2014《光纖通信》試題及詳解

1、2013-2014年度教學(xué)質(zhì)量綜合評估測驗(yàn)試卷光纖通信試題注：1、開課學(xué)院：通信與信息工程學(xué)院。 命題組：通信工程教研組張延鋒 2、考試時(shí)間：90分鐘。 試卷滿分：100分。 3、請考生用黑色或藍(lán)色中性筆作答，考試前提前帶好必要物件（含計(jì)算器）。 4、所有答案請寫于相應(yīng)答題紙的相應(yīng)位置上，考試結(jié)束后請將試卷與答題紙一并上交?？偡忠欢奈辶甙司攀?002018302012試題如下：一、 選擇題（每小題僅有一個(gè)選項(xiàng)是符合題意要求的，共10小題，每小題2分，共20分）1、G.653光纖是指 A.漸變多模光纖 B.標(biāo)準(zhǔn)單模光纖 C.色散位移光纖 D.非零色散光纖2、目前EDFA采用的泵浦波長是A0

2、.85m和1.3mB0.85m和1.48m C0.98m和1.48m D0.98m和1.55m3、以下是階躍折射率光纖HE11低階模式的橫向電場截面分布圖的是 A B C D4、以下不是單模光纖的非線性效應(yīng)的是A.自相位調(diào)制SPM B.交叉相位調(diào)制XPMC. 偏振模色散PMD D. 四波混頻FWM5、具有低閾值電流、可高溫工作、譜線寬度窄和調(diào)制速度高的優(yōu)點(diǎn)的激光器是A.量子阱激光器 B.分布式反饋DFB激光器 C.垂直腔面發(fā)射激光器 D.分布式布拉格反射DBR激光器6、下面哪一種器件只允許光單方向傳輸A.隔離器 B.光開關(guān) C.耦合器 D.連接器7、光纜的架空辦法有兩種，分別是 用水泥管道安裝

3、 定滑輪牽引法 纜盤移動放出法 在頂棚內(nèi)敷設(shè)A. 和 B. 和 C. 和 D. 和8、ITU-T G.692建議，WDM系統(tǒng)的工作波長目前是在 A.S波段 B.C波段 C.L波段 D.P波段9、以下不是SDH/SONET網(wǎng)絡(luò)的基本設(shè)備的是A.終端復(fù)用器TM B.分插復(fù)用器ADM C.再生器REG D.光交叉連接器OXC10、下列哪一個(gè)不是自動交換光網(wǎng)絡(luò)ASON的特點(diǎn)？ A.實(shí)現(xiàn)靈活的Mesh組網(wǎng) B.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn) C.縮短業(yè)務(wù)建立時(shí)間 D.頻率選擇性極好二、 填空題（本題共三部分，每部分6分，共18分）（一）、基本概念及基本理論填空（每空1分，共4小題6小空，共6分）11、光纖通信與其他形

4、式通信的主要區(qū)別有兩點(diǎn)，一是 ，二是用光纖作為傳輸介質(zhì)。12、外調(diào)制器是利用晶體的電光、磁光和 等效應(yīng)對光輻射進(jìn)行調(diào)制，即在光源光輻射產(chǎn)生后再加載調(diào)制信號。13、幾何光學(xué)分析法是用射線光學(xué)理論分析光纖中光傳輸特性的方法，這種分析方法的前提條件是 。14、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、 是激光器獲得激光的條件，除此之外，產(chǎn)生激光還必須滿足 。15、數(shù)字傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)就是要通過器件的適當(dāng)選擇以減少 的影響，確保系統(tǒng)達(dá)到要求的性能。（二）、基本運(yùn)算能力填空（每小題3分，共2小題，共6分）16、光接收機(jī)的動態(tài)范圍D是指在保證系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)要求下，接收機(jī)的最低光功率Pmin和最大允許光功率Pmax之比，現(xiàn)知Pmin和

5、Pmax分別是10W和100W，則其動態(tài)范圍D為 。17、對于單縱模激光器，定義邊模抑制比MSR為主模功率P主與次邊摸功率P邊之比，它是半導(dǎo)體激光器頻譜純度的一種度量，若P主=10dBm，P邊=1dBm，則MSR為 。（三）、名詞解釋填空（每小題2分，共3小題，共6分）18、消光比： 。19、暗電流： 。20、電光延遲： 。三、 簡答畫圖題（本題共兩部分，每部分15分，共30分）（一）、按要求簡答各題（每小題5分，共3小題，共15分）21、請簡述光波分復(fù)用技術(shù)的基本原理。22、為了獲得EDFA較為平坦的增益特性，增大EDFA的帶寬，常采用的兩種方法是什么？。23、可調(diào)諧外腔激光器不用做WDM光

