光纖通信基本理論

光纖通信基本理論第四章光纖通信基本理論一、填空題1．光纖通信中所使用的光纖是截面很小的可繞透明長(zhǎng)絲，它在長(zhǎng)距離內(nèi)具有(束縛)和傳輸光的作用。2．光具有波粒二像性，既可以將光看成光波，也可以將光看作是由光子組成的(粒子流)。3．波動(dòng)光學(xué)是把光纖中的光作為經(jīng)典(電磁場(chǎng))來(lái)處理。4．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，由于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)畸變)的一種物理現(xiàn)象。5．在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，色散使(光脈沖)發(fā)生展寬。6．波導(dǎo)色散主要是由光源的光譜寬度和光纖的(幾何結(jié)構(gòu))所引起的。7、光纖的非線性可以分為兩類，即受激散射效應(yīng)和（折射率擾動(dòng)）。8．當(dāng)光纖中的非線性效應(yīng)和色散(相互平衡)時(shí)，可以形成光孤子。9．單模光纖的截止波長(zhǎng)是指光纖的第一個(gè)(高階模)截止時(shí)的波長(zhǎng)。10．單模光纖實(shí)際上傳輸兩個(gè)(相互正交)的基模。11、光纖通信是以（光波）為載頻，以光纖為（傳輸媒介）的通信方式。12、目前光纖通信在（1550nm）波段附近的損耗最小。13、（數(shù)值孔徑）表征了光纖的集光能力。14、G．653光纖又稱做色散位移光纖是通過(guò)改變折射率的分布將(1310)nm附近的零色散點(diǎn)，位移到(1550)nm附近，從而使光纖的低損耗窗口與零色散窗口重合的一種光纖。15、G．655在1530-1565nm之間光纖的典型參數(shù)為：衰減<（0.25）dB/km;色散系數(shù)在(1-6ps/nm·km)之間。16、克爾效應(yīng)也稱作折射率效應(yīng)，也就是光纖的折射率n隨著光強(qiáng)的變化而變化的（非線性）現(xiàn)象。17、在多波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)中，克爾效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的相位受其它通路功率的（調(diào)制），這種現(xiàn)象稱（交叉相位調(diào)制）。18、當(dāng)多個(gè)具有一定強(qiáng)度的光波在光纖中混合時(shí)，光纖的（非線性）會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生其它新的波長(zhǎng)，就是（四波混頻）效應(yīng)。19、G．652光纖有兩個(gè)應(yīng)用窗口，即1310nm和1550nm,前者每公里的典型衰耗值為（0.34dB）,后者為（0.2dB）。20、單模光纖的（模場(chǎng)直徑）是作為描述單膜光纖中光能集中程度的度量。二、單項(xiàng)選擇題1．將光纖的低損耗和低色散區(qū)做到1450～1650rim波長(zhǎng)范圍，則相應(yīng)的帶寬為(B)THz。A.2．5B．25C．5.0D．502．階躍光纖中的傳輸模式是靠光射線在纖芯和包層的界面上(B)而使能量集中在芯子之中傳輸。A．半反射B．全反射C．全折射D．半折射3．多模漸變折射率光纖纖芯中的折射率是(A)的。A．連續(xù)變化B．恒定不變C．間斷變化D．基本不變4．目前，光纖在(B)nm處的損耗可以做到0．2dB／km左右，接近光纖損耗的理論極限值。A．1050B．1550C．2050D．25505．石英光纖材料的零色散系數(shù)波長(zhǎng)在(B)nm附近。A．127B．1270C．227D．22706．普通石英光纖在波長(zhǎng)(A)nm附近波導(dǎo)色散與材料色散可以相互抵消，使二者總的色散為零。A．1310B．2310C．3310D．