檢測(cè)器的響應(yīng)度和量子效率有什么樣的關(guān)系？這兩個(gè)參數(shù)相互獨(dú)立嗎？答：響應(yīng)度從宏觀角度描述光電檢測(cè)器的光電變換效率，而量子效率則從微觀角度描述光電檢測(cè)器的光電變換效率。所以，響應(yīng)度和量子效率不是相互獨(dú)立的參數(shù)。8、光電檢測(cè)器的暗電流由哪些部分組成？這些組成部分分別對(duì)PINPD和APD的暗電流有何影響？答：由表面暗電流和體內(nèi)暗電流組成。對(duì)于PINPD，表面暗電流遠(yuǎn)大于體內(nèi)暗電流。對(duì)于APD，由于倍增效應(yīng)的存在，其體內(nèi)暗電流遠(yuǎn)大于表面暗電流。9、APD的倍增因子是否越大越好？為什么？答：當(dāng)MMOPT時(shí)，隨著M的增加，系統(tǒng)的信噪比（S/N）也隨著增大；當(dāng)M增大到MOPT時(shí)，系統(tǒng)的信噪比（S/N）達(dá)到最大；如果M再增大時(shí)，由于噪聲功率N的增加超過(guò)了信號(hào)功率S的增加，使得系統(tǒng)的信噪比（S/N）開(kāi)始變小。所以，在實(shí)際應(yīng)用中倍增因子并不是越大越好，而是應(yīng)該取最佳值。10、在非相干檢測(cè)方式或直接功率檢測(cè)方式中，什么說(shuō)光電檢測(cè)器實(shí)際是一個(gè)平方率檢測(cè)器？若光接收機(jī)接收的光信號(hào)電場(chǎng)為：試用理論證明之。答：在非相干檢測(cè)方式或直接功率檢測(cè)方式中，實(shí)際上是從解調(diào)信號(hào)的平方項(xiàng)中接收有用信號(hào)的。所以，常常稱(chēng)光電檢測(cè)器為平方率檢測(cè)器。從推導(dǎo)過(guò)程可以看出，有用信號(hào)是從平方項(xiàng)而來(lái)的。所以說(shuō)，光電檢測(cè)器實(shí)際是一個(gè)平方率檢測(cè)器。11、主要有哪些類(lèi)型的相干檢測(cè)方式？答：非相干檢測(cè)方式和相干檢測(cè)方式。12、試畫(huà)出光接收機(jī)的方框組成，并說(shuō)明各部分的作用。答：光電檢測(cè)器直接功率檢測(cè)方式原理組成前置放大器功率放大器均衡濾波器再生器AGC電路高壓變換器光電檢測(cè)器的主要作用是將接收的光信號(hào)變換成包括基本調(diào)制信號(hào)分量的電信號(hào)；前置放大器的主要作用是低噪聲接收；功率放大器（又稱(chēng)為主放大器）主要作用是信號(hào)幅度放大到適合再生的電信號(hào)；均衡濾波器作用是低通濾波和將信號(hào)波形變換成無(wú)碼間干擾的信號(hào)波形；再生器的作用是將接收的信號(hào)恢復(fù)成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)；AGC電路主要作用是穩(wěn)定光接收機(jī)輸出的信號(hào)幅度；高壓變換器是為APD提供合適的電壓（同時(shí)通過(guò)調(diào)整平均倍增因子大小，來(lái)進(jìn)一步穩(wěn)定光接收機(jī)的輸出信號(hào)幅度）。13、光接收機(jī)有哪些主要指標(biāo)？它們的定義是什么？答：光纖通信系統(tǒng)主要包括光接收機(jī)靈敏度和光接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍兩個(gè)指標(biāo)。所謂光接收機(jī)靈敏度，是指在一定誤碼率或信噪比（有時(shí)還要加上信號(hào)波形失真量）條件下光接收機(jī)需要接收的最小平均光功率。而光接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍，是指在一定誤碼率或信噪比（有時(shí)還要加上信號(hào)波形失真量）條件下光接收機(jī)允許的光信號(hào)平均光功率的變化范圍。14、出現(xiàn)在光電檢測(cè)器上的噪聲有哪些？哪些是屬于光電檢測(cè)器本身產(chǎn)生的噪聲？答：光電檢測(cè)器上的噪聲包括光檢測(cè)噪聲（有可能與信號(hào)強(qiáng)度相關(guān)的噪聲）、暗電流噪聲及背景輻射噪聲。