《現(xiàn)代光纖通信技術(shù)及應(yīng)用》課后習(xí)題及參考答案

來源網(wǎng)絡(luò)侵權(quán)請聯(lián)系刪除第1章概述1－1、什么是光纖通信？參考答案：光纖通信(Fiber-opticcommunication)是以光作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式，其先將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，再透過光纖將光信號(hào)進(jìn)行傳遞，屬于有線通信的一種。光經(jīng)過調(diào)變后便能攜帶資訊。光纖通信利用了全反射原理，即當(dāng)光的注入角滿足一定的條件時(shí)，光便能在光纖內(nèi)形成全反射，從而達(dá)到長距離傳輸?shù)哪康摹?－2、光纖通信技術(shù)有哪些特點(diǎn)？參考答案：(1)無串音干擾，保密性好。(2)頻帶極寬，通信容量大。(3)抗電磁干擾能力強(qiáng)。(4)損耗低，中繼距離長。(5)光纖徑細(xì)、重量輕、柔軟、易于鋪設(shè)。除以上特點(diǎn)之外，還有光纖的原材料資源豐富，成本低;溫度穩(wěn)定性好、壽命長等特點(diǎn)。

1－3、光纖通信系統(tǒng)由哪幾部分組成？簡述各部分作用。參考答案：光纖通信系統(tǒng)最基本由光發(fā)送機(jī)、光接收機(jī)、光纖線路、中繼器以及無源器件組成。其中光發(fā)送機(jī)負(fù)責(zé)將信號(hào)轉(zhuǎn)變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑盘?hào)，光纖線路負(fù)責(zé)傳輸信號(hào)，而光接收機(jī)負(fù)責(zé)接收光信號(hào)，并從中提取信息，然后轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，最后得到對(duì)應(yīng)的話音、圖象、數(shù)據(jù)等信息。(1)光發(fā)送機(jī)：由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成，實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。其功能是將來自于電端機(jī)的電信號(hào)對(duì)光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號(hào)耦合到光纖或光纜去傳輸。(2)光接收機(jī)：由光檢測器和光放大器組成，實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號(hào)，經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后，再將這微弱的電信號(hào)經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端機(jī)去。(3)光纖線路：其功能是將發(fā)信端發(fā)出的已調(diào)光信號(hào)，經(jīng)過光纖或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測器上去，完成傳送信息任務(wù)。(4)中繼器：由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補(bǔ)償光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減;另一個(gè)是對(duì)波形失真的脈沖進(jìn)行整形。(5)無源器件：包括光纖連接器、耦合器等，完成光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合。

1－4、光纖通信新技術(shù)主要有哪幾種？參考答案：（1）相干光通信:相干光通信是指在相干光通信中主要利用了相干調(diào)制和外差檢測技術(shù)。（2）光孤子通信技術(shù):光孤子通信是光纖折射率的非線性（自相位調(diào)制）效應(yīng)導(dǎo)致對(duì)光脈沖的壓縮可以與群速色散引起的光脈沖展寬相平衡，在一定條件（光纖的反常色散區(qū)及脈沖光功率密度足夠大）下，光孤子能夠長距離不變形地在光纖中傳輸。（3）空間光通信:空間激光通信系統(tǒng)是指以激光光波作為載波，大氣作為傳輸介質(zhì)的光通信系統(tǒng)。（4）量子光通信:量子光通信的主要形式包括基于量子密鑰分發(fā)（QuantumKeyDistribution）的量子保密通信、量子密集編碼（QuantumDenseCoding）和量子隱形傳態(tài)（QuantumTeleportation）等。第2章光纖與光纜2－1、光纖主要有哪幾部分組成？參考答案：光纖由三個(gè)部分組成:纖芯、包層和涂敷層。2-2、光纖主要分類有哪些？

參考答案：（1）按光纖橫截面的折射率分布：分為階躍和漸變折射率分布光纖。此外還有：三角型折射率光纖、雙包層光纖、四包層光纖等。

（2）按光纖中傳導(dǎo)模式數(shù)量分類：光纖可以分為單模光纖和多模光纖兩類。

（3）按照光纖的材料，可以將光纖的種類分為石英光纖和全塑光纖。

（4）按其套塑層可分為緊套光纖與松套光纖。2－3、分析光纖導(dǎo)光的兩種基本方法是什么？參考答案：光線理論和波動(dòng)理論是分析光纖導(dǎo)光的兩種基本方法。（1）.光線理論光線理論又稱為幾何光學(xué)法，當(dāng)光波波長遠(yuǎn)小于光纖的橫向尺寸時(shí)，光可以用一條表示光波傳播方向的幾何線來表示。（2）.波動(dòng)方程理論為全面精確的分析光波導(dǎo)，可采用波動(dòng)理論，該方法基于電磁場理論分析光纖導(dǎo)光原理。2-4光纖色散概念及分類。參考答案：(1)、光纖色散的概念。

光纖色散是指由于光纖所傳輸?shù)男盘?hào)是由不同頻率成分和不同模式成分所攜帶的，不同頻率成分和不同模式成分的傳輸速度不同，從而導(dǎo)致信號(hào)的畸變。(2)、光纖色散的種類。

色散可分為：模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散3種。模式色散由信號(hào)不是單一模式攜帶所導(dǎo)致，也稱模間色散。材料色散和波導(dǎo)色散是由于同一個(gè)模式內(nèi)攜帶信號(hào)的光波頻率成分不同所導(dǎo)致的，所以也稱為模內(nèi)色散。2-5、光纖中的非線性效應(yīng)作用與分類。參考答案：光纖中的非線性效應(yīng)有兩方面的作用：一方面可以引起傳輸信號(hào)的附加損耗、波分復(fù)用系統(tǒng)中信道之間的串?dāng)_以及信號(hào)載波的移動(dòng)；另一方面可以被用來開發(fā)放大器、調(diào)制器等新型器件。