43107、非零色散位移單模光纖也稱為(D)光纖，是為適應(yīng)波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造的新型光纖。A．G．652B．G．653C．G．654D．G．6558、G.652光纖可以將2.5Gbit/s速率的信號(hào)無(wú)電再生中繼傳輸至少（C）公里左右。A、200B、400C、600D、8009、由于SPM隨長(zhǎng)度而積累，因而是采用G．652光纖的單波長(zhǎng)系統(tǒng)的基本非線性損傷，門限功率大約為（A）dBm。A、18B、28C、38D、4810、光纖通信的波段在電磁波譜中的（A）區(qū)。A、近紅外B、遠(yuǎn)紅外C、可見(jiàn)光D、紫外線11、一路數(shù)字電話所占用的帶寬為（C）。A、4Kbit/sB、16Kbit/sC、64Kbit/sD、256Kbit/s12、用來(lái)描述傳輸系統(tǒng)可靠性的參數(shù)是（D）A、傳輸數(shù)率B、頻帶利用率C、轉(zhuǎn)換效率D、誤碼率13、單波光纖通信限制中繼距離的主要因素是（C）A、數(shù)值孔徑和模場(chǎng)直徑B、纖芯直徑和包層直徑C、衰減和色散D、受激散色和克爾效應(yīng)14、光時(shí)域反射儀工作原理是根據(jù)光纖傳輸中的（A）理論來(lái)實(shí)現(xiàn)其相關(guān)功能。A、瑞利散射B、拉曼散射C、布里淵散射D、克爾效應(yīng)15、表征光纖集光能力的光學(xué)參數(shù)為（A）A、數(shù)值孔徑B、包層直徑C、模場(chǎng)直徑D、纖芯不圓度16、ITU-T命名色散位移單模光纖為（B）光纖。A、G..652B、G..653C、G.654D、G.65517、ITU-T命名非零色散位移單模光纖為（D）光纖。A、G.652B、G..653C、G.654D、G.655三、多項(xiàng)選擇題1．根據(jù)光纖橫截面折射率分布的不同，常用的光纖可以分成(AB)。A．階躍光纖B．漸變光纖C．單模光纖D．多模光纖2．光纖的損耗因素主要有本征損耗、(ABCD)和附加損耗等。A.制造損耗B．連接損耗C．耦合損耗D．散射損耗3．光纖通信所使用的低損耗窗口是(AC)和1310nm波段。A．850nm波段B．1050nm波段C．1550nm波段D．2650nm波段4．根據(jù)色散產(chǎn)生的原因，光纖色散的種類主要可以分為(ABC)。A．模式色散B．材料色散C．波導(dǎo)色散D．偏振模色散5．單模光纖可以分為(ABCD)。A．非色散位移單模光纖B．色散位移單模光纖C．截止波長(zhǎng)位移單模光纖D．非零色散位移單模光纖6、光纖是由（ABC）構(gòu)成的圓柱介質(zhì)光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。A、纖心B、包層C、涂敷層D、緩沖層7、光纖分類若按光纖傳導(dǎo)電磁波模式數(shù)量可分為（AB）。A、單模光纖B、多模光纖C、石英光纖D、套塑光纖8、G.653光纖可以在1550nm波長(zhǎng)的工作區(qū)毫無(wú)困難地開(kāi)通長(zhǎng)距離（AD）系統(tǒng)，是最佳的應(yīng)用于單波長(zhǎng)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓饫w。A、10Gbit/sB、14Gbit/sC、17Gbit/sD、20Gbit/s9、若按光纖橫截面的折射率分類光纖可分為（CD）。A、單模光纖B、多模光纖C、階越光纖D、漸變光纖10、光纖通信系統(tǒng)主要是由（ABC）構(gòu)成的。A、光纖B、光源C、光檢測(cè)器D、光信號(hào)11、克爾效應(yīng)也稱作折射率效應(yīng)，在理論上，克爾效應(yīng)能夠引起下面不同的非線性效應(yīng)，即（ABC）。A、自相位調(diào)制B、交叉相位調(diào)制C、四波混頻D、受激散射效應(yīng)12、光纖衰減常數(shù)的常用測(cè)量方法有：（BCD）。A、近場(chǎng)掃描法B、剪斷法C、插入損耗法D、背向散射法13、不是描述光纖的傳輸特性的參數(shù)為（ABD）A、數(shù)值孔徑B、包層直徑C、衰減D、纖芯不圓度14、光纖的受激散射效應(yīng)是指（BC）。