光檢測(cè)噪聲和暗電流噪聲屬于光電檢測(cè)器本身產(chǎn)生的噪聲。15、為什么經(jīng)過(guò)噪聲處理后，光接收機(jī)的放大器通道可以看成線(xiàn)性通道？答：在噪聲分析中，光接收機(jī)放大器的噪聲已經(jīng)歸類(lèi)到前置放大器。所以，光接收機(jī)的放大器通道可以看成線(xiàn)性通道。16、為了避免使用煩瑣費(fèi)時(shí)的數(shù)值計(jì)算技術(shù)，在計(jì)算誤碼率時(shí)通常將概率密度函數(shù)近似為什么函數(shù)？答：為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般均將概率密度函數(shù)近似成高斯函數(shù)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的分析。17、什么是理想光接收機(jī)？為什么理想光接收機(jī)的靈敏度又稱(chēng)為理想光接收機(jī)的量子極限？答：光電檢測(cè)器暗電流為零、放大器無(wú)噪聲和系統(tǒng)帶寬無(wú)限大的光接收機(jī)稱(chēng)為理想光接收機(jī)。因?yàn)槔硐牍饨邮諜C(jī)靈敏度僅僅受到光檢測(cè)器量子噪聲的影響，所以又稱(chēng)為理想光接收機(jī)的量子極限。18、影響光接收機(jī)靈敏度的主要因素有哪些？答：輸入和輸出信號(hào)波形、非理想均衡濾波、直流光和背景光和判決閾值等。第七章光放大器復(fù)習(xí)思考題答案1 光放大器在光纖通信中有哪些重要用途？答：（1）利用光放大器代替原有的光電光再生中繼器，能夠大幅度延長(zhǎng)系統(tǒng)傳輸距離。（2） 在波分復(fù)用系統(tǒng)中，它一方面可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)的低成本放大，另一方面，可以補(bǔ)償波分復(fù)用器，波分解復(fù)用器、光纖光纜等無(wú)源器件帶來(lái)的損耗。（3） 光放大器在接入網(wǎng)中使用，可以補(bǔ)償由于光分支增加帶來(lái)的損耗，使得接入網(wǎng)服務(wù)用戶(hù)增加，服務(wù)半徑擴(kuò)大。（4） 光孤子通信必須依靠光放大器放大光信號(hào)，使光脈沖能量大到可以在光纖中滿(mǎn)足孤子傳輸條件，從而實(shí)現(xiàn)接近無(wú)窮大距離的電再生段傳輸。（5） 光放大器在未來(lái)的光網(wǎng)絡(luò)中必將發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的新用途。2 光放大器按原理可分為幾種不同的類(lèi)型？答：光放大器按原理不同大體上有三種類(lèi)型。（1） 摻雜光纖放大器，就是將稀土金屬離子摻于光纖纖芯，稀土金屬離子在泵浦源的激勵(lì)下，能夠?qū)庑盘?hào)進(jìn)行放大的一種放大器。（2） 傳輸光纖放大器，就是利用光纖中的各種非線(xiàn)性效應(yīng)制成的光放大器。（3）半導(dǎo)體激光放大器，其結(jié)構(gòu)大體上與激光二極管（Laser Diode，LD）相同。如果在法布里派羅腔（Fabry-Perot cavity，F(xiàn)-P）兩端面根本不鍍反射膜或者鍍?cè)鐾改t形成行波型光放大器。半導(dǎo)體光放大器就是行波光放大器。3 光放大器有哪些重要參數(shù)？答：光放大器參數(shù)主要有（1）增益；（2）增益帶寬；（3）飽和輸出光功率；（4）噪聲指數(shù)。4 簡(jiǎn)述摻雜光纖放大器的放大原理。答：在泵浦源的作用下，摻雜光纖中的工作物質(zhì)粒子由低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，得到了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，從而具有光放大作用。當(dāng)工作頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)光輸入時(shí)，信號(hào)光就會(huì)得到放大，這就是摻雜光纖放大器的基本工作原理。