光纖的非線性可以分為：受激散射效應(yīng)和折射率擾動(dòng)。

受激散射效應(yīng)是光通過光纖介質(zhì)時(shí)，有一部分能量偏離預(yù)定的傳播方向，且光波的頻率發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫受激散射效應(yīng)。受激散射效應(yīng)有兩種形式：受激布里淵散射和受激拉曼散射。折射率擾動(dòng)主要引起四種非線性效應(yīng)：自相位調(diào)制（SPM）、交叉相位調(diào)制（XPM）、四波混頻（FWM）。2-6、常用于光纖通信系統(tǒng)的光纖有哪些？參考答案：(1)G.652標(biāo)準(zhǔn)單模光纖:G.652D是光纜中光纖的型號(hào)，代表的是非色散位移單模光纖，是目前國內(nèi)最廣泛應(yīng)用的一種單模光纖。(2)G.653色散移位光纖:G.653光纖（1550性能最佳光纖）,是一種把零色散波長從1.3μm移到1.55μm的色散位移光纖（DSF，Dispersion－ShiftedFiber）。（3）G.654衰減最小光纖:G.654大大改善了光纖的彎曲附加損耗。（4）G.655非零色散光纖:G.655光纖是一種在1550nm工作波長具有較小正色散或具有負(fù)色散的光纖。這種單模光纖的特點(diǎn)是在1530～1565nm工作窗口的色散不為零，保持有一個(gè)能夠抑制四波混頻的合適色散系統(tǒng)值。（5）G.656寬帶全波光纖:G.656光纖在1460～1624nm波長范圍具有大于非零值的正色散系數(shù)值，能有效抑制密集波分復(fù)用系統(tǒng)的非線性效應(yīng)。（6）G.657接入網(wǎng)用光纖:G.657光纖具有優(yōu)異的耐彎曲特性，主要工作在1310nm、1550nm和1625nm3個(gè)波長窗口，其更適用于實(shí)現(xiàn)FTTH的信息傳送、安裝在室內(nèi)或大樓等狹窄的場所。

（7）色散補(bǔ)償光纖:色散補(bǔ)償光纖（DCF，DispersionCompensatingFiber）是具有大的負(fù)色散光纖。它是針對(duì)現(xiàn)已鋪設(shè)的G652標(biāo)準(zhǔn)單模光纖而設(shè)計(jì)的一種新型單模光纖。2－7、光纜的結(jié)構(gòu)。參考答案：光纜一般由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層三部分組成。2-8、在均勻光纖中，為什么單模光纖的芯徑和相對(duì)折射率差Δ比多模光纖??？2-9、已知階躍折射率光纖中n1=1.52，n2=1.49。

（1）．光纖浸沒在水中(n0=1.33)，求光從水中入射到光纖輸入端面的光纖最大接收角；

（2）．光纖放置在空氣中，求數(shù)值孔徑。2-10、均勻光纖纖芯和包層的折射率分別為n1=1.50，n2=1.45，光纖的長度L=10Km。試求：（1）光纖的相對(duì)折射率差Δ；