A、瑞利散射B、喇曼散射C、布里淵散射D、微彎散射15、引起光纖損耗的因素有（ABCD）A、吸收損耗B、散射損耗C、彎曲損耗D、微彎損耗四、判斷題1．光纖是圓截面介質(zhì)波導(dǎo)。(√)2.在多模階躍光纖的纖芯中，光按曲線傳輸，在纖芯和包層的界面上光發(fā)生反射。(×)3．在漸變光纖中，光射線的軌跡是直線。(X)4.光纖的折射率分布采取雙曲正割函數(shù)的分布，所有的子午射線具有完善的自聚焦性質(zhì)。(√)5．材料色散引起的脈沖展寬與光源的光譜線寬和材料色散系數(shù)成正比。(√)6.偏振模色散是由于實(shí)際的光纖總是存在一定的不完善性，使得沿著兩個(gè)不同方向偏振的同一模式的相位常數(shù)β不同，從而導(dǎo)致這兩個(gè)模式傳輸不同步，形成色散。(√)7．在高強(qiáng)度電磁場(chǎng)中光纖對(duì)光的響應(yīng)會(huì)變成線性。(×)8.四波混頻是指由2個(gè)或3個(gè)不同波長(zhǎng)的光波混合后產(chǎn)生新的光波的現(xiàn)象。(√)9．為了保證單模傳輸，光纖的芯徑較小，一般其為4～10?m。(√)10、由于光纖雙折射的存在，將引起光波的偏振態(tài)沿光纖長(zhǎng)度發(fā)生變化。(√)11、按照ITU-T建議,2M信號(hào)的允許頻偏范圍是±50ppm。（√）12、描述光纖的傳輸特性的參數(shù)為衰減和色散。（√）13、描述光纖的幾何特性的參數(shù)為纖芯不圓度和包層不圓度。（√）14、在1310nm附近損耗值是0.34dB/km左右,而色散趨于零的單模光纖為G.652光纖。（√）15、在光纖通信系統(tǒng)中可以采用光的頻分復(fù)用的方法來(lái)提高系統(tǒng)的傳輸容量。（√）16、一根光纖可以完成光信號(hào)的雙向傳輸。（√）17、一根光纖中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向光信號(hào)的同時(shí)傳輸，兩個(gè)方向的光信號(hào)應(yīng)安排在不同波長(zhǎng)上。（√）18、纖雙向傳輸不允許單根光纖攜帶全雙工通路。（×）19、光波是一種高頻電磁波，不同波長(zhǎng)（頻率）的光波復(fù)用在一起進(jìn)行傳輸，彼此之間相互作用，將產(chǎn)生四波混頻（FWM）。（√）20、射的結(jié)果將導(dǎo)致WDM系統(tǒng)中短波長(zhǎng)通路產(chǎn)生過(guò)大的信號(hào)衰減，從而限制了通路數(shù)。（√）21、利用低色散光纖也可以減少SPM對(duì)系統(tǒng)性能的影響。（√）22、發(fā)生拉曼散射的結(jié)果將導(dǎo)致WDM系統(tǒng)中短波長(zhǎng)通路產(chǎn)生過(guò)大的信號(hào)衰減，從而限制了通路數(shù)。(√)23、在G.652光纖的1550nm窗口處，光纖的色散系數(shù)D為正值，光載波的群速度與載波頻率成正比。(√)24、激光器的功率過(guò)大會(huì)在光纖中產(chǎn)生非線性效應(yīng)。(√)25、多模光纖通信的工作波長(zhǎng)是在短波長(zhǎng)波段，即波長(zhǎng)為850nm。(√)26、PCM傳輸方式是指脈沖編碼調(diào)制時(shí)分多路復(fù)用方式。(√)27、單模光纖通信的工作波長(zhǎng)是在長(zhǎng)波長(zhǎng)波段，即波長(zhǎng)為1310或1550nm。(√)28、通信光纖的工作波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其固有損耗越小。(√)29、風(fēng)扇故障或機(jī)房溫度過(guò)高，設(shè)備散熱不好會(huì)導(dǎo)致傳輸設(shè)備出現(xiàn)大量誤碼或業(yè)務(wù)中斷。(√)30、非線性折射率和色散的相互作用，可以使光脈沖得以壓縮，當(dāng)二者相互平衡時(shí)，可以形成光孤子。(√)五、簡(jiǎn)答題1．簡(jiǎn)述光纖通信的特點(diǎn)。