6、源而只作為測試用光源的原因是什么？（二）、按題要求畫圖或據(jù)圖回答問題（共2小題，共15分）24、請畫出邊發(fā)光二極管、面發(fā)光二極管、超輻射發(fā)光二極管的P-I特性曲線，且畫在同一幅圖中。（7分）25、閱讀下圖，按要求完成各題。（8分）激光器驅(qū)動器外調(diào)制器未調(diào)制光信號 已調(diào)制光信號 電信號（1）在2.5Gb/s 的高速率光纖通信系統(tǒng)中，不采用直接調(diào)制方式，而必須使用外調(diào)制器的原因是 。（3分）（2）外調(diào)制下的光源是在 （選填“直流”或“交流”）狀態(tài)下工作，因而避免了激光器的 效應(yīng)。（2分）（3）光纖通信系統(tǒng)對調(diào)制的要求是：高的調(diào)制效率和 ；低的驅(qū)動電壓；低的 ； 。四、 綜合解答題（請按各題題意解答

7、，要求寫出必要的解題思想與具體公式，本題共2小題，每小題10分，共20分）26、（本小題10分）一階躍折射率光纖，已知纖芯和包層的折射率分別是：n1=1.48,n2=1.46,求：（1） 其臨界入射角c；（2）其臨界傳播角C；（3）其數(shù)值孔徑NA；（4）其最大接收角0；（5）是否能得知相對折射率差的大??？相對折射率差和光纖與光源之間的耦合效率有何關(guān)系？實(shí)際光纖對有什么要求？27、（本小題10分）設(shè)PIN光電二極管的量子效率為75，渡越時(shí)間為10ps。（1）計(jì)算該檢測器的3dB帶寬；（2）計(jì)算在1.3um和1.55um波長時(shí)的響應(yīng)度，并說明為什么在1.55um處光電二極管比較靈敏。五、 分析題（

8、請按要求寫出必要的解題過程，本題共1題，共12分）28、（本小題12分）已知某光纖參數(shù)如下：a=6m,=0.002,纖芯折射率為n1=1.5。若干HEmn模的截止頻率和若干EHmn模的截止頻率如表1和表2。表1 若干HEmn模的截止頻率模式HEmnHE21HE22HE23HE24HE31HE32HE33HE34截止頻率Vc2.0455.5208.65411.7923.8327.01610.17313.32表2 若干EHmn模的截止頻率模式EHmnEH11EH12EH13EH14EH21EH22EH23EH24截止頻率Vc3.3827.01610.17313.3245.1368.41711.62

9、014.79試問：（1） 當(dāng)光波長分別為1=1.55m，2=1.31m，3=0.85m時(shí)，光纖中能傳輸哪些導(dǎo)波模？（2） 從（1）中能看出波長與歸一化頻率、可傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量有何關(guān)系？可傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量與歸一化頻率的近似關(guān)系表達(dá)式是？（3） 歸一化頻率的值一般還決定了包層傳輸?shù)墓β收伎偣β实谋壤?，對于上例光波長為1=1.55m而言，若假設(shè)總功率為1000dBm，則包層傳輸?shù)墓β蔖包層為多少？評卷答案：一、 選擇題（每小題僅有一個(gè)選項(xiàng)是符合題意要求的，共10小題，每小題2分，共20分）1、 C 2、C 3、A 4、C 5、A6、A 7、D 8、B 9、D 10、D二、填空題（本題共三部分，每部分6分

10、，共18分）（一）、基本概念及基本理論填空（每空1分，共4小題6小空，共6分）11、載波頻率很高 12、聲光13、光的波長要遠(yuǎn)小于光線尺寸14、光學(xué)諧振腔，閾值條件15、系統(tǒng)噪聲（二）、基本運(yùn)算能力填空（每小題3分，共2小題，共6分）16、1 dB，注意單位！ 17、10（三）、名詞解釋填空（每小題2分，共3小題，共6分）18、分別代表邏輯1和邏輯0的最大功率與最小功率之比，通常以dB為單位衡量，它是數(shù)字傳輸時(shí)光源的一項(xiàng)重要參數(shù)。19、是指在PIN規(guī)定的反向電壓或者APDDE 90%擊穿電壓時(shí)，在無入射光情況下器件內(nèi)部的反向電流。20、就是在電信號到來時(shí)，光信號相對于電信號的時(shí)間延遲。三、簡答