（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Δ。2-11、已知階躍型光纖，纖芯折射率n1=1.50，相對(duì)折射率差Δ=0.5%，工作波長λ0=1.31μm，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=5μm，保證光纖單模傳輸時(shí)，n2應(yīng)如何選擇？2-12、一根數(shù)值孔徑為0.20的階躍折射率多模光纖在850波長上可以支持1000個(gè)左右的傳播模式，試問：（1）其纖芯直徑為多少？（2）在1310nm波長上可以支持多少個(gè)模？（3）在1550nm波長上可以支持多少個(gè)模？2-13、某光纖在1300nm處的損耗為0.6dB/km，在1550nm處的波長損耗為0.3dB/km。假設(shè)下面兩種光信號(hào)同時(shí)進(jìn)入光纖：1300nm波長的150w的光信號(hào)和1550nm波長的100w的光信號(hào)。試問這兩種光信號(hào)在8km和20km處的功率各是多少？以w為單位。2-14、當(dāng)光在一段長為10km光纖中傳輸時(shí)，輸出端的光功率減少至輸入端光功率的一半，求光纖的損耗系數(shù)。第3章光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)、3-1、能級(jí)躍遷過程有哪些？參考答案：受激吸收，受激輻射和自發(fā)輻射。3-2、什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？什么情況下能實(shí)現(xiàn)光放大？參考答案：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是指高能級(jí)粒子布居數(shù)大于低能級(jí)的粒子布居數(shù)。處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的介質(zhì)（叫激活介質(zhì)）可實(shí)現(xiàn)光放大。3-3比較半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管的異同。參考答案：半導(dǎo)體發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器類似，也是一個(gè)PN結(jié)，也是利用外電源向PN結(jié)注入電子來發(fā)光的。半導(dǎo)體發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光器最大的不同是半導(dǎo)體發(fā)光二極管沒有諧振腔，是無閾值器件，它的發(fā)光只限于自發(fā)輻射過程，發(fā)出的是熒光，半導(dǎo)體發(fā)光二極管最大的特點(diǎn)是：光譜較寬、線性好、溫度特性好、耦合效率低。3-4：何謂激光器的閾值電流？激光器的閾值電流與激光器的使用溫度、使用時(shí)間有什么關(guān)系？參考答案：當(dāng)半導(dǎo)體激光器外加激勵(lì)的能源功率（一般為電能源）超過某一臨界值時(shí)，激光物質(zhì)中的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)達(dá)到了一定程度，激光器才能克服光諧振腔內(nèi)的損耗而產(chǎn)生激光，此臨界值就它的閾值。3-5什么是直接調(diào)制？參考答案：直接調(diào)制是在光源上直接施加調(diào)制信號(hào)，使光源在發(fā)光過程中完成光的參數(shù)調(diào)制。3-6什么是直接調(diào)制？最常用方法是什么？參考答案：間接調(diào)制是利用晶體電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)等性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)激光輻射的調(diào)制，這種調(diào)制方式既適用于半導(dǎo)體激光器，也適應(yīng)于其他類型的激光器。間接調(diào)制最常用的是外調(diào)制的方法，即在激光形成以后加載調(diào)制信號(hào)。其具體方法是在激光器諧振腔外的光路上放置調(diào)制器，在調(diào)制器上加電壓，使調(diào)制器的某些物理特性發(fā)生相應(yīng)的變化，當(dāng)激光器通過它時(shí)，得到調(diào)制。3-7光發(fā)送機(jī)的概念、作用及構(gòu)成。參考答案：光發(fā)送機(jī)（Opticaltransmitter）是光傳輸網(wǎng)中的一類設(shè)備，和光接收機(jī)（Opticalreceiver）成對(duì)使用。光發(fā)送機(jī)將電信號(hào)轉(zhuǎn)成光信號(hào)，通過光纖發(fā)送，光接收機(jī)則將光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)。在光纖通信系統(tǒng)中，光發(fā)送機(jī)的作用是把從電端機(jī)送來的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào)，并送入光纖線路進(jìn)行傳輸。光發(fā)送機(jī)的作用是進(jìn)行電-光轉(zhuǎn)換。光發(fā)送機(jī)由輸入接口、光源、驅(qū)動(dòng)電路、監(jiān)控電路、控制電路等構(gòu)成，其核心是光源及驅(qū)動(dòng)電路。3-8光發(fā)送機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？參考答案：作為光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分，光發(fā)送機(jī)有許多技術(shù)指標(biāo)，其最主要的是如下幾項(xiàng)。

（1）．平均發(fā)光功率Ps（2）．譜寬δ

λ

(3)