只是摻雜光纖放大器細(xì)長(zhǎng)的纖形結(jié)構(gòu)使得有源區(qū)能量密度很高，光與物質(zhì)的作用區(qū)很長(zhǎng)，有利于降低對(duì)泵浦源功率的要求。5 EDFA有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？答：EDFA之所以得到迅速的發(fā)展，源于它的一系列優(yōu)點(diǎn)：（1）工作波長(zhǎng)與光纖最小損耗窗口一致，可在光纖通信中獲得廣泛應(yīng)用。（2）耦合效率高。因?yàn)槭枪饫w型放大器，易于與光纖耦合連接，也可用熔接技術(shù)與傳輸光纖熔接在一起，損耗可降至0.1dB，這樣的熔接反射損耗也很小，不易自激。（3）能量轉(zhuǎn)換效率高。激光工作物質(zhì)集中在光纖芯子，且集中在光纖芯子中的近軸部分，而信號(hào)光和泵浦光也是在近軸部分最強(qiáng)，這使得光與物質(zhì)作用很充分。（4）增益高，噪聲低。輸出功率大，增益可達(dá)40dB，輸出功率在單向泵浦時(shí)可達(dá)14dBm，雙向泵浦時(shí)可達(dá)17dBm，甚至可達(dá)20dBm，充分泵浦時(shí)，噪聲系數(shù)可低至34dB，串話(huà)也很小。（5）增益特性不敏感。首先是EDFA增益對(duì)溫度不敏感，在100C內(nèi)增益特性保持穩(wěn)定，另外，增益也與偏振無(wú)關(guān)。（6）可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的透明傳輸，即在波分復(fù)用系統(tǒng)中可同時(shí)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，高速率信號(hào)和低速率信號(hào)，系統(tǒng)擴(kuò)容時(shí)，可只改動(dòng)端機(jī)而不改動(dòng)線(xiàn)路。EDFA也有固有的缺點(diǎn)：（1）波長(zhǎng)固定，只能放大1.55mm左右的光波，換用其他基質(zhì)的光纖時(shí)，鉺離子能級(jí)也只能發(fā)生很小的變化，可調(diào)節(jié)的波長(zhǎng)有限，只能換用其它元素。（2）增益帶寬不平坦，在WDM系統(tǒng)中需要采用特殊的手段來(lái)進(jìn)行增益譜補(bǔ)償。6 EDFA有光纖通信中哪些應(yīng)用？答：EDFA在光纖通信中可以作用（1）光功率放大器；（2）光前置放大器；（3）光線(xiàn)路放大器；（4）本地網(wǎng)光放大器7 EDFA有哪些泵浦方式？答：（1）同向泵浦；（2）反向泵浦；（3）雙向泵浦8 簡(jiǎn)述喇曼光放大器的放大原理。答：當(dāng)入射激光功率增加到一定值時(shí)，光纖呈現(xiàn)非線(xiàn)性，入射激光發(fā)生散射，將一部分入射功率轉(zhuǎn)移到另一較低的頻率，如果這個(gè)低頻光與高頻光相比的頻率偏移量由介質(zhì)的振動(dòng)模式所決定，這就是光纖中的受激喇曼散射。受激喇曼散射時(shí)strokes光顯著增強(qiáng)，強(qiáng)度甚至可以和入射光功率相比擬，且具有一定的方向性和相干性。這時(shí)候如果泵浦光和信號(hào)光（信號(hào)光波長(zhǎng)在泵浦光的喇曼增益帶寬內(nèi)）通過(guò)光耦合器輸入光纖，當(dāng)這兩束光在光纖中一起傳輸時(shí)，泵浦光的能量通過(guò)SRS效應(yīng)轉(zhuǎn)移給信號(hào)光，使信號(hào)光得到放大。泵浦光和信號(hào)光分別在光纖的兩端輸入，在反向傳輸?shù)倪^(guò)程中同時(shí)能實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)的放大，這就是喇曼光纖放大器的工作原理。9 喇曼光纖放大器可分為哪兩種，它們各有什么特點(diǎn)？答：光纖喇曼放大器可分為兩類(lèi)：分立式喇曼放大器（Raman Amplifier，RA）和分布式喇曼放大器（Distributed Raman Fiber，DRA）。分立式喇曼放大器所用的光纖增益介質(zhì)比較短，一般在10km以?xún)?nèi)，泵浦功率要求很高，一般在幾瓦到幾十瓦特，可產(chǎn)生40dB以上的高增益，像EDFA一樣用來(lái)對(duì)信號(hào)光進(jìn)行集中放大，因此主要用于EDFA無(wú)法放大的波段。