答：(1)頻帶寬，通信容量大；(2)傳輸損耗低，無(wú)中繼距離長(zhǎng)；(3)抗電磁干擾；(4)光纖通信串話小，保密性強(qiáng)，使用安全；(5)體積小，重量輕，便于敷設(shè)；(6)材料資源豐富。2．簡(jiǎn)述漸變光纖的折射率分布。答：漸變光纖橫截面的折射率分布，包層的折射率是均勻的，而在纖芯占中折射率則隨著纖芯的半徑的加大而減小，是非均勻、且連續(xù)變化的。3．簡(jiǎn)述光纖材料色散的定義及其引起的原因。答：由于光纖材料的折射率是波長(zhǎng)入的非線性函數(shù)，從而使光的傳輸速度隨波長(zhǎng)的變化而變化，由此而引起的色散叫材料色散。材料色散主要是由光源的光譜寬度所引起的。由于光纖通信中使用的光源不是單色光，具有一定的光譜寬度，這樣，不同波長(zhǎng)的光波傳輸速度不同，從而產(chǎn)生時(shí)延差，引起脈沖展寬。4.解釋什么是單模光纖的偏振色散？答：所謂單模光纖，實(shí)際上傳輸兩個(gè)相互正交的基模，在完美的光纖中，這兩個(gè)模式有相同的相位常數(shù)，是互相兼并的。但實(shí)際光纖會(huì)有橢圓變形和制造過(guò)程中的殘余應(yīng)力等問(wèn)題，這些因素使得兩正交基模的傳播常數(shù)不相等，這種現(xiàn)象叫做光纖的雙折射，由于雙折射，兩模式的群速度不同，從而引起偏振色散。5.解釋什么是光通信中的斯托克頻率？答：當(dāng)一定強(qiáng)度的光入射到光纖中時(shí)，會(huì)引起光纖材料的分子振動(dòng)，低頻邊帶稱斯托克斯線，高頻邊帶稱反斯托克斯線，前者強(qiáng)度強(qiáng)于后者，兩者之間的頻差稱為斯托克斯頻率。6.簡(jiǎn)述光通信中的受激拉曼散射效應(yīng)答：當(dāng)兩個(gè)頻率間隔恰好為斯托克斯頻率的光波同時(shí)入射到光纖時(shí)，低頻波將獲得光增益，高頻波將衰減，高頻波的能量將轉(zhuǎn)移到低頻波上，這就是所謂的受激拉曼散射（SRS）。7.在理論上，光通信中的克爾效應(yīng)能夠引起哪些不同的非線性效應(yīng)？答：在理論上，克爾效應(yīng)能夠引起下面三種不同的非線性效應(yīng)，即自相位調(diào)制（SPM）、交叉相位調(diào)制（XPM）和四波混頻（FWM）。六、論述題1．闡述光纖受激散射效應(yīng)的定義、表現(xiàn)形式及其主要區(qū)別。(1)定義。受激散射效應(yīng)是光通過(guò)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)象稱為受激散射效應(yīng)。(2)表現(xiàn)形式。受激散射效應(yīng)表現(xiàn)形式有兩種，即受激布里淵散射和受激拉曼散射。這兩種散射都可以理解為一個(gè)高能量的光子被散射成一個(gè)低能量的光子，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)能皎為兩個(gè)光子能量差的另一個(gè)能量子。(3)主要區(qū)別。兩種散射的主要區(qū)別在于受激拉曼散射的剩余能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣忸l聲子，而受激布里淵散射轉(zhuǎn)變?yōu)槁曨l聲子；光纖中的受激布里淵散射只發(fā)生在后向，受激拉曼散射主要是前向。受激布里淵散射和受激拉曼散射都使得入射光能量降低，在光纖中形成一種損耗機(jī)制在較低光功率下，這些散射可以忽略。當(dāng)入射光功率超過(guò)一定閾值后，受激散射效應(yīng)隨入射光功率成指數(shù)增加。2．闡述光纖的折射率擾動(dòng)所引起的各種非線性效應(yīng)。答：折射率擾動(dòng)主要引起自相位調(diào)制(SPM)、交叉相位調(diào)制(XPM)、四波混頻(FWM)和光孤子形成四種非線性效應(yīng)。(1)自相位調(diào)制。自相位調(diào)制是指光在光纖內(nèi)傳輸時(shí)光信號(hào)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化對(duì)自身相位的