．光源器件的壽命

。3-9光纖通信對(duì)光檢測器有哪些要求？參考答案：（1）靈敏度高（2）響應(yīng)速度快（3）噪聲小（4）穩(wěn)定可靠3-10光電二極管的PN結(jié)中間摻入一層濃度很低的N型半導(dǎo)體有什么作用？參考答案：光電二極管的PN結(jié)中間摻入一層濃度很低的N型半導(dǎo)體，就可以增大耗盡區(qū)的寬度，達(dá)到減小擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的影響，提高響應(yīng)速度的目的。3-11光發(fā)送機(jī)的作用及主要構(gòu)成是什么？參考答案：光接收機(jī)的作用是探測經(jīng)過傳輸?shù)奈⑷豕庑盘?hào)，并放大、再生成原發(fā)射的光信號(hào)。對(duì)強(qiáng)度調(diào)制的數(shù)字光信號(hào)，在接收端采用直接檢測(DD)方式時(shí)，光接收機(jī)組成部分主要有：光電探測器、光學(xué)接收系統(tǒng)、信號(hào)處理3-12光接收機(jī)主要的性能指標(biāo)是什么？參考答案：光接收機(jī)主要的性能指標(biāo)是誤碼率（BER）、靈敏度以及動(dòng)態(tài)范圍。3-13、一個(gè)半導(dǎo)體激光器平均每秒鐘注入4個(gè)電子空穴對(duì)發(fā)射一個(gè)光子，那么（1）計(jì)算該器件的量子效率；（2）當(dāng)禁帶寬度為0.8eV時(shí)，計(jì)算發(fā)射波長。（1）；（2）由得到3-14、已知一LED量子效率為1%，峰值波長為850nm，正向電流為50mA，求其發(fā)出的功率是多少？解：3-15、一個(gè)GaAsPIN光電二極管平均每三個(gè)入射光子產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)，假設(shè)所有電子都被收集，那么（1）計(jì)算該器件的量子效率；（2）在0.8m波段接收功率是10-7W，計(jì)算平均輸出光電流。（3）計(jì)算截止波長c。（GaAsPIN的ev）3-16、設(shè)PIN光電二極管的量子效率為80%，計(jì)算1.3m和1.55m波長時(shí)的響應(yīng)度，說明為什么在1.55m處光電二極管比較靈敏。第4章光放大器與光纖激光器4-1光放大器原理是什么？參考答案：光放大器的原理基本上是基于激光的受激輻射，通過將泵浦光的能量轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)光的能量實(shí)現(xiàn)放大作用。4-2、光放大器有哪些重要參數(shù)？參考答案：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)。4-3、摻鉺光纖放大器的構(gòu)成有哪些。參考答案：摻鉺光纖EDFA主要由5個(gè)部分組成：摻鉺光纖（EDF）、光耦合器（WDM）、光隔離器（ISO）、光濾波器（OpticalFilter）、泵浦源（PumpingSupply）。4-4、摻餌光纖放大器有哪些應(yīng)用。參考答案：EDFA在功能應(yīng)用上可以分為用作遠(yuǎn)距離傳輸?shù)木€路放大器、用作光發(fā)射機(jī)輸出的功率放大器和用作接收機(jī)前端的前置放大器。4-5、雙級(jí)EDFA的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是什么？參考答案：雙級(jí)EDFA的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在掌握了同向泵浦和反向泵浦方式的EDFA的特點(diǎn)以后，就可以在雙級(jí)EDFA設(shè)計(jì)中，靈活運(yùn)用這兩種泵浦方式，設(shè)計(jì)出性能較高的EDFA。一般在設(shè)計(jì)高增益功率放大器時(shí)，需要采用雙級(jí)EDFA的設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)要點(diǎn)是：為使EDFA具有低噪聲，前級(jí)采用同向泵浦，因?yàn)槎嗉?jí)EDFA的噪聲主要由第一級(jí)噪聲所決定。為得到高增益，在第二級(jí)采用反向泵浦，以使系統(tǒng)的功率得到進(jìn)一步提高。為降低自發(fā)輻射對(duì)系統(tǒng)的影響，在前后兩級(jí)之間加如隔離器，隔離器的位置一般在兩級(jí)鉺纖總長的25%~30%處效果最好。d)對(duì)于C波段40nmEDFA，需要采用平坦濾波器。如果平坦濾波器放在EDFA的輸出端，將影響EDFA的增益。如果將平坦濾波器放在兩級(jí)之間，則采用什么樣的平坦濾波曲線來進(jìn)行模擬呢？實(shí)際上EDFA的增益線形主要是來自于均勻增益的貢獻(xiàn)，非均勻增益的影響主要在1531~1532nm處。因此，可以在兩級(jí)之間的參數(shù)設(shè)置時(shí)，根據(jù)EDFA的總輸出增益曲線的不平坦部分，設(shè)置一個(gè)衰減值，并在1531~1532nm出做0.15dB左右的修正。模擬之后，如果輸出曲線還是不夠平坦，重復(fù)上面的過程，最終將得到比較滿意的結(jié)果。4-6、EDFA測試方法有哪些？參考答案：EDFA測試方法可分為直接法和間接法兩大類。通常采用的技術(shù)包括內(nèi)插法、偏振消光法、脈沖法(也稱時(shí)域消光法)和增益噪聲法(也稱為光脈沖探針法)等4-7、簡述光纖拉曼放大器的工作原理。參考答案：光纖拉曼放大器的工作原理是基于石英光纖中的受激拉曼散射效應(yīng)，在形式上表現(xiàn)為處于泵浦光的拉曼增益帶寬內(nèi)的弱信號(hào)與強(qiáng)泵浦光波同時(shí)在光纖中傳輸，從而使弱信號(hào)光即得到放大。4-8、光纖拉曼放大器的有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？參考答案：優(yōu)點(diǎn)：(1)拉曼放大是一個(gè)非諧振過程，其增益響應(yīng)僅依賴于泵浦光波長及其帶寬，選擇合適的泵浦源就可得到任意波長的放大。對(duì)于開發(fā)光纖的整個(gè)低損耗區(qū)具有無可替代的作用。(2)增益介質(zhì)為傳輸光纖本身，與光纖系統(tǒng)具有良好的兼容性，它可利用現(xiàn)已大量鋪設(shè)的G.652或G.655光纖作為增益介質(zhì)，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行分布式放大，從而實(shí)現(xiàn)長距離的無中繼傳輸和遠(yuǎn)程泵浦，尤其適用于海底光纜通信等不方便設(shè)立中繼器的場合。(3)串?dāng)_小，溫度穩(wěn)定性好、噪聲指數(shù)低。(4)光纖拉曼放大器的飽合功率高，增益譜調(diào)整的方式直接而且多樣，放大作用的時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)對(duì)超短脈沖的放大。光纖拉曼放大器也存在一些缺點(diǎn)：需要特大功率的泵浦源，這是一個(gè)比較苛刻的要求；另外一點(diǎn)，其對(duì)光的偏振態(tài)較敏感，可以通過增加偏振光耦合器來解決；其次拉曼增益被放大自發(fā)輻射的瑞利后向散射和信號(hào)的雙重瑞利后向散射所限制，會(huì)引起多點(diǎn)反射和多路徑干涉，產(chǎn)生碼間干擾，降低信噪比等。