分布式喇曼放大器要求的光纖比較長(zhǎng)，可達(dá)100km左右，泵浦源功率可降低至幾百毫瓦，主要輔助EDFA用于WDM通信系統(tǒng)的中繼放大。分布式光纖喇曼技術(shù)可大大降低信號(hào)的入射功率，同時(shí)保持適當(dāng)?shù)墓庑旁氡取?0. 喇曼光纖放大器的有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？答：FRA具有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）增益波長(zhǎng)由泵浦光波長(zhǎng)決定，只要泵浦源的波長(zhǎng)適當(dāng)，理論上可以得到任意波長(zhǎng)的信號(hào)放大，增益譜調(diào)節(jié)方式可通過(guò)優(yōu)化配置泵浦光波長(zhǎng)和強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣的FRA就可擴(kuò)展到EDFA不能使用的波段，為波分復(fù)用進(jìn)一步增加容量拓寬了空間。（2）增益介質(zhì)可以為傳輸光纖本身，如此實(shí)現(xiàn)的FRA稱(chēng)為分布式放大，因?yàn)榉糯笫茄毓饫w分布作用而不是集中作用，光纖中各處的信號(hào)光功率都比較小，從而可降低各種光纖非線(xiàn)性效應(yīng)的影響，這一點(diǎn)與EDFA相比優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯，因?yàn)樵鲆娼橘|(zhì)是光纖本身，即使泵浦源失效，也不會(huì)增加額外的損耗，而EDFA只能放大它能放大的波段，對(duì)不能放大的波段由于光纖摻雜的作用會(huì)大大增加信號(hào)光的損耗，將來(lái)如果發(fā)展到全波段，只能用波分復(fù)用器將信號(hào)分開(kāi)，讓它放大它只能放大的波段，其它波段則需要另外的光放大器。使得EDFA插入損耗小的優(yōu)點(diǎn)消失。在分布式FRA卻能夠在線(xiàn)放大，不需要引入其它介質(zhì)。（3）噪聲指數(shù)低，可提升原系統(tǒng)的信噪比。它配合EDFA使用可大大提升傳輸系統(tǒng)的性能。降低輸入信號(hào)光功率或增加中繼距離。（4）喇曼增益譜比較寬，在普通光纖上單波長(zhǎng)泵浦可實(shí)現(xiàn)40nm范圍的有效增益，；如果采用多個(gè)泵浦源，則可容易地實(shí)現(xiàn)寬帶放大。（5）FRA的飽和功率比較高，有利于提高信號(hào)的輸出光功率。 （6）喇曼放大的作用時(shí)間為飛秒（1015s）級(jí)，可實(shí)現(xiàn)超短脈沖的放大。FRA主要有以下缺點(diǎn)。（1）喇曼光纖放大器所需要的泵浦光功率高，分立式要用幾瓦到幾十瓦，分布式要用到幾百毫瓦，正是因?yàn)檫@些因素才限制了FRA的發(fā)展。不過(guò)目前已經(jīng)有了功率達(dá)幾十瓦的高功率半導(dǎo)體激光器。不過(guò)目前價(jià)格還比較昂貴。它也是決定FRA能否迅速商品化的主要前提。（2）作用距離太長(zhǎng)，增益系數(shù)偏低，分立式FRA作用距離為幾公里，放大可達(dá)40dB，分布式喇曼放大器作用距離為幾十到上百公里，增益只有幾個(gè)dB到十幾個(gè)dB，這就決定了它只能適合于長(zhǎng)途干線(xiàn)網(wǎng)的低噪聲放大。（3）對(duì)偏振敏感，泵浦光與信號(hào)光方向平行時(shí)增益最大，垂直時(shí)增益最小為0，由于目前使用的普通光纖都不保偏，模式混擾的原因使得表現(xiàn)為增益偏振無(wú)關(guān)。11喇曼光纖放大器使用過(guò)程一定要注意安全，我們?cè)谄綍r(shí)維護(hù)過(guò)程中應(yīng)從哪幾個(gè)方面引起注意？答：喇曼光纖放大器一般有幾組不同波長(zhǎng)高功率激光器同時(shí)泵浦，泵浦總功率甚至超過(guò)30dBm，所以在使用時(shí)特別要注意光纜線(xiàn)路安全、儀表設(shè)備安全和人身安全。