11、畫圖題（本題共兩部分，每部分15分，共30分）（一）、按要求簡答各題（每小題5分，共3小題，共15分）21、答：光波分復(fù)用技術(shù)的基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來（復(fù)用）并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開（解復(fù)用），并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原始信號送入不同終端。22、為了獲得EDFA較為平坦的增益特性，增大EDFA的帶寬，常采用的兩種方法是采用新型寬譜帶摻雜光纖，如在纖芯中再加入鋁離子；在摻鉺光纖鏈路上放置均衡濾波器。23、調(diào)諧速度很慢，大約在ms量級。（二）、按題要求畫圖或據(jù)圖回答問題（共2小題，共15分）24、 P 超輻射發(fā)光二極管 面發(fā)光二

12、極管 邊發(fā)光二極管 O I發(fā)光二極管的P-I特性曲線25、（1）直接調(diào)制方式下，帶寬受半導(dǎo)體光源的震蕩頻率限制和光源啁秋效應(yīng)的存在。（2）直流，啁秋（3）寬的調(diào)制帶寬，插入損耗，高消光比。 四、綜合解答題（請按各題題意解答，要求寫出必要的解題思想與具體公式，本題共2小題，每小題10分，共20分）26、（本小題10分）解：（1）臨界入射角c=arcsin（n2n1）=arcsin（1.461.48）=80.60。（2）C=arcsin1-（n2n1）2=arcsin1-（1.461.48）2=9.4。（3）NA=sin0=（n12-n22）12=（1.482-1.462）12=0.242(4)

13、0=arcsinNA=140(5)數(shù)值孔徑NA在實(shí)際計(jì)算時(shí)還有另外的計(jì)算公式為：NA=sin0=（n12-n22）12=（2n12）12（n12-n22）12（2n12）12=n12則：=12（sin0n1）2=12（0.2421.48）2=0.。一般而言，相對折射率差大一些，光纖與光源之間的耦合效率就高一些，但是要過大的話，色散影響就越嚴(yán)重，實(shí)際光纖總有1。27、 （本小題10分）（1） （2）響應(yīng)度R定義為光生電流與輸入光功率之比，即 因?yàn)槿肷涔夤β蕦?yīng)于單位時(shí)間內(nèi)平均入射的光子數(shù)而入射光子以量子效率部分被吸收，并在外電路中產(chǎn)生光電流，則有響應(yīng)度 波長為1.3um時(shí)，(A/W)_ 波長為1

14、.55um時(shí)，(A/W) 由上式可知，在量子效率一定時(shí)，響應(yīng)度與波長成正比。所以由PIN在1.55um處的靈敏度高于在1.3um處。 五、 分析題（請按要求寫出必要的解題過程，本題共1題，共12分）28、（本小題12分）解：（1）我們先求出上述波長對應(yīng)的歸一化頻率V，然后將它們與前述各種模式歸一化截止頻率Vc相比較，凡是滿足VVc條件的模式都可以在光纖中傳輸。因?yàn)閂=2n1a2，所以有：V1=21n1a2=21.5510-61.5610-620.002=2.306V2=22n1a2=21.3110-61.5610-620.002=2.73V3=23n1a2=20.8510-61.5610-620.002=4.21當(dāng)1=1.55m時(shí)，0VcHE11V1=2.3062.045VcTE01，TM01，此時(shí)光纖中只能傳輸HE11導(dǎo)波模。當(dāng)2=1.31m時(shí)， 2.045VcTE01，TM01，HE21V2=2.7323.832VcHE31,EH11，此時(shí)光纖中只能傳輸TE01，TM01，HE21和HE11導(dǎo)波模。當(dāng)1=0.85m時(shí)，3.832VcHE31，EH11，HE12V3=4.215.136VcEH21，此時(shí)光纖中只能傳輸HE31，EH11，HE12，TE01，TM01，HE21和HE11導(dǎo)波模。故光纖中能傳輸?shù)膶?dǎo)波