4-9、介紹光纖拉曼放大器的應(yīng)用。參考答案：（1）提高系統(tǒng)容量。（2）拓展頻譜利用率和提高傳輸系統(tǒng)速率。（3）增加無中繼傳輸距離。（4）補(bǔ)償色散補(bǔ)償光纖（DCF）的損耗。（5）通信系統(tǒng)升級(jí)。4-10、拉曼光纖放大器使用過程一定要注意安全，我們在平時(shí)維護(hù)過程中應(yīng)從哪幾個(gè)方面引起注意？參考答案：拉曼光纖放大器一般有幾組不同波長高功率激光器同時(shí)泵浦，泵浦總功率甚至超過30dBm，所以在使用時(shí)特別要注意光纜線路安全、儀表設(shè)備安全和人身安全。①目前商用的拉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。②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試范圍，不要試圖直接測試泵浦光的輸出功率。泵浦光波長在光纖里傳輸損耗較小，如果拉曼光纖放大器沒有斷開，100km之外的光時(shí)域分析儀（OTDR）的光檢測器件完全可能被燒毀。③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。④連接拉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，尾纖的彎曲半徑過小同樣會(huì)燒毀尾纖。⑤接近拉曼放大器端至少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)或者降低拉曼光纖放大器的增益。4-11、簡述光纖激光器的工作原理。參考答案：光纖激光器（FiberLaser）是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，光纖激光器可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來：在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級(jí)“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，當(dāng)適當(dāng)加入正反饋回路（構(gòu)成諧振腔）便可形成激光振蕩輸出。4-12、介紹光纖激光器的應(yīng)用。參考答案：（1）標(biāo)刻應(yīng)用（2）材料處理的應(yīng)用（3）材料彎曲的應(yīng)用（4）激光切割的應(yīng)用4-13一個(gè)EDFA功率放大器，波長為1542nm的輸入信號(hào)功率為2dBm，得到的輸出功率為27dBm，求放大器的增益？4-14、鉺光纖的輸入光功率是300W，輸出功率是60mW,則（1）EDFA的增益是多少？（2）假如放大自發(fā)輻射噪聲功率是PASE=30W，EDFA增益變?yōu)槎嗌?？解：EDFA增益當(dāng)考慮放大器自發(fā)輻射噪聲功率時(shí)，EDFA增益4-15、一個(gè)980nm泵浦的EDFA，其泵浦功率為30mW，如果在1550nm處的增益是20dB,求信號(hào)光的最大輸入功率、最大輸出功率？解：已知G（dB）=20dB，即G=100，故：第5章光纖通信中的光無源器件5-1、光纖活動(dòng)連接器按功能可分成幾個(gè)組成部分？各部分的功能是什么？參考答案：光纖活動(dòng)連接器在結(jié)構(gòu)上差別很大，品種也很多，但按功能可分如下幾部分。（1）連接器插頭（PlugConnector）：是光纖在轉(zhuǎn)換器中完成插拔功能的部件稱為插頭，由插針體和若干外部零件組成。為使光纖不受外界傷害，插頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)必須具有對(duì)光纖進(jìn)行有效保護(hù)的功能。（2）轉(zhuǎn)換器或適配器（Adapter）：即插座（琺瑯盤），將光纖插頭連接在一起使光纖接通的器件，轉(zhuǎn)換器可以連接同型號(hào)插頭，也可以連接不同型號(hào)插頭，可以連接一對(duì)插頭，也可以連接幾對(duì)插頭或多芯插頭。（3）變換器（Converter）：將某一型號(hào)的插頭變換成另一型號(hào)插頭的器件，使用時(shí)將某一型號(hào)的插頭插入同型號(hào)的轉(zhuǎn)換器中，就變成其它型號(hào)的插頭了。（4）光纜跳線（CableJumper）：一根光纜兩端面裝上插頭，稱為跳線。兩個(gè)插頭的型號(hào)可以不同，可以是單芯的，也可以是多芯的。連接器插頭是跳線的特殊情況，即只在光纖（纜）的一端裝有插頭，也將其稱為尾纖。（5）裸光纖轉(zhuǎn)換器（BareFiberAdapter）：將裸光纖與光源、探測器及各種光儀表連接的器件，將裸光纖穿入轉(zhuǎn)換器，處理好光纖端面，形成一個(gè)插頭，就可以進(jìn)行其它連接了。用完后，可將裸光纖從轉(zhuǎn)換器中抽出。裸光纖轉(zhuǎn)換器在光纖測試、光儀表以及光纖之間的臨時(shí)連接中具有廣泛的用途。5-2、常用的光纖連接器有哪幾種類型？各類型的特點(diǎn)是什么？參考參考答案：案：目前具有代表性的產(chǎn)品主要有FC、ST、SC、D4、雙錐、VFO(球面定心)和F-SMA等。（1）.FC型連接器，是一種螺紋連接，外部零件采用金屬材料制作，是我國電信網(wǎng)采用的主要產(chǎn)品，我國已制定了FC型連接器的國家標(biāo)準(zhǔn)。（2）.SC型連接器，SC型連接器的插針，套筒與FC型的完全一樣。它的外殼采用工程塑料制成的矩形結(jié)構(gòu)，便于密集安裝。它沒有采用螺紋連接，可以直接插拔，使用方便，操作空間小，可以密集安裝，可做成多芯連接器，應(yīng)用前景廣泛。（3）.ST型連接器，ST型連接器采用帶鍵的卡口式鎖緊結(jié)構(gòu)，確保連接時(shí)準(zhǔn)確對(duì)中。5-3、簡述四種常用的光纖耦合器的類型和功能。參考答案：(1).T型偶合器:這是一種2×2的3端耦合器，如圖5-3（a）所示，它的功能是把一根光纖輸入的光信號(hào)按一定比例分配給兩根光纖，或把兩根光纖輸入的光信號(hào)組合在一起輸入一根光纖。這種耦合器主要用作不同分路比的功率分配器或功率組合器。(2).星型耦合器:這是一種n×m耦合器，如圖5-3（b）所示，它的功能是把n根光纖輸入的光功率組合在一起，均勻地分配給m根光纖，m和n不一定相等。這種耦合器常用作多端功率分配器。圖5-3常見的耦合器類型(3).定向耦合器:這是一種2×2的3端或4端耦合器，它的功能是分別取出光纖中向不同方向傳輸?shù)墓庑盘?hào)，如圖5-3（c）所示，光信號(hào)從端1傳輸?shù)蕉?，一部分由端3輸出，端4無輸出；光信號(hào)從端2傳輸?shù)蕉?，一部分由端4輸出，端3無輸出。這種耦合器可用作分路器，不能用作合路器。(4).波分復(fù)用器/解波分復(fù)用器:這是一種與波長有關(guān)的耦合器（也稱合波器/分波器），如圖5-3（d）所示，它的功能是把多個(gè)不同波長的發(fā)射機(jī)輸出的光信號(hào)組合在一起，輸入到一根光纖；解復(fù)用器是把一根光纖輸出的多個(gè)不同波長的光纖分配給不同的接收機(jī)。5-4、簡述評(píng)價(jià)光纖耦合器的特性參數(shù)有哪些？參考答案：：(1).插入損耗;(2).附加損耗;(3).分光比;(4).方向性(5).均勻性;(6).偏振相關(guān)損耗;(7).隔離度5-5、簡述MZ幅度調(diào)制器的工作原理。參考答案：MZ干涉型光調(diào)制器