目前商用的喇曼放大器一般都是后向泵浦，泵浦光從信號(hào)光的輸入端反向輸出，這與我們平時(shí)維護(hù)其他設(shè)備完全不同。后向泵浦光功率一般很高，超出了機(jī)房一般光功率計(jì)，包括光譜分析儀的測(cè)試范圍，不要試圖直接測(cè)試泵浦光的輸出功率。泵浦光波長(zhǎng)在光纖里傳輸損耗較小，如果喇曼光纖放大器沒(méi)有斷開(kāi)，100km之外的光時(shí)域分析儀（OTDR）的光檢測(cè)器件完全可能被燒毀。裸眼短時(shí)間可容忍的激光功率為1mW，400mW的漫反射光都可能對(duì)人眼造成傷害，無(wú)論機(jī)房維護(hù)還是光纜施工，都不要去直視或使用顯微鏡觀察帶有激光的光纖端面。連接喇曼光纖放大器的尾纖端面要求為APC或更低反射損耗端面，而且要保證端面清潔，否則會(huì)燒毀尾纖，尾纖的彎曲半徑過(guò)小同樣會(huì)燒毀尾纖。接近喇曼放大器端至少25km里的光纜固定熔接點(diǎn)要求熔接質(zhì)量良好，否則會(huì)燒壞熔接點(diǎn)或者降低喇曼光纖放大器的增益。12. 簡(jiǎn)述布里淵放大器的光放大原理。答：物體內(nèi)部會(huì)持續(xù)產(chǎn)生微弱的聲波，這種聲波的頻率很高（一般在109Hz左右），人耳是聽(tīng)不見(jiàn)的，它對(duì)通過(guò)物質(zhì)的光波會(huì)產(chǎn)生作用。根據(jù)光波的多普勒效應(yīng)，推導(dǎo)出布里淵散射公式： n0、ns、np分別代表入射光、散射光和超聲波的頻率，n代表超聲波的速度，c是光波的傳播速度，n是物質(zhì)的折射率，q為散射光傳播方向和入射光傳播方向之間的夾角。當(dāng)光場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值（ITU規(guī)范中對(duì)G.652光纖的門(mén)限功率建議在1320nm處為6.4mW，1550nm處為5.3mW）時(shí)，由于材料和物質(zhì)之間光的往復(fù)傳播，就出現(xiàn)多級(jí)波長(zhǎng)間隔相等的受激布里淵光波。就石英光纖而言，這個(gè)頻率間隔約在11GHz左右。在光纖通信領(lǐng)域，SBS未來(lái)最有可能的用途就是受激布里淵放大器。受激布里淵放大器與受激喇曼（SRS）放大器相比，其增益要高300倍左右。目前它的應(yīng)用主要受限于布里淵頻移量比較小（一般只有十幾GHz左右）。但是，隨著復(fù)用波長(zhǎng)數(shù)目的增加，有關(guān)它的研究又多了起來(lái)，它可能成為高增益、低噪聲的光纖放大器。13. 簡(jiǎn)述SOA光放大原理。答：半導(dǎo)體激光放大器，其結(jié)構(gòu)大體上與激光二極管（Laser Diode，LD）相同。如果在法布里派羅腔（Fabry-Perot cavity，F(xiàn)-P）兩端面根本不鍍反射膜或者鍍?cè)鐾改t形成行波型光放大器。半導(dǎo)體光放大器就是行波光放大器。由于半導(dǎo)體放大器具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、壽命長(zhǎng)、易于同其它光器件和電路集成、適合批量生產(chǎn)、成本低以及可實(shí)現(xiàn)增益兼開(kāi)關(guān)功能等特性，在全光波長(zhǎng)變換、光交換、譜反轉(zhuǎn)、時(shí)鐘提取、解復(fù)用中的應(yīng)用受到了廣泛的重視，特別是目前應(yīng)變量子阱材料的半導(dǎo)體光放大器的研制成功，已引起人們對(duì)SOA的廣泛研究興趣。14. EDFA與EDWA有什么區(qū)別？答：摻鉺波導(dǎo)放大器（EDWA）是由嵌入非晶體摻鉺玻璃基片上的波導(dǎo)組成的。鉺原子在1550nm光纖窗口上提供增益。摻鉺波導(dǎo)放大器固有的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，它不需要數(shù)以米計(jì)的光纖，并且能夠集成多種功能，其小巧的尺寸很適合于有限的空間。目前，最小的摻鉺波導(dǎo)放大器模塊可以在1535nm波長(zhǎng)窗口上獲得15dB的增益，其體積只有130 mm11 mm6mm。另外，