最常用的幅度調(diào)制器是在鈮酸鋰晶體表面用鈦擴(kuò)散波導(dǎo)構(gòu)成的馬赫-曾德爾（MZ）干涉型調(diào)制器，如圖5-10所示。使用兩個(gè)頻率相同但相位不同的偏振光進(jìn)行干涉的干涉儀，通過外加電壓引入相位的變化來使幅度變化。圖5-10馬赫-曾德爾幅度調(diào)制器圖5-10（a）所示的由兩個(gè)Y形波導(dǎo)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中，在理想的情況下，輸入光功率在C點(diǎn)平均分配到兩個(gè)分支傳輸，在輸出端D干涉，所以該結(jié)構(gòu)扮演著干涉儀的作用，其輸出幅度與兩個(gè)分支光通道的相位差有關(guān)。兩個(gè)理想的背對(duì)背相位調(diào)制器，在外電場作用下，能夠改變兩個(gè)分支中待調(diào)制傳輸光的相位。由于加在兩個(gè)分支中的電場方向相反，如圖5-10（a）右上方的截面圖所示，所以在兩個(gè)分支中的折射率和相位變化也相反，例如若在A分支中引入π/2的相位變化，那么在B分支則引入?π/2相位的變化，因此A、B分支將引入相位π的變化。在圖5-10（b）所示的強(qiáng)度調(diào)制器中，當(dāng)外調(diào)制電壓為零時(shí)，MZ干涉儀A、B兩臂的電場表現(xiàn)出完全相同的相位變化；當(dāng)加上外電壓后，電壓引起A波導(dǎo)折射率變化從而破壞了該干涉儀的相長特性，因此在A臂上引起了附加相移，結(jié)果使輸出光的強(qiáng)度減小。作為一個(gè)特例，當(dāng)兩臂間的相位差等于π時(shí)，在D點(diǎn)出現(xiàn)了相消干涉，輸出光強(qiáng)為零；當(dāng)兩臂的光程差為0或2π時(shí)，干涉儀相長干涉，輸出光強(qiáng)最大。當(dāng)調(diào)制電壓引起A、B兩臂的相位差在0～π之間變化時(shí)，輸出光強(qiáng)隨調(diào)制電壓而變化。由此，加到調(diào)制器上的電比特流在調(diào)制器的輸出端產(chǎn)生了波形相同的光比特流。5-6、什么是電光效益？參考答案：：物質(zhì)的折射率因外加電場而發(fā)生變化稱為電光效應(yīng)5-7、光開關(guān)的作用是什么？主要分為哪兩類？參考答案：：作用是對(duì)光傳輸線路或集成光路中的光信號(hào)進(jìn)行物理切換或邏輯操作光開關(guān)如按其工作原理劃分，可分為機(jī)械式和非機(jī)械式兩大類5-8、簡述偏振相關(guān)型隔離器和偏振無關(guān)型隔離器各自的工作原理。偏振相關(guān)型隔離器的工作原理如圖5-17所示。這里假設(shè)入射光只是垂直偏振光，第一個(gè)偏振器的透振方向也在垂直方向，因此輸入光能夠通過第一個(gè)偏振器。緊接第一個(gè)偏振器的是法拉第旋轉(zhuǎn)器，法拉第旋轉(zhuǎn)器由旋光材料制成，能使光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)一定角度，例如45°，并且其旋轉(zhuǎn)方向與光傳播方向無關(guān)。法拉第旋轉(zhuǎn)器后面跟著的是第二個(gè)偏振器，這個(gè)偏振器的透振方向在45°方向上，因此經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)45°后的光能夠順利地通過第二個(gè)偏振器，也就是說光信號(hào)從左到右通過這些器件（即正方向傳輸）是沒有損耗的（插入損耗除外）。另一方面，假定在右邊存在某種反射（比如接頭的反射），反射光的偏振態(tài)也在45°方向上，當(dāng)反射光通過法拉第旋轉(zhuǎn)器時(shí)再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)45°，此時(shí)就變成了水平偏振光。水平偏振光不能通過左面偏振器（第一個(gè)偏振器），于是就達(dá)到隔離效果。圖5-17偏振相關(guān)型隔離器的工作原理5.7.2偏振無關(guān)型光隔離器一種小型的與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的隔離器結(jié)構(gòu)如圖5-18所示。具有任意偏振態(tài)的入射光首先通過一個(gè)空間分離偏振器（SpatialWalk-offPolarizer，SWP）。這個(gè)SWP的作用是將入射光分解為兩個(gè)正交偏振分量，讓垂直分量直線通過，水平分量偏折通過。兩個(gè)分量都要通過法拉第旋轉(zhuǎn)器，其偏振態(tài)都要旋轉(zhuǎn)45°。法拉第旋轉(zhuǎn)器后面跟隨的是一塊半波片（half-waveplate）。這個(gè)半波片的作用是將從左向右傳播的光的偏振態(tài)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，將從右向左傳播的光的偏振態(tài)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°。因而法拉第旋轉(zhuǎn)器與半波片的組合可以使垂直偏振光變?yōu)樗狡窆?，反之亦然。最后兩個(gè)分量的光在輸出端由另一個(gè)SWP合在一起輸出，如圖5-18（a）所示。另一方面，如果存在反射光在反方向上傳輸，半波片和法拉第旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)方向正好相反，當(dāng)兩個(gè)分量的光通過這兩個(gè)器件時(shí)，其旋轉(zhuǎn)效果相互抵消，偏振態(tài)維持不變，在輸入端不能被SWP再組合在一起，如圖5-18（b）所示，于是就起到隔離作用。5-9、簡述光環(huán)形器的工作原理？參考答案：：光環(huán)形器是一種單向多端口無源器件，它將光沿一個(gè)方向從一個(gè)端口傳送到另一個(gè)端口。這種器件可用于光放大器、分插復(fù)用器及散射補(bǔ)償模塊等。第6章光纜線路6-1、簡述光纜線路敷設(shè)的一般步驟？參考答案：：光纜線路施工分為以下階段進(jìn)行：（1）.線路施工準(zhǔn)備（路由復(fù)測、光纜配盤與預(yù)留、施工儀器、工具準(zhǔn)備）；（2）.光纜線路敷設(shè)；（3）.光纜線路接續(xù)與成端；(4).光纜線路測試與竣工驗(yàn)收。6-2、什么是光纜配盤？配盤有哪些目的？參考答案：：光纜配盤應(yīng)遵循的原則(1）光纜應(yīng)盡量做到整盤敷設(shè)，以利減少中間接頭。(2）靠設(shè)備側(cè)的第1、2段光纜的長度應(yīng)盡量大于1公里。(3）靠設(shè)備側(cè)應(yīng)選擇光纖的幾何尺寸，數(shù)值孔徑等參數(shù)偏差小，一致性好的光纜。(4）不同敷設(shè)方式及不同的環(huán)境溫度，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定選用相應(yīng)的光纜。(5）配盤后的接頭應(yīng)滿足下列要求：直埋光纜接頭應(yīng)安排在地勢平坦和地質(zhì)穩(wěn)固地點(diǎn)，應(yīng)避開水塘、河流、溝渠等。管道光纜接頭應(yīng)避開交通要道口，接頭點(diǎn)應(yīng)安排在人孔中；架空光纜接頭應(yīng)落在桿上或桿旁1米左右；光纜配盤結(jié)果填人“中繼段光纜配盤圖”。6-3、簡述直埋光纜線路的敷設(shè)過程。參考答案：(1).光纜溝的開挖及要求，光纜直埋敷設(shè)可能會(huì)受到諸多因素的影響，如耕地、排水溝和其他地面設(shè)施、鼠害、凍土層深度等。因此，直埋光纜一般要比管道光纜埋得深。只有達(dá)到足夠的深度后才能防止各種機(jī)械損傷。而且在達(dá)到一定深度時(shí)，地溫較穩(wěn)定，減少了溫度變化對(duì)光纖傳輸特性的影響，從而提高了光纜的安全性和通信傳輸質(zhì)量。(2).直埋光纜的敷設(shè)方法，一般長途光纜的單盤長度為2km。對(duì)于距離較長的中繼段，為減少接頭數(shù)目，通常采用單盤長度為4km的光纜，同時(shí)，這也給光纜的敷設(shè)帶來一定的困難。6-4、簡述架空光纜線路的敷設(shè)過程。參考答案：：（1）架空光纜吊線的架設(shè)架空光纜的吊線采用規(guī)格為7/2.2mm的鍍鋅鋼絞線。一般情況下，1根吊線上架掛1條光纜。架空吊線時(shí)若發(fā)現(xiàn)有條股松散等有損吊線機(jī)械強(qiáng)度的傷殘部分，應(yīng)剪除后再進(jìn)行接續(xù)。(2)架空光纜的架掛光纜掛鉤卡掛間距要求50cm，允許偏差不大于±3cm，電桿兩側(cè)的第一個(gè)掛鉤距吊線在桿上的固定點(diǎn)邊緣為25cm左右。光纜采用掛鉤預(yù)布放時(shí)，應(yīng)在光纜架設(shè)前，預(yù)先在吊線上安裝掛鉤，6-5、簡述光纖熔接操作的一般步驟。參考答案：：光纜接續(xù)方法與步驟（1）準(zhǔn)備工作；核對(duì)光纜接頭位置，準(zhǔn)備接續(xù)所需要的機(jī)具。（2）光纜的開剝；由于光纜端頭部分在敷設(shè)過程中易受機(jī)械損傷，因此，在光纜開剝前應(yīng)根據(jù)光纜狀況截取lm左右的長度丟掉。（3）加強(qiáng)芯、金屬護(hù)層的處理；加強(qiáng)芯固定在接頭盒兩邊，并對(duì)光纜接頭兩端的金屬加強(qiáng)芯和金屬護(hù)層均做絕緣處理。（4）光纖的接續(xù)和接續(xù)損耗的監(jiān)測及評(píng)價(jià)；（5）光纖預(yù)留長度的收容處理；光纜接頭盒里，必須有一定長度的光纖，完成光纖接續(xù)后的預(yù)留長度（光纜開剝處到接頭間的長度）一般為60～100cm。（6）光纜接頭盒的密封處理；應(yīng)按接頭護(hù)套的規(guī)定方法，嚴(yán)格按操作步驟和要領(lǐng)進(jìn)行密封。光纜接頭盒封裝完成后，應(yīng)作氣閉檢査和光電特性復(fù)測，以確認(rèn)光纜接續(xù)良好。至此，接續(xù)已完成。6-6、光纜再生段測試項(xiàng)目有哪些？參考答案：(1).測試內(nèi)容和要求①）光傳輸特性的測量②銅導(dǎo)線電氣特性測量（帶銅線光纜）③接地裝置地線電阻的測量。④光纜護(hù)層對(duì)地絕緣電阻測量(2).光纜再生段線路衰減測量(3).光纜線路再生段OTDR測量曲線(4).光纜金屬護(hù)層的絕緣檢測6-7、光纜線路維護(hù)應(yīng)遵循哪些原則？參考答案：(1).認(rèn)真做好技術(shù)資料的整理(2)_嚴(yán)格制度光纜線路的維護(hù)規(guī)則(3).維護(hù)人員的組織與培訓(xùn)(4).做好線路巡視記錄(5).進(jìn)行定期測量(6).及時(shí)檢修與緊急修復(fù)第7章光傳輸系統(tǒng)的操作與維護(hù)7-1、SDH光傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可分為哪兩大部分？各部分分別是什么？參考答案：：SDH光傳輸設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為硬件和軟件兩大部分。其硬件包括機(jī)柜、子架及機(jī)盤，軟件為網(wǎng)管系統(tǒng)。7-2、SDH設(shè)備調(diào)測的主要內(nèi)容有哪些？參考答案：應(yīng)當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)測，包括指標(biāo)測試、自環(huán)測試、網(wǎng)管測試、系統(tǒng)功能測試和系統(tǒng)性能測試等。其中，指標(biāo)測試和自環(huán)測試屬于單站設(shè)備的測試，只有單站設(shè)備測試通過后，才能連通子網(wǎng)的各網(wǎng)元設(shè)備進(jìn)行全網(wǎng)測試。在測試過程中，應(yīng)記錄相關(guān)的測試數(shù)據(jù)，以備今后查詢。7-3、SDH設(shè)備的光口測試包括哪些內(nèi)容？參考答案：：光口測試主要包括平均發(fā)送光功率、接收靈敏度、接收動(dòng)態(tài)范圍、各站點(diǎn)平均收光功率等指標(biāo)。7-4、SDH設(shè)備的自環(huán)測試該如何進(jìn)行？進(jìn)行該測試時(shí)，選用的光衰減器有什么作用？參考答案：：用尾纖將相應(yīng)的光接口自環(huán)，選取一個(gè)2M支路連接誤碼儀進(jìn)行測試，測試時(shí)間不短于10分鐘，測試時(shí)間內(nèi)應(yīng)無誤碼。進(jìn)行自環(huán)時(shí)，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)墓馑p器（固定的或可變的都可以），防止光接收口因過載而誤碼或損壞光接收模塊。7-5、系統(tǒng)光路連通后，為什么首先檢查SDH設(shè)備的公務(wù)電話功能？參考答案：：系統(tǒng)光路連通后，應(yīng)首先檢查公務(wù)電話功能是否正常，檢測項(xiàng)目有選呼和群呼的測試。正常的公務(wù)功能標(biāo)志著整個(gè)光路的傳輸基本正常，同時(shí)便于系統(tǒng)調(diào)試時(shí)各局站間進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。7-6、業(yè)務(wù)檢查完成后，緊接著應(yīng)進(jìn)行SDH設(shè)備哪項(xiàng)功能的檢查？此項(xiàng)檢查如何操作？參考答案：：業(yè)務(wù)檢查完成后，應(yīng)對(duì)熱備份機(jī)盤的自動(dòng)切換功能以及網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的倒換功能進(jìn)行檢測，確認(rèn)保護(hù)操作能準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行，業(yè)務(wù)能夠快速恢復(fù)，DCC通道可以自動(dòng)恢復(fù)，倒換后系統(tǒng)的誤碼等指標(biāo)應(yīng)滿足要求。測試的方式一般采用抽拔機(jī)盤、尾纖，插入誤碼等方式。為觀察整個(gè)子網(wǎng)的同步情況，首先應(yīng)檢查全網(wǎng)的時(shí)鐘配置，然后通過網(wǎng)管界面檢查指針調(diào)整是否頻繁，如沒有指針調(diào)整或很長時(shí)間才有一個(gè)指針調(diào)整，表示全網(wǎng)時(shí)鐘已同步。第8章光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8-1、 工程設(shè)計(jì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)有哪些不同？參考答案：工程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是工程建設(shè)中的詳細(xì)經(jīng)費(fèi)概預(yù)算，設(shè)備、線路的具體工程安裝細(xì)節(jié)。設(shè)計(jì)過程大致可分為：項(xiàng)目的提出和可行性研究；設(shè)計(jì)任務(wù)書的下達(dá)；工程技術(shù)人員的現(xiàn)場勘察；初步設(shè)計(jì)；施工圖設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)文件的會(huì)審；對(duì)施工現(xiàn)場的技術(shù)指導(dǎo)及對(duì)客戶的回訪等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)遵循建議規(guī)范，采用較為先進(jìn)成熟的技術(shù)，綜合考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本，合理選用器件和設(shè)備，明確系統(tǒng)的全部技術(shù)參數(shù)，完成實(shí)用系統(tǒng)的合成?？傊こ淘O(shè)計(jì)主要是是關(guān)于工程施工的各項(xiàng)內(nèi)容的考量設(shè)計(jì)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是關(guān)于儀器設(shè)備及其連接等各項(xiàng)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。8-2、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)于LED光源和LD光源各有什么特點(diǎn)？參考答案：LE